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压缩空气流量计选型应用

发布时间:2014-06-10  浏览:1263次  字号:  

  玻璃生产线(含全氧燃烧、富氧燃烧、特种玻璃、深加工玻璃线等)常有些气体介质的流量需要测量,如助燃风、调温风等冷却风、压缩空气、惰性气、氮气、氢气、氧气、天然气、液化气、蒸汽等。以最常见的风流量计的选型应用为例,按时期先后大致如下:节流差压式流量计(标准节流孔板、文丘里管等),涡街流量计,差压式流量计(均速管流量计),热式质量流量计,节流差压式流量计(弯管流量计),节流差压式流量计(多孔孔板平衡流量计)等。几种流量计各有优缺点,下面对它们进行一些分析探讨,以期合理选型正确使用。
1.标准节流差压式流量计
标准节流孔板及文丘里管等典型的节流差压式流量计,是传统最常见的流量计。基于流体连续性原理和流体力学能量守衡原理,遵从伯努利定律。标准节流式流量计的基本公式为:
质量流量:M=αεAd(2ρ△P)1/2
体积流量:Q=M/ρ=αεAd(2△P/ρ)1/2
α--流量系数,ε--流束膨胀系数,Ad--工作状态下节流件开孔面积,ρ--节流件上游侧取压处流体密度,标准节流件上、下游侧规定的取压孔位置上所测得的静压力之差。以孔板流量计为例,推导得其应用公式为:
Q=0.01252αεktd2(△P/ρ)1/2
当孔板流量系数α、流束膨胀系数ε、管道与孔板材料热膨胀校正系数kt、流体密度ρ及孔板节流孔径d近似视为常数C时,流体流量Q与孔板前、后的压力差△P的平方根成正比,公式简化为:Q=C△P-2
2.均速管流量计
属差压式流量计,由单点测速的皮托管演变发展而来,基于流体力学能量守衡原理,遵从伯努利定律。流体的全压(总压力)等于其动压加静压,测得流体的平均全压与平均静压之差△P,就获得流体的平均动压值。流体的平均动压即平均差压△P与平均流速V间的关系为:
V=K(2△P/ρ)1/2
Q=AV
其中K为均速管流量系数,A为管道有效截面积。均速管流量计导致的流体压力损失很小,其永久压力损失仅是标准孔板的5%以下,均速管结构简单,安装维护比较方便(但比涡街流量计和热式质量流量计要增加取压导压管和差压变送器),大口径管路流量测量时优点突出。各公司标称的所需直管段差异很大,有的小到2D,大的却要20D;价格差异也很大,不含差压变送器,便宜的一两千元,贵的上万元。
3.热式质量流量计
热式质量流量计基于热传递原理。传感元件是封装于不锈钢套管内的2个精密热电阻RTD(一般为铂电阻),其一是流体介质温度传感元件,另一为加热兼传感元件,由它们组成惠斯登电桥的两个桥臂,控制加热传感器的加热功率,以使加热传感器和参比温度传感器间保持恒定温差△t=ts-ta=常数。流体流过加热传感器所带走的热量和流体的流速与密度之积ρV的m次方成正比,即与流体的质量流量的m次方成正比。流体的质量流量变化时,必须同时相应改变加热传感器的加热功率,才能保持△t不变,故测得加热功率就间接地测得流体的质量流量。检测元件总热损失E与质量流速ρV、质量流量M间的函数关系式如下:
E=(kAs/d)[B+C(ρVd/μ)m](Ts-Ta)
M=AρVk--流体导热系数,As--被加热元件面积,B--传感器支撑件的自然对流、热辐射和热传导总的热传递常数(相对于介质的强制对流,传感器的自然对流、热辐射和热传导影响极小),C--常数,d--传感器直径,μ--流体黏度,m--系数(一般m≥0.3),Ts--元件表面温度,Ta--介质温度,A--管道有效截面积。
总结
标准节流孔板、文丘里管等传统节流差压式流量计永久压力损大(由于死区和大量涡流),量程比小,要求直管段长,尤其不适合允许压力损小、直管段短和大口径管路的测量。新型的A+K多函数孔圆盘式平衡流量计BFM(BalancedFlowMeter),是美国航空航天局、马歇尔航空飞行中心深入研究、大量试验的成果,巧妙地将传统整流器和节流件一体化、创新化,虽然原理类同标准孔板等节流式差压流量计,同样遵从伯努利定律,但由于圆盘具有多个独特的函数孔,在节流同时还对流体进行整流和平衡调整,因此在减小直管段要求(最短0.5D),减小永久压力损(是传统的1/3),提高量程比(>10:1)、测量精度(优于0.5%)、稳定性(噪声是传统的1/15)、耐污堵等方面均有极大改善。还可测双向流、气液两相流、浆料甚至固体颗粒流,几乎适用于所有流体。以下是美国A+流量技术公司(A+FlowTek)(合作商上海科洋科技发展有限公司)提供的A+K多孔平衡流量计与其它差压式流量计的对比(由于各制造厂及现场状况的差异,以下有些描述不尽准确,个别作了修改,仅供参考)

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