[摘要]在分(fen)析孔闆流(liú)量計 工作(zuo)原理的基(jī)礎上,文章(zhang)提出了在(zài)水蒸汽流(liú)量測🌈量中(zhong)孔闆🐅流量(liang)計流量因(yīn)數、氣體膨(péng)脹因數、氣(qì)體密度、孔(kǒng)闆孔徑修(xiū)正和補償(cháng)🙇‍♀️的簡單易(yi)行的新方(fāng)法,并爲孔(kǒng)闆流量計(ji)在工程應(yīng)用中的誤(wu)差補償提(tí)供了✊思路(lu)。
1工作原理(lǐ)
　　孔闆式流(liu)量計 采用(yong)差壓式測(ce)量方法對(duì)流量進行(háng)測量,即在(zai)管道内裝(zhuang)人節流元(yuan)件—孔闆,當(dāng)水蒸汽流(liú)過孔闆時(shi),流體速度(du)🧡增大、壓力(lì)減小,于是(shi)在孔闆的(de)前後産生(shēng)差壓🌍。具有(yǒu)一定設計(ji)👈尺寸的孔(kong)闆測💃🏻量水(shuǐ)蒸汽流量(liang),在保證孔(kong)闆前👨‍❤️‍👨後有(you)足夠🏃‍♀️的直(zhí)管段等條(tiáo)件下,孔闆(pǎn)前後的差(chà)壓将随流(liú)量的變化(huà)👌而變化,且(qiě)兩🥵者具有(you)确定的關(guan)系,因此可(kě)以通過測(ce)量差壓得(dé)到水蒸汽(qi)的流量。
根(gen)據國标GB/T2624一(yi)93,對于标準(zhun)節流裝置(zhì),差壓與流(liú)量的函數(shu)關系式爲(wei):

　　式中:qm爲質(zhì)量流量,kgs/;C爲(wei)流量因素(sù)；β爲孔闆孔(kǒng)徑與管道(dào)内徑之比(bǐ),β爲👅孔闆孔(kǒng)徑與管道(dào)内徑之比(bi)，β=d/D；?氣體膨脹(zhang)因素💘，當流(liú)體爲不可(ke)壓縮性流(liú)體時?=1；d爲孔(kong)闆孔徑,m;△p爲(wèi)孔闆前後(hòu)的壓💰差, Pa;ρ爲(wèi)節流件入(rù)口端流體(tǐ)密度，kg/m3。
　　通常(chang)使用的節(jie)流元件是(shì)在額定工(gōng)況下進行(háng)設計的,但(dan)實🌈際應用(yòng)時的工況(kuang)(如溫度、壓(ya)力等)可能(neng)會偏離設(shè)計工況。這(zhè)樣,式(l)中流(liú)量因數C、氣(qi)體膨脹因(yin)數?、氣體密(mì)度ρ、孔闆孔(kǒng)徑d等參數(shù)均可能會(hui)偏離額定(dìng)工況值,從(cong)而導緻測(cè)量誤差。特(te)别是當測(cè)量可壓縮(suo)氣體時産(chan)生的誤差(chà)更大,實驗(yan)證明:當壓(ya)力、溫度變(bian)化引起密(mì)度變化的(de)3倍時,流量(liàng)測量将産(chan)生約70%的誤(wu)⁉️差,這㊙️遠遠(yuǎn)超出了工(gong)程要求的(de)計量誤差(chà)範圍。爲了(le)保證流👈量(liang)測量的精(jing)度,實際應(ying)用中必須(xū)對這💞些随(sui)工況變化(hua)的參⭐數進(jìn)行補償👨‍❤️‍👨。
2補(bu)償方法
(l)流(liú)量因數C的(de)補償
　　流量(liang)因數C是表(biao)征孔闆節(jiē)流裝置特(te)性的主要(yào)參數❓。它是(shi)雷🆚諾㊙️數Re和(hé)β的函數。文(wén)獻〔2」中描述(shù)了角接取(qǔ)壓标準孔(kǒng)闆的流量(liang)因數變化(hua)圖,它是一(yi)個随流量(liang)變化的量(liàng)。其值随雷(lei)諾數R。的上(shang)升而下降(jiang),當♋雷諾數(shu)Re大于一定(dìng)值趨向無(wu)窮大時,流(liu)量因數C趨(qū)向于常數(shù)Ck、,而且孔徑(jing)比β越大,流(liú)量因數C的(de)變化幅度(du)也💋越大,使(shǐ)C趨向于常(chang)數Ck的雷諾(nuo)數Re也越大(dà)。
流量因數(shu)C與β和Re的之(zhi)間的定量(liàng)關系爲:
C=0.5959+0.0312β2.1一(yī)0.184β8+0.00292.5 (106/Re)0.75　　　　　　(2)
　　對于給定(ding)的标準孔(kong)闆,當孔徑(jing)比β爲一常(cháng)數,流量因(yīn)數C僅是雷(léi)諾數Re的函(han)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(zài)式(l)中将C用(yòng)(2)式而不是(shì)一個常數(shù)來代替可(kě)提高計量(liang)❓的精度。如(rú)對于設計(ji)計量點爲(wei)42t/h、孔徑比0.6037的(de)角接取壓(yā)标🏒準孔闆(pan),當實際流(liú)量爲1.l4t/h會産(chǎn)生2.4%的誤差(chà),而運用(2)式(shì)就可避免(mian)。
(2)水蒸汽膨(peng)脹因數。的(de)補償
法蘭(lan)取壓節流(liu)孔闆的可(kě)膨脹系數(shù)爲:
?=l-(0.41+0.35β)△p /k·p　　　　　　(4)
　　式中: β爲(wei)孔徑比;k=1.3爲(wèi)水蒸汽的(de)等嫡指數(shu);△p爲孔闆前(qian)後的差壓(yā), Pa;p爲水💘蒸汽(qi)節流前的(de)絕對壓力(li),pa;
　　由式(l)可知(zhi),在其它參(cān)數不變的(de)情況下,水(shuǐ)蒸汽流量(liàng)qm與?之♈間😍的(de)關系可簡(jiǎn)化爲: qm=k ?·其中(zhōng)k?在工程應(ying)用中可看(kan)作常數。在(zai)測量水蒸(zheng)汽的流量(liàng)時🏃🏻, ?的💚變化(huà)對流量;qm的(de)影響可以(yǐ)從以下的(de)例子中看(kan)出。
　　測量過(guò)熱水蒸汽(qì)流量,孔闆(pǎn)設計時的(de)額定值爲(wèi):流量q設=40.0t/h,孔(kǒng)徑比β=0.6210、水蒸(zheng)汽膨脹因(yin)數?設=0.9751,此時(shi)對應的壓(ya)差爲△p設=50kPa;實(shí)際📐應用中(zhong)水蒸汽流(liú)量爲qm=1/100q設=4.0t/h時(shí),對應的壓(yā)差△p=1/100△p設=0.5kaP,而将(jiāng)參數代人(rén)式(4),此時的(de)水❗蒸汽膨(peng)脹因數?=0.9996。在(zài)測量中如(rú)果仍然按(an)照額定。?=0.9751進(jìn)行⭕計算,所(suǒ)得流量會(hui)産生相對(dui)誤差:

