[摘要]在分(fen)析孔闆流量(liang)計 工作原理(li)的基礎上,文(wén)章提出了在(zai)水蒸汽流量(liang)測㊙️量中😍孔闆(pǎn)流量計流量(liàng)因數、氣體膨(peng)脹因數、氣體(ti)密度、孔闆孔(kong)徑修正和補(bu)償的簡單易(yì)行的新方法(fa),并爲孔闆流(liú)量計在工程(cheng)應用中的誤(wu)差補償提供(gong)了思路。
1工作(zuò)原理
　　孔闆式(shi)流量計 采用(yong)差壓式測量(liàng)方法對流量(liang)進行測量,即(ji)在管道内裝(zhuāng)人節流元件(jian)—孔闆,當水蒸(zheng)汽流過孔闆(pǎn)時,流體速度(dù)💃🏻增大😄、壓力減(jian)小,于是在孔(kong)闆的前後産(chan)生差壓。具有(you)一定設計尺(chǐ)寸的孔闆測(ce)量水蒸汽流(liu)量,在保證孔(kǒng)闆前後有足(zu)夠的直管段(duan)等條件下,孔(kong)闆前後的差(chà)壓将随🐆流量(liàng)的變化🐆而變(bian)化,且兩⛱️者具(jù)有确定😘的關(guan)系,因此可🤞以(yi)通過測量差(cha)壓得到水蒸(zheng)汽🔴的流量。
根(gēn)據國标GB/T2624一93,對(dui)于标準節流(liu)裝置,差壓與(yǔ)流量的函數(shù)關系式爲:

　　式(shi)中:qm爲質量流(liu)量,kgs/;C爲流量因(yin)素；β爲孔闆孔(kong)徑與管道♉内(nèi)❗徑👅之比🤟,β爲孔(kong)闆孔徑與管(guan)道内徑之比(bǐ)，β=d/D；?氣體膨脹因(yīn)素，當流體爲(wèi)♌不可壓縮性(xìng)流體時?=1；d爲孔(kong)闆孔徑,m;△p爲孔(kong)闆前後的壓(yā)差, Pa;ρ爲節流件(jian)入口端流體(tǐ)密度，kg/m3。
　　通常使(shǐ)用的節流元(yuan)件是在額定(dìng)工況下進行(hang)設計的🏃,但實(shi)際應用時的(de)工況(如溫度(du)、壓力等)可能(néng)會偏離設計(ji)工況。這樣,式(shì)(l)中流🏃‍♀️量因數(shù)C、氣體膨脹因(yīn)數?、氣體密度(du)☎️ρ、孔闆孔❗徑d等(děng)參數均可✂️能(neng)會偏離額定(dìng)工況值,從而(er)導緻測量誤(wu)差。特别是當(dang)測量可壓縮(suō)氣體時産生(shēng)的誤☔差更大(da),實驗證明:當(dang)壓力、溫度變(biàn)化引起密度(du)變化的3倍時(shí),流量測量㊙️将(jiang)産生約70%的誤(wù)差,這遠遠超(chao)出了工程👣要(yao)求的計量誤(wu)差範圍。爲了(le)保證流量測(ce)量的精度,實(shí)際應用中必(bì)須對🚩這些随(sui)工況💘變化的(de)參數進行補(bu)償。
2補償方法(fa)
(l)流量因數C的(de)補償
　　流量因(yin)數C是表征孔(kong)闆節流裝置(zhì)特性的主要(yào)參數。它是雷(léi)諾數Re和β的函(hán)數。文獻〔2」中描(miáo)述了角接取(qu)壓标♉準孔闆(pǎn)的流量因數(shu)變化圖,它是(shì)一個随流量(liang)變化的量。其(qi)值随雷諾數(shu)R。的上升而下(xià)降,當雷諾數(shu)Re大于一定值(zhi)趨向無窮大(dà)時,流量因☁️數(shu)C趨向于常數(shù)Ck、,而且孔徑比(bi)β越大,流量因(yin)數C的變化幅(fú)度也🈲越大,使(shi)C趨向㊙️于常數(shù)Ck的雷諾☀️數Re也(ye)越大。
流量因(yīn)數C與β和Re的之(zhi)間的定量關(guan)系爲:
C=0.5959+0.0312β2.1一0.184β8+0.00292.5 (106/Re)0.75　　　　　　(2)
　　對于(yu)給定的标準(zhǔn)孔闆,當孔徑(jing)比β爲一常數(shu),流量因數C僅(jin)是雷諾數Re的(de)函數C=?(Re)。如當β=0.5時(shí)，由（2）式得：
C=0.60246+0.000513(106/ Re)0.75　　　　　(3)
　　在式(shì)(l)中将C用(2)式而(ér)不是一個常(cháng)數來代替可(ke)提高計量的(de)精度。如對于(yú)設計計量點(diǎn)爲42t/h、孔徑比0.6037的(de)角接取壓标(biao)準孔闆,當實(shí)際流量爲1.l4t/h會(hui)産生2.4%的誤差(chà),而運用(2)式就(jiù)可避免。
(2)水蒸(zhēng)汽膨脹因數(shu)。的補償
法蘭(lan)取壓節流孔(kǒng)闆的可膨脹(zhang)系數爲:
?=l-(0.41+0.35β)△p /k·p　　　　　　(4)
　　式中(zhōng): β爲孔徑比;k=1.3爲(wei)水蒸汽的等(deng)嫡指數;△p爲孔(kong)闆前後的差(cha)壓🔆, Pa;p爲水蒸汽(qì)節流前的絕(jué)對壓力,pa;
　　由式(shi)(l)可知,在其它(ta)參數不變的(de)情況下,水蒸(zheng)汽流量qm與?之(zhī)間的關系可(ke)簡化爲: qm=k ?·其中(zhōng)k?在工程應用(yòng)中可看作常(chang)數。在測量水(shui)蒸汽的流量(liàng)時⛱️, ?的變化對(duì)流量;qm的影響(xiǎng)可以從以下(xia)的例子中看(kan)🧑🏽‍🤝‍🧑🏻出。
　　測量過熱(rè)水蒸汽流量(liang),孔闆設計時(shi)的額定值爲(wei):流🐅量q設👉=40.0t/h,孔徑(jing)⭐比β=0.6210、水蒸汽膨(peng)脹因數?設=0.9751,此(ci)時對應的壓(ya)差爲△p設=50kPa;實際(ji)應用中水✉️蒸(zheng)汽流量爲qm=1/100q設(she)=4.0t/h時,對應的壓(ya)差🚩△p=1/100△p設=0.5kaP,而将參(cān)數代人式(4),此(ci)時的水😍蒸汽(qì)膨脹因數?=0.9996。在(zài)測量中如果(guǒ)仍然按照額(é)定。?=0.9751進行計算(suan),所得流量會(huì)産生相對誤(wù)差:

