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1、课程设计题目孔板流量计安装管路设计二级学院电子信息与自动化专 业自动化班 级学生姓名_学号_指导教师考核项目设计50分平时 成绩 20分答辩30分设计质量20分创新设计15分报告质量15分熟练程度20分个人素质10分得分总分考核等级教师签名摘要随着科学技术发展，出现新型流量计是必然的。然而由于流量测量技术本身 涉及面广，随着对象不同，对流量计有着不同的要求，也就是说客观上多种流量 计并存，才能满足不同场合和层次的需求。由于孔板流量测量技术历史悠久，标 准化程度高，使用简单可靠，一般无特殊要求时无须标定等特点。孔板流量计是根据安装在管道中孔板前后的压差，已知的流体参数和孔板的 几何尺寸来计算流量
2、的仪表。孔板流量计常用于工业生产测量气体、液体和蒸汽 流量。传统孔板流量计测量精度较低，功耗较高。流量计的发展趋势是高精度、 低功耗、数字化、集成化、智能化、网络化。本文在查阅了大量文献资料的基础 上分析了流量计的工作原理。阐述了差压式孔板流量计的安装以及对节流装置的 前后压力值测算和对直管道长度分析计算。孔板流量计是将标准孔板与多参数差压变送器（或差压变送器、温度变送器 及压力变送器）配套组成的高量程比差压流量装置，可测量气体、蒸汽、液体及 天然气的流量，广泛应用于石油、化工、冶金、电力、供热、供水等领域的过程 控制和测量。关键词 ：差压式流量计，孔板流量计，取压装置，直管道长度，差压式孔板
3、流量计安装，目录一概述 3（一）差压式流量计概述 3（二）工作原理5二孔板流量计安装管路设计6（一）孔板流量计安装管路设计思路6（二）差压式孔板流量计安装 7（三）对节流装置的前后压力值测算 11（四）孔板流量计对直管道长度进行分析计算 13（五）孔板流量简易计算公式 15（六）计算实例16三总结18四参考文献18、 概述一）差压式流量计概述差压式流量计（以下简称DPF或流量计）是根据安装于管道中流量检测件产生 的差压、已知的流体条件和检测件与管道的几何尺寸来测量流量的仪表。DPF由 一次装置（检测件）和二次装置（差压转换和流量显示仪表）组成。通常以检测件的 型式对DPF分类，如孔扳流量计、文
4、丘里管流量计及均速管流量计等。二次装置 为各种机械、电子、机电一体式差压计，差压变送器和流量显示及计算仪表，它 已发展为三化（系列化、通用化及标准化）程度很高的种类规格庞杂的一大类仪 表。差压计既可用于测量流量参数，也可测量其他参数（如压力、物位、密度等）。DPF 按其检测件的作用原理可分为节流式、动压头式、水力阻力式、离心式、 动压增益式和射流式等几大类，其中以节流式和动压头式应用最为广泛。节流式DPF的检测件按其标准化程度分为标准型和非标准型两大类。所谓标 准节流装置是指按照标准文件设计、制造、安装和使用，无须经实流校准即可确 定其流量值并估算流量测量误差，非标准节流装置是成熟程度较差，尚
5、未列入标 准文件中的检测件。标准型节流式DPF的发展经过漫长的过程，早在20世纪20年代，美国和欧洲 即开始进行大规模的节流装置试验研究。用得最普遍的节流装置-孔板和喷嘴开 始标准化。现在标准喷嘴的一种型式ISA1932喷嘴，其几何形状就是30年代标准 化的，而标准孔板亦曾称为ISA 1932孔板。节流装置结构形式的标准化有很深远 的意义，因为只有节流装置结构形式标准化了，才有可能把国际上众多研究成果 汇集到一起，它促进检测件的理论和实践向深度和广度拓展，这是其他流量计所 不及的。1980年ISO（国际标准化组织）正式通过国际标准ISO 5167，至此流量测 量节流装置第一个国际标准诞生了。I
6、SO 5167总结了几十年来国际上对为数有限 的几种节流装置（孔板、喷嘴和文丘里管）的理论与试验的研究成果，反映了此类 检测件的当代科学与生产的技术水平。但是从ISO 5167正式颁布之日起，它就暴 露出许多亟待解决的问题，这些问题主要有以下几个方面。1）ISO 5167试验数据的陈旧性ISO 5167中采用的数据大多是30年代的试验结 果，今天无论节流装置制造技术，流量试验设备及实验技术都有巨大的进步，重 新进行系统地试验以获得更高精确度及更可靠的数据是必要的。进入80年代美国 和欧洲都进行大规模的试验，为修订ISO 5167打下基础。2）ISO 5167中关于直管段长度规定的问题在ISO投
7、票通过ISO 5167时，美国 投了反对票，其主要原因是对直管段长度的规定有不同意见，这个问题应是ISO 5167修订的主要问题之一。3）ISO 5167中各项规定的科学性问题影响节流装置流出系数的因素特别多， 主要有孔径与管径的比值0、取压装置、雷诺数、节流件安装偏心度、前后阻流 件类型及直管段长度、孔板入口边缘尖锐度、管壁粗糙度、流体流动湍流度等， 众多因素影响错综复杂，有的参数难以直接测量，因此标准中有些规定并非科学 地确定，而是为了取得一致，不得不人为地确定。著名流量专家斯宾塞（E. A. Spencer）提出一系列应重新检讨的问题，如孔板平直度、同心度、直角 边缘尖锐度、管道粗糙度、
