流量测量

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任务２差压式流量计测量
在ｖｒ的影响下，近管壁处流体质点的流向就与管中心轴线相倾斜，形成了流束的收缩运动。同时，由于流体运动有惯性，所以流束收缩最严重（即流束最小截面）的位置不在节流孔中，而位于节流孔之后，并且随流量大小而改变。
（２）由于节流装置造成流束局部收缩，同时流体保持连续流动状态，因此在流束截面积最小处的流速最大。根据伯努利方程和位能、动能的互相转化原理，在流束收缩截面积最小处流体的静压力最低。流束最小的截面上各点的流动方向完全与管道中心线平行，流束经过最小截面后向外扩散，这时流速降低，静压升高，直到恢复到流束充满管道内壁。
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任务２差压式流量计测量
四、差压式流量计的安装
标准节流装置的流量系数是在节流件上游侧１Ｄ处形成流体典型紊流流速分布的状态下取得的。如果节流件上游侧１Ｄ长度以内有漩涡或旋转流等情况，则会引起流量系数的变化，故安装节流装置时必须满足规定的直管段条件。
安装节流装置的管道上往往有拐弯、扩张、缩小、分岔及阀门等局部阻力出现，它们将严重扰乱流束状态，引起流量系数的变化，这是不允许
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任务２差压式流量计测量
标准喷管的形状适应流体收缩的流型，所以压力损失较小，测量准确度较高，但它的结构比较复杂，体积大，加工困难，成本较高。由于喷管的坚固性，其一般用于高速蒸汽流量的测量。
３）文丘里管文丘里管具有圆锥形的入口收缩段和喇叭形的出口扩散段，如图４－３
（ｃ）所示。它能使压力损失显著地减少，并有较高的测量准确度。但其加工困难，成本最高，一般用在有特殊要求，如低压损、高准确度测量的场合。它的流道连续变化，所以可以用于脏污流体的流量测量，并在大管径流量测量方面应用较多。
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任务２差压式流量计测量
标准节流装置规定了由节流件前后引出差压信号的几种取压方式，有角接取压、法兰取压、径距取压等，如图４－６所示。
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任务１流量测量的基本知识
单位时间内通过管道横截面的流体数量，称为瞬时流量ｑ，简称流量，即
按物质量的单位不同，流量有 “质量流量ｑｍ”和 “体积流量ｑｖ” 之分，它们的单位分别为ｋｇ／ｓ或ｍ３／ｓ。上述两种流量之间的关系为
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任务１流量测量的基本知识
为了确保流体流动在节流件前达到充分发展的湍流速度分布，要求在节流件前后有一段足够长的直管段。最小直管段的长度与节流件前的局部阻力件的形式及直径比有关，可以阅手册。节流装置的测量管段通常取节流件前１０Ｄ，节流件后５Ｄ的长度，以保证节流件的正确安装和使用。整套装置事先装配好后整体安装在管道上。
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任务２差压式流量计测量
图４－１中的实线代表管壁处的静压力，点划线代表管道中心处的静压力。涡流区的存在导致流体能量损失，因此，在流束充分恢复后，静压力不能恢复到原来的数值ｐ′１，静压力下降的数值就是流体经节流件的压力损失 δｐ。从上述可看出节流装置入口侧的静压力ｐ１比出口侧的静压力ｐ′１要大。前者称为正压，常以 “＋”标记，后者称为负压，常以 “－”标记。并且，流量ｑ越大，流束的局部收缩和位能、动能的转化也越显著，节流装置两端的差压 Δｐ也越大，即 Δｐ反映ｑ，这是节流式流量计的工作原理。
测量流量的方法很多，各种方法的选用应考虑流体的种类（相态、参数、流动状态、物理化、性能）、测量范围、显示形式（指示、报警、记录、积算、控制等）、测量准确度、现场安装条件、使用条件、经济性等。目前工业上常用的流量测量方法大致可分为速度式、差压式、容积式和质量式４类。
以测量流体在管道内的流速ｖ作为测量依据，在已知管道截面积Ａ的条件下，流体的体积流量ｑｖ＝ｖＡ，而质量流量由体积流量乘以流体密度 ρ得到，即质量流量ｑｍ＝ｑｖρ＝ρｖＡ。属于这一类的流量仪表很多，例如涡轮式流量计、涡街流量计、超声波流量计以及电磁流量计等。