　　由此可見(jian),在測量水蒸(zheng)汽流量時,若(ruo)把:當作常數(shu)處理将産生(sheng)誤差,有必要(yào)對?進行修正(zheng)。修正的方法(fa)爲:測量時,在(zài)确定的β下,将(jiang)?用(4)式代人。對(duì)于角接取壓(yā)節流孔闆,其(qi)可膨脹因數(shù)爲:
?=l一(0·3707+0·3184β4)(△P / P)0.935/k,對其進(jin)行分析,仍然(ran)可得上述結(jie)論。
(3)水蒸汽密(mì)度ρ的補償
　　在(zai)其它參數不(bú)變的情況下(xia),水蒸汽流量(liang)qm與密度ρ之間(jiān)♉的關系爲: qm= kpρ,可(ke)以看出,水蒸(zheng)汽流量與水(shui)蒸汽密度🈲的(de)平方根成正(zhèng)比關📱系。水蒸(zhēng)汽是可壓縮(suō)性氣體,當其(qí)壓力、溫度變(bian)化時,其密度(dù)将發生明顯(xian)的變化,這将(jiāng)引起流量很(hěn)大的誤差。
　　因(yin)實際水蒸汽(qi)狀态(壓力、溫(wen)度)與流量計(jì)設計時水🤩蒸(zhēng)汽🏃🏻‍♂️狀态(壓力(li)、溫度)偏離造(zao)成的相對誤(wu)差可由下式(shì)表示:

　　式中:qm和(hé)qm設分别爲實(shí)際測量流量(liàng)和設計工況(kuàng)下的流🛀🏻量,kg/s;ρ和(hé)✔️ρ設分别爲水(shuǐ)蒸汽的實際(ji)密度和設計(ji)工況下的密(mi)度,kg/m3。
　　假如設計(jì)孔闆流量計(ji)時是按照0.5MaP所(suo)對應的飽和(he)水蒸汽密度(dù)ρ設=2.667kg/m3設計的,則(zé)在不同工況(kuàng)下所産生的(de)誤差如🐅表1。