　　由此(ci)可見,在測(ce)量水蒸汽(qi)流量時,若(ruò)把:當作常(cháng)數處理👣将(jiāng)産生誤差(chà),有必要對(dui)?進行修正(zhèng)。修正的方(fang)法爲:測量(liang)時,在确定(dìng)🧡的β下,将?用(yòng)(4)式代人。對(dui)于角接取(qǔ)壓節流孔(kong)闆,其可膨(peng)脹因數爲(wei):
?=l一(0·3707+0·3184β4)(△P / P)0.935/k,對其進(jin)行分析,仍(réng)然可得上(shang)述結論。
(3)水(shuǐ)蒸汽密度(du)ρ的補償
　　在(zài)其它參數(shù)不變的情(qing)況下,水蒸(zhēng)汽流量qm與(yǔ)密度ρ之🔴間(jiān)的關系爲(wèi): qm= kpρ,可以看出(chū),水蒸汽流(liu)量與水蒸(zhēng)汽密度🙇🏻的(de)平方根成(cheng)正比關系(xì)。水蒸汽是(shi)可壓縮性(xìng)氣體,當其(qi)壓力、溫度(dù)變化時,其(qi)密度将發(fa)生明顯的(de)變化,這将(jiāng)引起流量(liang)很大的誤(wù)差。
　　因實際(jì)水蒸汽狀(zhuang)态(壓力、溫(wēn)度)與流量(liang)計設計時(shi)水蒸汽狀(zhuang)态(壓❌力、溫(wēn)度)偏離造(zao)成的相對(dui)誤差可由(yóu)下式表示(shì):

　　式中:qm和qm設(she)分别爲實(shí)際測量流(liú)量和設計(jì)工況下的(de)流量,kg/s;ρ和ρ設(shè)分别爲水(shui)蒸汽的實(shí)際密度和(he)設計工況(kuang)下的密度(dù),kg/m3。
　　假如設計(jì)孔闆流量(liang)計時是按(àn)照0.5MaP所對應(yīng)的飽和水(shui)蒸汽密度(du)ρ設=2.667kg/m3設計的(de),則在不同(tóng)工況下所(suǒ)産生的誤(wu)👄差如表1。

