节流装置流量测量的分析

    0　引　言

   在工业生产过程中,孔板节流装置测量流量仍占70%以上。如何选择合适的公称直径和径比是提高测量精度的重要内容。该文分析节流装置测量的影响因素,提出采用一些选用原则,以提高流量测量的测量精度。

    1　精度分析

    节流装置的一般计算公式如下:

式中　q_m———单位时间内流过节流装置的流体质量流量,kg/s;d———工况条件下一次装置节流孔直径,m;β———直径比,指节流孔直径与管道内径之比;Δp———差压,Pa;ρ———流体密度,kg/m³;ε———流体可膨胀性系数;C———流出系数。

    a)节流装置加工完毕,其d,β固定;当流体确定后,ε和ρ固定;如果,流出系数C固定,则流体qm与Δp的开平方成正比。

    b)运行工况下,d和β的值基本不变,流体ε和ρ随流体温度和压力等因素而变化,但通常可保持不变。因此,要保证qm与Δp的开平方成正比,必须保证C的恒定。

    c)工业应用中,流量的范围度是影响测量精度的重要因素。当流体最大雷诺数较大时,为获得相同的测量精度,可选用较大的范围度。因此,有必要分析节流装置测量流量的精度。

    2　孔板的流出系数

    根据GB/T2624.2—2006的有关公式,孔板节流装置的流出系数可按下式计算。

    a)从图1可见,流出系数C不仅随雷诺数ReD的变化而变化,也随径比β的变化而变化。这表明,用孔板节流装置测量流量时,由于流出系数不恒定,造成测量精度下降。例如,当实际流量q_m增加一倍时,测得的差压值Δp因流出系数的减小,而没有增加0.301倍。这是孔板测量流体流量精度不能提高的主要原因。

   采用其他取压方法,并不能改变孔板本身的非线性特性。因此,标准规定孔板测量的精度为±1%。

    b)将坐标转换,流出系数与雷诺数、径比的关系曲线如图2所示。

    从图2可见,对同样的雷诺数,随着径比β的变化,流出系数有一个最高值,这表示当径比由于磨损而增大时,流出系数会发生变化。如果选用的径比比最高值小,则随着β的增加,流出系数C增加;如果选用的径比比最高值大,则随着β的增加,流出系数C减小。

    综合考虑上述因素,可得到下列结论。

    1)如果选用的径比比最高值小,则随着β的增加,例如,随孔板节流孔的磨损,增大,而流出系数随径比增大而增大,因此,造成更大测量误差。

    2)如果选用的径比比最高值大,则随着β的增加,增大,但因流出系数随径比增大而减小,因此,可部分补偿因径比增大造成的测量误差。