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1、核反应堆仪表,9.1 流量检测仪表的种类 9.2 差压式流量计 9.3 速度式流量计 9.4 容积式流量计 9.5 其他类型的流量计,第9章 流量检测仪表,第9章 流量检测仪表,流量的定义：指单位时间内流体(气体、液体或固体颗粒等)流经管道或设备某处横截面的量，又称瞬时流量 在某一段时间间隔内流过某一截面的流体的量称为流体的总量，也称作积分流量或累积流量。总量除以得到总量的时间就称为该段时间内的平均流量 流体流量的表示：一般可分为质量流量qm和体积流量qV。 两者之间满足以下关系：,在国际单位制中，qm的单位为kg/s，qv的单位为m3/s,工业上常用的流量计，按其测量原理分为以下四类： 差压
2、式流量计：利用伯努利方程原理，通过测量流体差压信号来反映流量的差压式流量测量法；标准节流装置、弯管流量计、转子流量计等 速度式流量计：通过直接测量流体流速来得出流量的速度式流量测量法；涡轮流量计、超声波流量计等 容积式流量计：利用标准小容积来连续测量流量的容积式测量；椭圆齿轮流量计、腰轮流量计等 其它类型流量计：电磁流量计、涡街流量计等,9.1 流量检测仪表的种类,9.2 差压式流量计,标准节流装置 弯管流量计 转子流量计,优点： (1) 应用最多的孔板式流量计结构牢固，性能稳定可靠，使用寿命长 (2) 应用范围广泛，至今尚无任何一类可与之相比拟 测量对象：流体方面，单相、混相、洁净、脏污 工
3、作状态：常压、高压、真空、常温、高温、低温 管径方面：从几毫米到几米 流动条件：亚音速流、临界流、脉动流 (3) 检测元件与变送器、显示仪表可由不同厂家生产，便于规模生产 缺点： (1) 测量精度比较低 (2) 现场安装条件要求较高 (3) 压损大(指孔板、喷嘴等),9.2 差压式流量计_标准节流装置,组成：节流装置、导压管、显示仪表,差压流量计示意图,9.2 差压式流量计_标准节流装置,节流元件附近流速和压力分布情况,当流体流经管道内的节流件时，流速将在节流件处形成局部收缩，因而流速增加，静压力降低，于是在节流件前后便产生了压差 流体流量愈大，产生的压差愈大，这样可依据压差来衡量流量的大小
4、基础：流体连续性方程（质量守恒定律）和伯努利方程（能量守恒定律） 压差影响因素： 流量、节流装置形式、管道内流体的物理性质(密度、粘度),9.2 差压式流量计_标准节流装置,选定两个截面 I-I是节流装置前流体开始受节流装置影响的截面 II-II是流束经过节流装置后收缩最厉害的流束截面,伯努利方程式:,由连续性方程:,假定：,不可压缩流体,9.2 差压式流量计_标准节流装置,体积流量：,质量流量：,令：,流量系数,体积流量：,质量流量：,9.2 差压式流量计_标准节流装置,体积流量：,质量流量：,可压缩流体：,: 流束膨胀系数，1,kg/s kg/h m mm m3/s m3/h,9.2 差压
5、式流量计_标准节流装置,质量流量：,标准节流装置的流量系数,标准节流装置的流束膨胀系数,与节流件形式，取压方式，管壁粗糙度，管径之比，Re有关,与节流件形式，取压方式，管径之比，压比，等熵指数有关,9.2 差压式流量计_标准节流装置,标准孔板是一块具有与管道同心圆形开孔的圆板，迎流一侧是有锐利直角入口边缘的圆筒形孔，顺流的出口呈扩散的锥形 结构简单，加工方便，价格便宜 压力损失较大，测量精度较低，只适用于洁净流体介质，测量大管径高温高压介质时，孔板易变形,标准孔板,节流件：孔板、喷嘴、文丘里与圆缺孔板等,孔 板,9.2 差压式流量计_标准节流装置,9.2 差压式流量计_标准节流装置,喷嘴,标准