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任务２差压式流量计测量
经过长期的研究和使用，资料比较齐全的是目前使用最广泛的标准孔板和标准喷管节流件。这两种形式的节流件的外形、尺寸已标准化。同时还规定了它们的取压方式和前后直管段要求，包括节流件、取压装置、节流件前后直管道和法兰在内的整套装置总称为 “标准节流装置”。所谓标准节流装置，是指符合国际建议和国家标准规定的节流装置。通过大量试验求得标准节流装置的流量与差压的关系，并据此制定 “流量测量节流装置国家标准”。凡按照此标准设计、制作和安装的节流装置，不必经过个别标定即可应用，测量准确度一般为 ± （１％～２％），能满足工业生产的要求。
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任务１流量测量的基本知识
总量的单位是ｋｇ或ｍ３。流体总量除以得到总量的时间间隔就是该段时间内的平均流量。测量瞬时流量的仪表称作流量表（或流量计）；测量总量的仪表称为计量表，它通常由流量计再加积分装置组合而成。
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任务１流量测量的基本知识
二、流量测量的方法及流量计的分类
（１）沿管道轴向连续向前流动的流体，由于遇到节流装置的阻挡，流体的一部分压头转化为静压头，节流装置入口端面近管壁处的流体静压ｐ１升高（即ｐ１＞ｐ′１），即比管道中心处的静压力大，形成节流装置入口端面处的径向压差。这一径向压差使流体产生径向附加速度ｖｒ，从而改变流体原来的流向。
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１）标准孔板标准孔板是用不锈钢或其他金属材料制造，具有圆形开孔，开孔入口边
缘尖锐的薄板。孔板开孔直径ｄ是一个重要的尺寸，其值应取不少于４个单测值的平均值，任意单测值与平均值之差不超过０.０５％。
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任务２差压式流量计测量
图４－４所示为标准孔板的结构。图中所注的尺寸在 “标准”中均有具体规定。标准孔板的结构最简单，体积小，加工方便，成本低，因而在工业上应用得最多，但其测量准确度较低，压力损失较大，而且只能用于清洁的流体。
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任务２差压式流量计测量
二、差压－流量转换公式
流量公式就是指差压和流量之间的关系式，可通过伯努利方程和流动连续性方程来推导。必须指出，要完全从理论上计算出差压和流量之间的关系，目前是不可能的，因为关系式中的各系数只能靠实验确定。设流经水平管道的流体为不可压缩性流体，并忽略流动阻力损失，对截面１和２可写出下列伯努利方程和流动连续性方程：
项目四流量测量
1 任务１流量测量的基本知识 2 任务２差压式流量计测量 3 任务３其量的概念及单位
在火力发电厂的热力生产过程中，流量是反映生产过程中物料、工质或能量的产生和传输的量。由于流体（水、蒸汽、煤、油等）的流量直接反映设备效率、负荷高低等运行情况，因此，要连续监视水、汽和煤、油等的流量或总量。监视的目的是多方面的，例如：为了进行经济核算，需测量锅炉原煤消耗量及汽轮机蒸汽消耗量；锅炉汽包水位的调节，应以给水流量和蒸汽流量的平衡为依据；监测锅炉每小时的蒸发量及给水泵在额定压力下的给水流量，能判断该设备是否在最经济和安全的状况下运行等。可见连续监视、测量流体的流量对于热力设备的安全、经济运行有着重要意义。
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任务２差压式流量计测量
注意到质量流量ｑｍ＝ρπ/４ｄ′２ｖ２，将式（４－４）和式（４－５）代入该式可得
经过简化推导，在节流装置、显示仪表以及流体性质确定以后，上述各项系数均为常数，因此式（４－６）可变成为
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任务２差压式流量计测量
式（４－７）说明当Ｋ为定值时，流量与差压的平方根成正比关系，这就是差压与流量之间的定量关系。
