节流装置的选型及应用

节流装置的选型及应用

开封仪表有限公司

教授级高级工程师

邵朋诚

我们开封仪表有限公司是著名的流量仪表研发、制造、测试基地，建厂50余年来，在流量仪表方面多有建树，可以说，我们的企业在产品品种和规格方面是国内流量仪表厂家的龙头。由于流量测量的特殊性，市场上出现并使用的流量仪表种类众多，其中市场占有量最大的仍然是节流装置。广大用户很想了解节流装置选型和应用方面的知识，这是一个复杂的问题。限于本人的知识水平，我无法全部解决大家的问题，在这里，本人就这一议题从以下4个方面和大家交流、切磋。讲得不对的地方，欢迎批评、指正。

1.基础知识

虽然基础知识对于一位急于选型和使用的用户来说似乎是“远水不解近渴”，但了解基础知识的确能帮助用户最佳选型、最佳使用。以下通过介绍几个名词来了解一些基础知识、有利于了解节流装置的基本原理。

（1）流量

定义：在一定时间（秒、分、小时）内通过某指定截面内的物料量。若物料量是以体积（容积）单位（如升、立方米）来表示，则称为体积（容积）流量，此时尚需注明是标况（0℃或20℃，101.33kPa）或工作状况下，需注明是在哪一个温度、压力下的体积（这一点特别重要）；若以质量单位（如千克、吨）表示，则称质量流量。注意区分“流速”、“流速分布”“流通截面”的含意。对于插入式仪表，直接测量的实际上是流速，要得知流量还需要“流速分布”。

（2）密度

定义：单位体积的介质所具有的质量。

介质的密度与其组分、温度、压力、湿度等有关。节流装置的输出值与此有关。由于流体介质的复杂性，这个参数往往是变动的，如果不能进行实时补偿，将会直接影响流量的测量精度。

（3）粘度

定义：流体的粘度是表征分子微观作用的宏观表现的物理量。

A.气体：是由无规则分子运动（热运动）引起的；

B.液体：是由分子间的引力、因流层间的速度差而产生的。

主要有三种表示方法：

①动力粘度：μ＝剪切压力τ/剪切速率d 称为牛顿内摩擦定律。国际单位制（SI制） Pa·s（帕·秒），常用其103-:mpa·s(厘泊cp)

②运动粘度（比密粘度）υ＝μ/ρ SI单位 m2/s 常用其103-: mm2/s(厘司特cst).

③“条件”粘度,是在一定条件下的粘度。主要有：恩格勒度(恩氏度)、赛波特秒（赛氏秒）、雷德伍德秒（雷氏秒）等。

（4）等熵指数κ:可逆绝热（等熵）转换条件下，介质压力相对变化与密度相对变化之比。

对于节流装置、临界流流量计及热式流量计，需要知道等熵指数κ，因为节流装置测量气体流量时需要计算可膨胀性系数ε、临界流流量计需要计算临界流函数C 。一般用气体的“比热比”代替。

（5）雷诺数：是表征流体流动特性的一个参数，它等于流体流

动时惯性力与粘滞力之比：R

e =

ν

ul是一个无量纲的纯数

u ：流体的平均流速m/s, l ：流体的特征长度m ，ν:运动粘度m 2/s 管道的特征长度用当量直径D d 表示,若用q v (m 3/h)或q m (kg/h)代

替u(m/s),用D d (mm)代替l (m), μ: mpa ·s

则上述公式变为: R ed =354·μd D q m

由雷诺数的大小可以判别流动状态，这对差压式流量计非常重要。当管道是圆直管时，R ed <2300为层流(滞流)态； R ed =2000~4000为过

渡状态,此时流出系数不稳定; R ed >4000~12000,湍流态。一般在R ed >10000之后才是稳定的湍流.(当l 用水力半径代替时R ecr <580为层流

态)。（标定）检验用的流体与实际使用时的流体不一样时，要达到动力相似（需雷诺数相同）和几何相似（仪表结构具有相似性），测量气体流量的仪表在用水实际标定时，对同一台仪表，要根据雷诺数相同的原理计算出校验点的水流量，得出各个校验点的流出系数后按照“权函数”的原理算出仪表的流出系数（也可以提供分段流出系数）。

（6） 流出系数C

定义：C= 理论流量

实际流量（在一定的流体条件下，相同的流量测试点，对同一台流量计而言）

对于节流装置而言，还曾用过另一个系数——流量系数α

α=C *-411

β , β:节流径比

这里的“理论流量”是指流动过程中没有能量的损失，是根据流体流动两大方程式——伯努利方程和流体连续性方程计算出来的流量。

（7） 节流装置

利用管道流通面积的收缩、扩张，使得流动流体产生静压力差的装置。

2.节流装置的原理与分类

（1）：原理 节流装置的工作原理基于伯努利方程（能量守恒）和流体连续性方程（物料平衡）。

节流装置的流量基本方程：

1242112643.0ρββε*∆**-**=P D c q m

式中：q m ：…………流体的质量流量（kg/h ）

C ：…………流出系数

ε：……流体经过节流装置后的可膨胀性系数（对液体ε＝1）

β：………径比(β=d/D ，d ：节流件的喉部（最小截面处）直

径（mm ），

D ：………测量管（工作状态下）的内径（mm ）

△P ：………节流装置上、下游取压口处测取的差压值（kPa ） ρ1：………流体（在节流装置上游侧条件下）的密度（kg/m 3） 利用差压变送器将差压值△P 转变成标准电流信号或数字信号，再经过显示仪表或数据处理装置，显示出流体的流量或总量。

（2）特点及分类

特点：历史悠久、原理复杂、结构多样、规格齐全、性能稳定、标准化程度高、成本较低、使用范围广、用量大。

分类：（A ）标准节流装置（符合ISO5167或GB/T2624）：标准孔板（取压方式分为：角接，法兰，D 、D/2）、ISA1932喷嘴（习惯称呼标准