V錐式流量計(jì)

一、概述：

V錐式流量計(jì)計(jì)是20世紀(jì)80年提出的一種差壓式流量計(jì)，V型錐流量計(jì)仍是一種通過節(jié)流取差壓以反映流量大小的節(jié)流裝置。節(jié)流件為一個(gè)懸掛在管道*的錐形體，高壓P1取自錐體前流體未擾動(dòng)（即未形成節(jié)流，流體未加速）的管壁 ；低壓P2取自后錐體*，并通過引壓管引至管外，其差壓△P的平方根與流量成正比。計(jì)算與孔板、噴咀等類似。

二、工作原理：

圖二

1、V形內(nèi)錐式節(jié)流裝置的基本原理與結(jié)構(gòu)

V形內(nèi)錐式節(jié)流裝置包括一個(gè)在測量管中同軸安裝的尖圓錐體和相應(yīng)的取壓口。該測量管是預(yù)先精密加工好的，在尖圓錐體的兩端產(chǎn)生差壓。此差壓的高壓（正壓）是在上游流體收縮前的管壁取壓口處測得的靜壓力，P1如圖2所示，而低壓力（負(fù)壓）則是在圓錐體朝向下游端面，錐中心軸處所開取壓孔處壓力P2。該圓錐體的*朝向來流，該圓錐體與其尾隨面之間是一個(gè)尖銳的銳角。此交合面的邊緣使得流體在進(jìn)入下游的低壓區(qū)之前有一個(gè)平滑的過渡區(qū)，如圖2所示。

由于流體不是被迫收縮到管道中心軸線附近，并且也不再是一個(gè)阻擋物（節(jié)流件）令流體突然改變流動(dòng)方向，而是利用這種結(jié)構(gòu)新穎的內(nèi)錐式節(jié)流裝置實(shí)現(xiàn)了對流體的逐漸朝向管內(nèi)邊壁的收縮（節(jié)流），使V形內(nèi)錐式流量計(jì)具有了一系列*的優(yōu)點(diǎn)。這種流量計(jì)在其節(jié)流件的下游只會(huì)產(chǎn)生高頻低幅的喘流（小渦流），因而差壓變送器所測量的差壓ΔΡ信號(hào)是低噪聲信號(hào)。這樣在低壓力的取壓孔處可以測得靈敏度（分辨率）優(yōu)于2.5毫米水柱的壓力。這就使只用一個(gè)差壓變送器就獲得很寬的量程比（范圍度）（量程比可大于15比1）和很好的重復(fù)性，重復(fù)性優(yōu)于±0.1%成為可能。

1.1 V錐技術(shù)的特征

所有各種節(jié)流式差壓流量計(jì)都使用同一形式的數(shù)學(xué)方程式，普遍適用的計(jì)算工況下實(shí)際流量的公式，如式（1）、式（2）所示。只是在確定尺寸和具體實(shí)現(xiàn)流量方面，各種節(jié)流式流量計(jì)有某些微小的差別。對于V形內(nèi)錐式節(jié)流裝置，在公式（1）或公式（2）的流量計(jì)算公式中，應(yīng)采用等效的開孔直徑和等效的β值。例如，在如下的公式（1）和公式（2）中，應(yīng)該用等效值（D2- ）取代d2，式中dv—尖圓錐體zui大橫截面，圓的直徑：

………………（1）

………………（2）

對于V型錐流量計(jì)，應(yīng)該用（D2-dV2）取代以上兩式中的d2

dV———錐體zui大橫截面，圓的直徑，m；

對于V型錐流量計(jì)應(yīng)該用一個(gè)等效的β值（βV）代入以上的（1）和（2）式取代公式中原有的β值。這個(gè)工況下等效的β值—βV，可按如下公式求出：