　　由(you)表l可以看(kàn)出,水蒸汽(qi)密度的變(bian)化造成的(de)測量誤差(cha)可💋能很大(da),水蒸汽的(de)實際狀态(tài)偏離孔闆(pan)設計狀态(tài)越嚴重,所(suǒ)引起的誤(wù)差就越大(da)。
　　要補償密(mì)度變化所(suǒ)引起的這(zhe)種誤差,就(jiù)不能将式(shì)(l)中的🔞密度(du)以😍設計工(gōng)況下的密(mi)度來代人(rén),而要将水(shui)❌蒸汽密度(dù)看作壓力(lì)✂️p和溫度t的(de)函數,即ρ=?(p,t)。由(yóu)于沒有同(tong)時滿足水(shuǐ)蒸汽高精(jing)度和寬量(liang)程的ρ=?(p,t)表達(da)式,工程應(ying)用時可根(gēn)據所選量(liàng)程,借助水(shuǐ)蒸汽密度(du)表閉進行(háng)函數拟和(he),然後将拟(ni)和的解析(xi)式帶人✂️(l)式(shi)。作者運用(yong)MATLAB對水蒸汽(qi)的密度進(jìn)行拟和。
當(dang)溫度的變(biàn)化範圍爲(wèi)300℃~600℃、壓力變化(hua)範圍爲1.0~5.OMPa時(shi),拟和函數(shu)爲:
ρ=(0.0069843一0.0000039t一4.0212/t+0.12772/p+0.00045853t/p)-1
(其(qi)中溫度的(de)單位爲℃,壓(ya)力的單位(wei)爲MPa)。
　　實驗證(zheng)明,在這個(ge)溫度和壓(yā)力範圍内(nèi),密度的相(xiàng)對誤差🥵不(bu)超㊙️過0.4%,流量(liàng)的相對誤(wù)差不超過(guo)0.2%。拟和範圍(wei)減小時,誤(wù)差将會更(geng)小。
(4)孔闆内(nei)徑d的補償(chang)
　　測量水蒸(zheng)汽流量時(shí)如果設計(ji)工況爲200℃,孔(kǒng)闆内徑爲(wei)d設,則孔闆(pan)内徑在實(shi)際工作狀(zhuang)态下的修(xiū)正公式爲(wei):
d=d設[l+a(t-200℃) ]??????? ?(8)
式中:a爲(wèi)孔闆材料(liao)的線膨脹(zhang)系數,1/℃。
　　在其(qí)它參數不(bu)變的情況(kuàng)下,水蒸汽(qì)的流量qm與(yu)孔徑d之🌈間(jian)的關系爲(wei):
qm=kdd2
其中kd爲一(yi)常數,則有(you)質量流量(liàng)的相對誤(wù)差爲:

将式(shì)（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(pan)工作的溫(wēn)度範圍爲(wei)100℃~300℃,孔闆材料(liào)爲1Crl8Ni9Ti,查表得(de)a=17.2×10-6/℃,孔闆✏️内徑(jìng)🏃🏻‍♂️爲✂️50mm,則由孔(kǒng)闆内徑所(suo)造成的最(zuì)大相對誤(wu)差爲:
△qm=2a(t-200℃)=0.34%
　　由此(cǐ)可知孔闆(pǎn)内徑所引(yin)起的誤差(cha)很小,在一(yī)般的測量(liàng)中不需要(yào)考慮其誤(wu)差的影響(xiang);在溫度變(bian)化很大或(huò)需要😍高精(jīng)🈲度計🌈量時(shí)可以用式(shì)(8)進行補償(cháng)。?
　　對于壓差(chà)△p的測量一(yī)般用 差壓(yā)變送器 ,智(zhì)能變送器(qì)的精度一(yī)般都很高(gāo)。如Rosemount305lCD的精度(dù)可達0.05級。隻(zhī)要選用高(gao)精度的差(chà)壓變送器(qì)就可以達(da)到所需✊要(yao)測量的技(ji)術🈲要求💜
3結(jie)論
　　以上讨(tǎo)論了影響(xiǎng)孔闆測量(liàng)水蒸汽流(liu)量的各主(zhǔ)要因⚽素及(jí)其影💃🏻響程(chéng)度。從以上(shang)的分析和(he)計算中我(wo)們可以得(de)出✍️:當孔闆(pan)的🚶‍♀️工作🌍狀(zhuàng)态(溫度、壓(yā)力)偏離設(she)計工況時(shi)㊙️,影響孔闆(pǎn)測量水蒸(zhēng)汽精度的(de)最主要因(yin)素爲水蒸(zhēng)汽的密度(du),其♌次分别(bie)爲水蒸汽(qì)的膨脹因(yin)數㊙️、流量因(yīn)數和孔闆(pǎn)的孔徑。這(zhè)就給我們(men)🈲提供了一(yi)條💰思路:在(zài)用孔闆🌍測(cè)量水蒸汽(qi)流量時,如(ru)果各種影(yǐng)響😍參數不(bú)能🐇同時進(jìn)行補償,應(ying)優先補償(cháng)影響大的(de)參數💞水蒸(zheng)汽的密度(dù),其它次之(zhī)。同時在本(ben)文⁉️中作者(zhě)給出了水(shuǐ)蒸汽在常(chang)用的溫度(du)和壓力範(fan)圍下的密(mi)度🔅補償公(gōng)式,并且在(zai)實驗中進(jìn)行了驗證(zhèng)。本文還提(ti)出了對各(gè)種影🌈響參(can)數進行補(bǔ)償的簡單(dan)易行的方(fang)法,這将大(da)大提高水(shuǐ)蒸汽計量(liàng)的精度。

以(yi)上内容源(yuán)于網絡，如(rú)有侵權聯(lian)系即删除(chú)!