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任务１流量测量的基本知识
其以测量流体通过安装在管道中的节流元件时所产生的差压来反映流量的大小，例如节流变压降（差压）式流量计、均速管式流量计以及转子流量计等。
其以单位时间内所排出流体的固定容积Ｖ作为测量依据。属于这一类的流量计有椭圆齿轮流量计、腰轮流量计等。如果单位时间内排出次数为ｎ，则体积流量ｑｖ＝ｎＶ，而质量流量则是ｑｍ＝ｎＶρ。
在火电厂中，以速度式测量方法中的差压式流量计的使用最为广泛。本项目以差压式流量计为重点，另外再介绍一些常用的其他流量测量仪表。
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任务２差压式流量计测量
差压式流量计是工业生产过程中使用得最多的流量计，同时也是目前生产较为成熟的流量测量仪表。
一、差压式流量测量原理
差压式流量计基于流体流动的节流原理。在流体管道内，加一个孔径较小的阻挡件，当流体通过阻挡件时，流体产生局部收缩，部分位能转化为动能，收缩截面处流体的平均流速增加，静压力减小，在阻挡件前后产生静压差，这种现象称为节流，阻挡件称为节流件。对于一定形状和尺寸的节流件，在一定的测压位置和前后直管段情况以及一定参数的流体和其他条件下，节流件前后产生的差压位随流量而变，两者之间有确定的关系。因此，可通过测量差压来测量流量。图４－１显示了流体流经孔板时的压力和流速变化情况。
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任务２差压式流量计测量
标准节流装置只适用于测量直径大于５０ｍｍ的圆形截面管道中的单相、均质流体的流量。它要求流体充满管道，在节流件前后一定距离内不发生流体相变或析出杂质现象；流速小于音速；流动属于非脉动流；流体在流过节流件前，其流束与管道轴线平行，不得有旋转流。下面介绍标准节流件及其取压装置。
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任务２差压式流量计测量
截面１处流体未受节流件影响，流束充满管道，流束直径为Ｄ，流体压力为ｐ′１，平均流速为ｖ１，流体密度为 ρ１。
截面２是节流件后流束收缩为最小的截面。对于孔板，它在流出孔以后的位置，对于喷管，在一般情况下，该截面的位置在喷管的圆筒部分之内。此处流束的中心压力为ｐ′２，平均速度为ｖ２，流体密度为 ρ２，流束直径为ｄ′。进一步分析流体在节流装置前后的变化情况可知：
三、差压式流量计的组成和标准节流装置
图４－２所示为差压式流量计的组成。节流装置产生的差压信号，通过压力传输管道被引至差压计，经差压计转换成电信号或气信号被送至显示仪表。
标准节流装置包括标准节流件、取压装置和前后直管道。节流件的形式有很多，有标准孔板、标准喷管、文丘里管、１／４圆喷管等，如图４－３所示。可以利用管道上的管件（弯头等）所产生的差压来测量流量，但由于差压值小，影响因素很多，很难测量准确。
其测量所流过的流体的质量ｍ。目前这类仪表有直接式和补偿式两种。
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任务１流量测量的基本知识
这种质量流量计具有被测流量不受流体的温度、压力、密度、黏度等变化的影响的特点，是一种处在发展中的流量测量仪表。
流量仪表的结构和原理是多种多样的，产品型号也较繁多，对其严格地给予分类比较困难。其大致分类见表４－１。
２）标准喷管标准喷管是由两个圆弧曲面构成的入口收缩部分和与之相接的圆柱形喉
部组成的，如图４－５所示。孔径尺寸ｄ是喷管的关键尺寸。此外，如尺寸Ｅ、ｒ１、ｒ２，端面Ａ、Ｂ等均须符合 “标准”规定。标准喷管的取压方式仅采用角接取压。对于标准孔板与标准喷管的选用，除了应考虑加工难易、静压损失（孔板比喷管大）外，尚须考虑使用条件满足与否。
瞬时流量是判断设备工作能力的依据，它反映了设备当时是在什么负荷下运行的，所以流量监测主要在于监督瞬时流量。一般所说的流量就是指瞬时流量。
从ｔ１至ｔ２这段时间间隔内通过管道横截面的流体数量称为流过的流体总量，例如在２４ｈ内汽轮机消耗的主蒸汽量、热力网２４ｈ内对外供应的热汽（水）量等。检测流体总量可为热效率计算和成本核算提供必要的数据。显然流体流过的总量可以通过在该段时间内瞬时流量对时间的积分得到，所以流体总量又称为积分流量或累计流量。