………………（3）

式中：D—工況下測量管的內(nèi)徑，m

dv—工況下錐體zui大橫截面處，圓的直徑，m

βV—V型錐節(jié)流裝置的等效直徑比[—]無量綱；

可按下式計(jì)算dV：

dV= ………………（4）

式中dv和D皆指在工況條件下的尺寸。

與孔板（或噴嘴）類同的節(jié)流件等效開孔直徑dˊ=βV·D………（5）

1.2 V型錐流量計(jì)的氣體可膨脹性系數(shù)

如果被測介質(zhì)是氣體，則必須使用氣體可膨脹性系數(shù) 來修正別努利方程。這是因?yàn)樵诠?jié)流件兩端由于壓力變化所造成的氣體密度ρ的變化并不適用于液體。對于氣體，必須用 乘以C（即用 來修正流出系數(shù)C）。對于VNZ流量計(jì)的 的計(jì)算公式[1]如下：

=1-（0.649+0.696β4）· ……………………（6）

式中：

△P-一般指在常用流量下，內(nèi)錐前后的常用差壓；

β—V型錐節(jié)流裝置的等效直徑比，即βV；?

k—被測介質(zhì)（可壓縮流體）的等熵指數(shù)；

P1—工況下節(jié)流件（內(nèi)錐）上游取壓孔處可壓縮流體的靜壓Pa；

△P與P1應(yīng)取相同的壓力單位。

對于每一個(gè)V型錐流量計(jì)，在流量公式中所采用的流出系數(shù)C是通過流量標(biāo)定而獲得的。C的典型數(shù)值范圍是0.75～0.85。對于氣體或蒸汽介質(zhì)的可膨脹性系數(shù) 可按式（6）計(jì)算。一個(gè)V型錐流量計(jì)由V型錐節(jié)流裝置、差壓信號(hào)管線，三閥組組件、差壓變送器及流量計(jì)算及顯示儀組成，其整機(jī)接線示意圖如以下圖三所示。

圖三V型錐流量計(jì)整機(jī)接線示意圖[6]

1.3 V型錐節(jié)流裝置的三種結(jié)構(gòu)型式

1.3.1精密測量管型，如圖四所示，其口徑范圍一般從 15mm～900mm。

1.3.2維夫（Wafer）式，即法蘭夾裝式，如圖五所示，其口徑范圍從15mm～150mm。

1.3.3 插入(帶頂部管壁)式,如圖六所示,其口徑范圍是150mm至1800mm,由于無法進(jìn)行校準(zhǔn),精度較差,不確定度在3%到5%之間,測量值的重復(fù)性仍然很好。

圖四 精密測量管型 圖五 維夫式 圖六 插入式

2. V型錐流量計(jì)的主要性能指標(biāo)與特點(diǎn):

2.1 在精密測量管中的內(nèi)錐的標(biāo)準(zhǔn)等效直徑比

βV=0.45， 0.55， 0.65， 0.75和0.85

2.2 在各種阻流件的下游安裝VNZ流量計(jì)時(shí),所要求的直管段都大大縮短,一般上游要求有0至3D的直管段(當(dāng)流量計(jì)安裝在閥門的下游時(shí),要求3D);下游要求有0至1D的直管段。

例如：經(jīng)測試將V型錐流量計(jì)安裝在單彎頭之后，在0至20D的距離內(nèi)，流出系數(shù)C的變化全部在±0.5%以內(nèi),如圖七(a)所示;

將V型錐流量計(jì)安裝在不在同一平面的雙彎頭后,在0至100D的距離內(nèi), 流出系數(shù)C變化全部在±1%以內(nèi),如圖七(b)所示；

2.3 在絕大多數(shù)的使用場所, V型錐流量計(jì)的測量精確度達(dá)±0.5%；

2.4 重復(fù)性為±0.1%；

2.5 典型的范圍度(量程比)為15:1；

2.6 zui小雷諾數(shù)為8000,對于雷諾數(shù)低于8000的場所,要采用一個(gè) 擬合的關(guān)系式；

2.7沿測量管的內(nèi)壁由被測流體自行實(shí)現(xiàn)*的自清掃,所以可以自行消除液中的含氣或氣中的含液以及氣或液中所含的固體顆粒,將它們吹向下游,始終確保無污物在流量計(jì)中沉積或堆積；