6、喷嘴是一种以管道轴线为中心线的旋转对称体，主要由入口圆弧收缩部分与出口圆筒形喉部组成,9.2 差压式流量计_标准节流装置,9.2 差压式流量计_标准节流装置,文丘里管 文丘里管有两种标准型式：古典文丘里管与文丘里喷嘴 文丘里管压力损失最低，有较高的测量精度，对流体中的悬浮物不敏感，可用于污脏流体介质的流量测量，在大管径流量测量方面应用的较多 尺寸大、笨重，加工困难，成本高，一般用在有特殊要求的场合,古典文丘利管 文丘利喷嘴,9.2 差压式流量计_标准节流装置,9.2 差压式流量计_标准节流装置,圆缺孔板,9.2 差压式流量计_标准节流装置,节流装置的取压方式 根据节流装置取压口位置可将取压方式
7、分为理论取压、角接取压、法兰取压、径距取压与损失取压五种:,理论取压：,损失取压：,9.2 差压式流量计_标准节流装置,目前广泛采用的是角接取压法，其次是法兰取压法。角接取压法比较简便，容易实现环室取压，测量精度较高。法兰取压法结构较简单，容易装配，计算也方便，但精度较角接取压法低些。,角接取压法,法兰取压法,9.2 差压式流量计_标准节流装置,节流装置管道条件,节流件前后应有足够长的直管段L: 直管段越长越好；一般根据管径比和上游侧局部阻力件的型式确定，表9-2 粗糙度的要求 适用于圆形截面管道，圆度有要求,一般上游侧的直管段长度至少大于10D，下游大于5D，在节流件前后2D长度内的管道，不
8、能有突出部分（如温度计插孔），管内壁要光滑且满足圆度要求,9.2 差压式流量计_标准节流装置,9.2 差压式流量计_标准节流装置,节流装置的选择 从测量精度考虑，在流量和差压条件相同的情况下，喷嘴的精度最高 从对差压变送器的灵敏度要求考虑，由于孔板流量计产生的压差大，不要求变送器的灵敏度特别高；文丘利流量计产生的压差小，所以要求所用的差压变送器的灵敏度要高（阻力损失小，大多数用于低压气体输送中的测量） 测量易沉淀或有腐蚀性的流体时，宜采用喷嘴；对于高温和温度急剧变化的适应性，喷嘴较好，孔板较差；在高参数、大流量的生产线上，通常采用喷嘴，孔板锐角磨损严重，易变形 要满足允许的压力损失，孔板的压力
9、损失较大，而文丘利管所造成的压力损失较小 安装条件方便,9.2 差压式流量计_标准节流装置,节流装置的使用条件 标准节流装置仅仅适用于测量圆形截面管道中的单相、均质流体的流量 要求流体充满管道，在节流件前后一定距离内不发生相变或析出杂质 流体的流速要小于音速 流体的流动属于非脉动流，流体在流过节流件前的流速应与管轴线平行，不得有旋转流的存在,9.2 差压式流量计,标准节流装置 弯管流量计 转子流量计,9.2 差压式流量计_弯管流量计,弯管内压力分布图,弯管流量计,流体通过弯管时，由于离心力的作用在弯管内、外侧壁上产生压力差，曲率半径一定的90 弯管，在离开其弯曲中心最远位置和最近位置上所测得压
10、力差的平方根正比于流体的流速，即正比于流体的流量,质量流量：,体积流量：,9.2 差压式流量计_弯管流量计,式中： D-弯管内径； R-弯管曲率半径； -流体密度； P1-弯管外侧壁压力； P2-弯管内侧壁压力。,称为流量系数,9.2 差压式流量计_弯管流量计,校正：,弯管流量计测量示意图,9.2 差压式流量计_弯管流量计,压水堆主冷却剂流量的测量,9.2 差压式流量计_弯管流量计,流量和差压之间的关系还可用下式描述：,式中：P0为与参考流量q0相应的差压 P为与某个不同流量q相应的差压 应用弯管流量计需满足的条件： 弯管流量计的上下游必须是直管段，上游直管段不少于28D，下游直管段不少于7D