8、上游流速分布及流动调整器的作用等。4）关于节流式DPF测量精确度提高的问题鉴于节流式DPF在流量计中占有重要 地位，提高其测量精确度意义重大。历次国际学术会议认为必须使流量测量工作 者、流体力学与计算机技术工作者紧密合作共同攻关才能解决此问题。20世纪80年代美国和欧洲开始进行大规模的孔板流量计试验研究，欧洲为欧 共体实验计划（EECExperimen tal Program）,美国为API实验计划（API Experimental Program）。试验的目的是用现代最新测试设备及试验数据的统计 处理技术进行新一轮的范围广泛的试验研究，为修订ISO 5167打下技术基础。 1999年ISO发
9、出ISO 5167的修订稿（ISO / CD 5167-1-4），该文件为委员会草案， 它在技术内容与编辑上都有很大改动，是一份全新的标准。本来预定于1999年7 月在美国丹佛举行的ISO / TC30 / SC2会议上审查通过为DIS（标准草案），但是会 议认为尚有细节问题应再商榷而未能通过。新的ISO5167标准何时正式颁布尚不 得而知。ISO 5167新标准在标准的两个核心内容皆有实质性变化，一是孔板的流 出系数公式，用Reader-Harris/Gallagher计算式（R-G式）代替Stolz计算式， 另一为节流装置上游侧直管段长度的规定以及流动调整器的使用等。我们通常称ISO 51
10、67（GB / T2624）中所列节流装置为标准节流装置，其他的都 称为非标准节流装置，应该指出，非标准节流装置不仅是指那些节流装置结构与 标难节流装置相异的，如果标准节流装置在偏离标准条件下工作亦应称为非标准 节流装置，例如，标准孔板在混相流或标准文丘里喷嘴在临界流下工作的都是。 目前非标准节流装置大致有以下一些种类：1）低雷诺数用1/ 4圆孔板，锥形入口孔板，双重孔板，双斜孔板，半圆孔板等；2）脏污介质用圆缺孔板，偏心孔板，环状孔板，楔形孔板，弯管节流件等；3）低压损用罗洛斯管，道尔管，道尔孔板，双重文丘里喷嘴，通用文丘里管，Vasy 管等；4）小管径用整体（内藏）孔板；5）端头节流装置端
11、头孔板，端头喷嘴， Borda 管等；6）宽范围度节流装置弹性加载可变面积可变压头流量计（线性孔板）；7）毛细管节流件层流流量计；8）脉动流节流装置；9）临界流节流装置音速文丘里喷嘴；10）混相流节流装置。节流式DPF现场应用的不断拓展必然提出发展非标准节流装置的要求，十余 年来ISO亦在不断制订有关非标准节流装置的技术文件，在它们不能成为正式标 准之前作为技术报告发表。可以预见，今后有可能若干较为成熟的非标准节流装 置会晋升为标准型的。20世纪90年代中后期世界范围内各式DPF销售量在流量仪表总量中台数占 50-60（每年约百万台），金额占30左右。我国销售台数约占流量仪表总量 （不包括家用
12、燃气表和家用水表及玻璃管浮子流量计）的35-42（每年6万-7 台）。二）基本原理充满管道的流体，当它流经管道内的节流件时，如图1所示，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。这种测量 方法是以流动连续性方程（质量守恒定律）和伯努利方程（能量守恒定律）为基础 的。压差的大小不仅与流量还与其他许多因素有关，例如当节流装置形式或管道 内流体的物理性质（密度、粘度）不同时，在同样大小的流量下产生的压差也是不 同的。一管壁上的压力变化管道轴心鮭上的压力变化图1孔板附近的流速和压力分布二、孔板
13、流量计安装管路设计(一) 孔板流量计安装管路设计思路在气体的流动管道上装有一个节流装置，其内装有一个孔板，中心开有一个 圆孔，其孔径比管道内径小，在孔板前燃气稳定的向前流动，气体流过孔板时由 于孔径变小，截面积收缩，使稳定流动状态被打乱，因而流速将发生变化，速度 加快，气体的静压随之降低，于是在孔板前后产生压力降落，即差压(孔板前截 面大的地方压力大，通过孔板截面小的地方压力小)。差压的大小和气体流量有 确定的数值关系，即流量大时，差压就大，流量小时，差压就小。流量与差压的 平方根成正比。差压式流量计是根据安装于管道中流量检测件产生的差压,已知的流体条件 和检测件与管道的几何尺寸来计算流量的仪
14、表。差压式流量计由一次装置(检测件)和二次装置(差压转换和流量显示仪表)组 成。通常以检测件形式对差压式流量计分类,如孔板流量计、文丘里流量计、均 速管流量计等。二次装置为各种机械、电子、机电一体式差压计,差压变送器及流量显示仪表。 它已发展为三化(系列化、通用化及标准化)程度很高的、种类规格庞杂的一大类 仪表,它既可测量流量参数,也可测量其它参数(如压力、物位、密度等)。差压式流量计的检测件按其作用原理可分为:节流装置、水力阻力式、离心式、 动压头式、动压头增益式及射流式几大类。检测件又可按其标准化程度分为二大类:标准的和非标准的。所谓标准检测件是只要按照标准文件设计、制造、安装和使用,无须
15、经实流标 定即可确定其流量值和估算测量误差。非标准检测件是成熟程度较差的,尚未列入国际标准中的检测件。 差压式流量计是一类应用最广泛的流量计,在各类流量仪表中其使用量占居 首位。近年来,由于各种新型流量计的问世,它的使用量百分数逐渐下降,但目前 仍是最重要的一类流量计。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,至今尚无任何一类流量计可与之相比拟 ;(3) 检测件与变送器、显示仪表分别由不同厂家生产 ,便于规模经济生产。 缺点:(1) 测量精度普遍偏低 ;(2) 范围度窄 , 一般仅 3:14:1;(3) 现场安装条件要求高 ;(4) 压损大 ( 指孔板、喷嘴等 ) 。应用概况:差