2.8采用標(biāo)準(zhǔn)化的圓錐尺寸,可以減小壓損并增大流量測量范圍；

圖七（a）V型錐 流量計(jì)在一個(gè)單彎頭的下游

圖七（b）V型錐 流量計(jì)在不在同一平面的雙彎頭的下游

圖注：圖中的βv.cone即等效直徑比βV

2.9測量管中的設(shè)計(jì)壓力可達(dá)4Mpa或6Mpa。

2.10工作溫度可達(dá)到370℃或更高（如640℃）。

2.11在V形錐的下游能更好的實(shí)現(xiàn)流體的混合,它是一個(gè)良好的混合器。

3. V型錐流量計(jì)的優(yōu)缺點(diǎn)

3.1國產(chǎn)V型錐式流量計(jì)優(yōu)點(diǎn)

3.1.1準(zhǔn)確度優(yōu)于實(shí)測流量的±0.5%,根據(jù)報(bào)導(dǎo)[15],在CEESI的依阿華(IOWA)的天然氣大流量測試裝置上曾對一批口徑從457mm至711mm的V型錐流量計(jì)進(jìn)行了測試，其不確定度從±0.118%到±0.203%不等,對兩個(gè)相同口徑(660mm)的V型錐流量計(jì)測試后，所有測試點(diǎn)的總離散度在±0.55%以內(nèi)。該不確定度水平可與其他各種氣體流量計(jì)相比；

3.1.2這種流量計(jì)的量程比:典型值為15:1,至少可有10:1的量程比；

3.1.3重復(fù)性優(yōu)于±0.1%；

3.1.4安裝時(shí)所要求直管段很短,上游要求0至3D,下游要求0至1D；不需要在VNZ流量計(jì)的上游安裝流動(dòng)調(diào)整器；

3.1.5流量計(jì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是流體掃過型結(jié)構(gòu)，不可能截留流體中任何夾帶的氣，液或固相污物,非常適用于臟污流體的流量測量，如焦?fàn)t煤氣，濕氣體等；

3.1.6特殊設(shè)計(jì)的內(nèi)錐體可以減弱被測壓力（差壓）場中脈動(dòng)（振蕩）的幅值，從而減小差壓信號(hào)中的噪聲；

3.1.7無可動(dòng)部件；

3.1.8當(dāng)流體流經(jīng)具有特殊廓形的內(nèi)錐體時(shí),會(huì)在其周邊形成邊界層并疏導(dǎo)流體離開錐體尾部的邊緣,從而減少它被磨損的可能性；

3.1.9由于壓損小,適用于低靜壓流體的流量測量的使用場合,如煙道氣；

6.2缺點(diǎn)：

3.2.1當(dāng)要求V型錐流量計(jì)具有優(yōu)于±0.5%的精確度，對每一臺(tái)流量計(jì)都要求在盡可能接近使用條件的校準(zhǔn)裝置上對它進(jìn)行實(shí)流校準(zhǔn)，即標(biāo)定它的流出系數(shù)C；

3.2.2 V型錐流量計(jì)尚未達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)化的程度；

3.2.3由于結(jié)構(gòu)上原因,無法用一臺(tái)VNZ流量計(jì)適應(yīng)雙向流的流量測量要求。

三、產(chǎn)品分類：

  依照產(chǎn)品供貨范圍以及輸出信號(hào)的不同，V型錐流量計(jì)可分為2類：

1、V型錐流量傳感器

  只提供差壓信號(hào)的形成部分（節(jié)流件及管道），不提供差壓變送器和流量顯示部分，輸出信號(hào)為差壓。由用戶自己進(jìn)行其它配置。

2、V型錐流量變送器

由V型錐流量傳感器和差壓變送器組成。有分體式安裝和一體式安裝兩種結(jié)構(gòu)。
分體式V型錐流量變送器由獨(dú)立的V型錐流量傳感器和差壓變送器組成。V型錐流量傳感器和差壓變送器之間的引壓管連接由用戶自己完成。

一體式安裝是產(chǎn)品出廠時(shí)己將差壓變送器與V型錐流量傳感器連接成一體，用戶購買一體式V型錐流量變送器后，使用時(shí)不需再連接引壓管。但必需配接相應(yīng)的流量計(jì)算器、壓力變送器和溫度變送器。

四、流量計(jì)尺寸表