11、 管内流体的雷诺数必须大于5X104 取压口位于弯管最外侧和最内侧，取压口直径大约D/8,9.2 差压式流量计,标准节流装置 弯管流量计 转子流量计,9.2 差压式流量计_转子流量计,又称为浮子流量计，是变面积式流量计的一种，在一根由下向上扩大的垂直锥管中，圆形横截面的浮子的重力是由液体动力承受的，从而使浮子可以在锥管内自由地上升和下降。浮子流量计应用范围最宽广的一类流量计，特别在小、微流量方面有举足轻重的作用。,重力=浮力+压差力,9.2 差压式流量计_转子流量计,9.2 差压式流量计_转子流量计,9.2 差压式流量计_转子流量计,9.2 差压式流量计_转子流量计,核电厂中，转子流量计主要用
12、于辅助系统的流体流量测量中： 一般装于环境温度低于60地方 必须垂直安装，不得倾斜 仪表前后必须有一段与仪表内径一致的直管段 不能用于测量有杂质的流体,9.3 速度式流量计,涡轮流量计 超声波流量计,9.3 速度式流量计_涡轮流量计,在流体作用下，叶轮受力旋转，转速与流速成正比，叶轮的转动周期地改变磁电转换器的磁阻值。线圈中磁通量随之发生变化，产生感应电势，即电脉冲信号,9.3 速度式流量计_涡轮流量计,涡轮叶片速度分解,流体平均流速,叶片的切向速度,涡轮转速,Z:涡轮叶片数,9.3 速度式流量计_涡轮流量计,优点: 其测量精度高,复现性和稳定性均好 量程范围宽,刻度线性 耐高压，压力损失 对
13、流量变化反应迅速，可测脉动流量 抗干扰能力强，信号便于远传及与计算机相连 缺点: 制造困难，成本高 场合： 涡轮流量计主要用于量精度要求高、流量变化快的场合，还用作标定其他流量的标准仪表,9.3 速度式流量计_涡轮流量计,9.3 速度式流量计,涡轮流量计 超声波流量计,设静止流体中的声速为c、流体流速为v，超声波发生器与接收器之间距离为L，则传播时间差为：,9.3 速度式流量计_超声波流量计,考虑在流动中速度分布的系数,插入式超声波流量计,手持式,多普勒超声流量计,9.3 速度式流量计_超声波流量计,对于小口径时差测量困难 用途广泛，使用于各种液体和不同管径。除管道外，还可以用于渠道、河流等处
14、水流速、流量的测量 时差法较适于测量纯净液体，有较多气泡的液体或悬浮物会阻碍脉冲声正常传播，至无法测量 超声波流量计的最大特点就是：仪表可装设在管外，不用破坏管道；其价格不随管道口径的增大而增大，因此特别适合大口径管道流体的流量测量。,9.3 速度式流量计_超声波流量计,9.4 容积式流量计,单位时间内所排出固定容积的数目作为测量依据,设：V0计量室的容积 n转子的旋转次数,则,排出的流体总量,根据转子的形状分为：椭圆齿轮流量计（液体型） 腰轮流量计（气体型和液体）,椭圆齿轮流量计,每转一周，两个齿轮共送出四个标准体积的流体。,测量原理,9.4 容积式流量计,腰轮流量计,测量原理,腰形轮每转动
15、一周，就把转子与壳体之间所构成的具有一定容积的计量室流体的四倍体积，从流入口送到流出口。,计量室体积,腰轮转速,体积流量,9.4 容积式流量计,Page 50/36,腰轮流量计,就地显示累积流量，并有远传输出接口，与相应的光电式电脉冲转换器和流量积算仪配套，可进行远程测量，显示和控制 精度高，重复性好，范围度大，对流量计前后直管段要求不高 适用较高粘度流体，流体粘度变化对示值影响较小 适用无腐蚀性能的流体，如原油，石油制品 (柴油，润滑油等),腰轮流量计,9.4 容积式流量计,腰轮流量计是一种容积式流量测量仪表，用以测量封闭管中流体的体积流量,9.5 其他类型的流量计,电磁流量计：根据法拉第电磁感应定律研制出的一种测量导性流体体积流量的仪表,MKULC2100 系列电磁流量计,9.5 其他类型的流量计,Thanks！,