　　由(you)表l可以看出(chū),水蒸汽密度(dù)的變化造成(cheng)的測量誤差(chà)可能很大,水(shui)蒸汽的實際(jì)狀态偏離孔(kong)闆設計狀态(tai)越🆚嚴重,所引(yǐn)起的誤差☎️就(jiu)越大。
　　要補償(chang)密度變化所(suǒ)引起的這種(zhǒng)誤差,就不能(neng)将式(l)中🏃‍♂️的密(mi)度以設計工(gong)況下的密度(du)來代人,而要(yào)将水蒸汽密(mi)度看作壓力(lì)p和溫💋度t的函(han)數,即ρ=?(p,t)。由于沒(mei)有同時滿足(zú)水蒸汽高精(jing)度和寬量程(cheng)的ρ=?(p,t)表達式,工(gōng)程應用時可(kě)根據所選量(liang)程,借助水蒸(zheng)汽密度🏃‍♂️表閉(bì)進行👌函數拟(ni)和,然後将拟(ni)和的解析式(shì)帶人(l)式。作者(zhe)運用MATLAB對水蒸(zhēng)汽的密度進(jin)行拟和。
當溫(wen)度的變化範(fan)圍爲300℃~600℃、壓力變(biàn)化範圍爲1.0~5.OMPa時(shi),拟和函數爲(wei):
ρ=(0.0069843一0.0000039t一4.0212/t+0.12772/p+0.00045853t/p)-1
(其中溫(wen)度的單位爲(wèi)℃,壓力的單位(wei)爲MPa)。
　　實驗證明(míng),在這個溫度(du)和壓力範圍(wei)内,密度的相(xiàng)對誤差不超(chāo)過0.4%,流量的相(xiang)對誤差不超(chao)過0.2%。拟和範圍(wéi)減小時,誤差(cha)将會✍️更小。
(4)孔(kong)闆内徑d的補(bu)償
　　測量水蒸(zheng)汽流量時如(rú)果設計工況(kuang)爲200℃,孔闆内徑(jing)爲d設,則孔闆(pan)内徑在實際(ji)工作狀态下(xia)的修正公式(shi)爲:
d=d設[l+a(t-200℃) ]??????? ?(8)
式中:a爲(wei)孔闆材料的(de)線膨脹系數(shù),1/℃。
　　在其它參數(shu)不變的情況(kuàng)下,水蒸汽的(de)流量qm與孔徑(jing)d之㊙️間的💋關系(xì)爲:
qm=kdd2
其中kd爲一(yi)常數,則有質(zhi)量流量的相(xiang)對誤差爲:

将(jiāng)式（8）帶入（9）式得(de)：
Δqm=[1+a（t-200）]2-1=2a（t-200）+[a（t-200）] 2
　　如果孔闆工(gong)作的溫度範(fàn)圍爲100℃~300℃,孔闆材(cai)料爲1Crl8Ni9Ti,查表得(de)a=17.2×10-6/℃,孔闆🏃内徑爲(wei)50mm,則由孔闆内(nei)徑所造成的(de)最大相對誤(wù)差爲:
△qm=2a(t-200℃)=0.34%
　　由此可(kě)知孔闆内徑(jìng)所引起的誤(wu)差很小,在一(yi)般的🔆測量中(zhong)不需要考慮(lü)其誤差的影(yǐng)響;在溫度變(biàn)化很大或需(xu)要高精度計(ji)量時可以用(yong)式(8)進行補償(chang)。?
　　對于壓差△p的(de)測量一般用(yòng) 差壓變送器(qi) ,智能變送器(qi)的精度一般(bān)都很高。如Rosemount305lCD的(de)精度可達0.05級(jí)。隻要選用高(gao)精度的差壓(ya)變送器就可(ke)以達到所需(xu)要測㊙️量的技(ji)術要求
3結論(lùn)
　　以上讨論了(le)影響孔闆測(cè)量水蒸汽流(liú)量的各主要(yào)因素及其影(yǐng)🏃‍♀️響程度。從以(yi)上的分析和(he)計算中我們(men)可以得出:當(dāng)孔闆的工作(zuo)🧑🏽‍🤝‍🧑🏻狀态(溫度、壓(yā)力)偏離設計(jì)工況時,影響(xiǎng)孔闆測量水(shui)蒸汽精度的(de)最主要因素(su)爲水蒸汽♌的(de)密度,其次分(fen)别爲水蒸汽(qi)的膨脹因數(shu)、流量因數和(he)孔闆的孔徑(jìng)。這就給我們(men)提供了一條(tiáo)思路:在用孔(kǒng)💃🏻闆測量水蒸(zheng)汽流量時,如(rú)果各種影響(xiang)參數不能同(tóng)時進🔅行補償(chang),應優先補償(chang)影響大的參(can)數🐇水蒸汽的(de)密度,其它次(ci)之。同時在本(běn)文中作者給(gei)出了水蒸☁️汽(qi)在常用的溫(wēn)度和壓力範(fan)圍下的密度(dù)🔴補償公式,并(bing)且在實驗中(zhōng)進行了驗證(zhèng)。本文還提出(chū)了對各種影(ying)❗響參數進行(hang)補償的簡單(dan)易行的方法(fa),這将大大提(ti)高水蒸汽計(jì)量的精度。

以(yi)上内容源于(yú)網絡，如有侵(qin)權聯系即删(shān)除!