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    技術資料

    流量計種類:蒸汽流量的測量

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    蒸汽是使用最為廣泛的載熱工質,是重要的二次能源。蒸汽流量的測量量大面廣,對加強管理、公平貿易、節能能源、提高經濟效益等方面都有重要意義。蒸汽流量測量方法如果按工作原理細分,可分為直接式質量流量計和推導式(也稱間接式)質量流量計兩大類。前者直接測量與質量流量成函數關系的額變量求得質量流量;后者用體積流量計和其他變量測量儀表,或兩種不同的測量原理流量計組合成的儀表,經計算求得質量流量。

    現在人們廣泛使用的蒸汽流量計絕大多數仍為推導式。其中,以節流式差壓流量計和渦街流量計為核心組成的蒸汽質量流量計是主流,這兩種方法有各自的優點和缺點,而且具有良好的互補性。載差壓式流量計中,線性孔板以其范圍度廣、穩定性好的優勢占有一定市場分額,除此之外,科利奧里質量流量計、均速管流量計、超聲流量計等在蒸汽流量測量中也有應用。

    3.1.1用節流式差壓流量計測量蒸汽質量流量

    節流式差壓流量計的一般表達式為[1]

    qm= (3.1)

    式中qm棗質量流量,kg/s;

    C――流出系數;

    d――工作條件下節流件的開孔直徑,m;

    Δp――差壓,Pa;

    D――管道內徑,m。

    在式(3.1)中,β和d為常數,C和ε1在一定的流量范圍之內也可看作常數,因此式(3.1)可簡化為

    qm=k (3.2)

    從式(3.2)可清楚看出,儀表示值同ρ1密切相關。而蒸汽工況(溫度t,壓力p)的變化,必然使ρ1產生相應的變化。因此,差壓式流量計必須與用以求取蒸汽密度的工況測量儀表配合,并同計算部分一起組成推導式質量流量計,才能保證測量精確度。

    過熱蒸汽質量流量測量 當流體為過熱蒸汽時,取決于流體壓力ρ1和流體壓力ρ1和流體溫度t1。圖3.1所示為測量系統。

    (2)飽和蒸汽質量流量測量 飽和蒸汽的壓力和溫度是密切相關的,臨界飽和狀態的蒸汽從其壓力查得的密度同從其溫度查得的密度是相等的所以推導式質量流量計測量其流量時,既可采用壓力補償也可采用溫度補償。采用壓力補償時,是利用ρ1=f(ρ1)的關系獲得ρ1;采用溫度補償時,是利用ρ1=f(t1)的關系獲得ρ1。兩種方法中以壓力補償較宜,詳見后文3.1.5條分析。

    3.1.2用線性孔板差壓流量計測量蒸汽質量流量

    傳統的孔板流量計最大的不足是在被測流量相對于滿量程流量較小時,差壓信號很小,這一缺點大大影響其范圍度和測量精確度。人們針對其不足在傳統的孔板式產壓流量計基礎上開發了可變面積可變壓頭孔板流量計。因為其輸出的差壓信號與被測流量之間有線性關系,所以也稱能夠線性孔板差壓流量計。

    線性孔板流量計工作原理 線性孔板又稱彈性加載可變面積可變壓頭孔板,其環隙面積隨流量大小而自動變化,曲面圓錐形塞子在差壓彈簧力的作用下來回移動,環隙變化使輸出信號(差壓)與流量成線性關系,并大大地擴大范圍度,其結構如圖3.3所示。

    在孔板流量計中,當流體流過開孔面積為A的孔板時,流量q與孔板前后產生的差壓之間有如下關系,即

    q=K1A

    式中 q――流量;

    K1――常數;

    A――孔板開孔面積;

    Δp――差壓。

    1-穩定裝置;2-紡錘形活塞;3-固定孔板;4-排氣孔;5-標定和鎖定蝸桿裝置;6-走紙軸支撐;7-低壓側差壓檢出接頭;8-高張力精密彈簧;9-排水孔;10-高壓側差壓檢出接頭

    在如圖3.3所示的線性孔板中,與孔板處插入一個紡錘形活塞,又差壓引起的活塞-彈簧組件的壓縮量(活塞的移動距離)為X,則式(3.4)成立,即

    p=K2X (3.4)

    式中 K2――彈簧系數。

    當活塞向前移動時,流通面積受活塞形狀的影響而發生變化,其關系為

    A=K3 (3.5)

    式中 K3――常數。

    由式(3.4)和式(3.5)得

    A=K3 (3.6)

    將式(3.6)代入式(3.3)得

    q=K1K3

    =KΔP

    式中 K――常數(K=K1K3

    ①范圍度寬。典型得線性孔板差壓式流量計可測范圍1%~100%FS,保證精確度得范圍為5%~100% FS,因此,對于流量變化大得測量對象,一臺流量計就可解決。能適應蒸汽、燃油測量得夏季、冬季負荷變化。

    ②線性差壓輸出。差壓信號與流量成線性關系,被測流量相對于滿量程流量較小時,差壓信號幅值也較大,有利于提高測量精確度。

    ③直管段要求低。由于孔板得變面積設計,使其成為在高雷諾數條件下工作得測量機構,可在緊靠彎管、三通下游的部位進行測量(為了保證測量精確度,制造廠還是要求上游直管段≥6倍管徑,下游直管段≥3倍管徑)。

    (3)保證測量精確度的措施 典型的線性孔板流量計GILGLO承諾具有±1%精確度,為了達到這一指標,采取了幾項重要措施,其中包括如下幾項。

    ①對線性孔板逐臺用水標定

    從式(3.4)和(3.5)可知,只要線性孔板中的彈簧線性號,而且活塞被加工成理想形狀,使得流通面積A與位移X的1/2次方成線性關系成立,但是,活塞的曲面加工得很理想是困難得,最終不得不用逐臺標定得方法來彌補這一不足。

    對線性孔板進行逐臺標定是以水為介質,不同口徑得線性孔板均選擇14個標定點,其中流量較小時,標定點排得較密,圖3.4所示為一臺DN200線性孔板得標定曲線。圖中的差壓單位為inH2O,(linH2O=249.0889Pa),表3.1所列的是一臺DN200的線性孔板的實際標定數據,其中從體積流量換算到質量流量是建立在水的密度p=998.29kg/m3基礎上的。


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