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V锥流量计

V锥流量计

        V锥流量计,又名;V型锥流量计;V形锥流量计;锥型流量计;锥形流量计;内锥流量计;内锥式流量计,一体化V锥流量计V锥流量计(V-cone flowmeter)是20世纪80年代开始研发的一种差压流量计,它的开发成功是差压式流量测量的质的飞跃。它利用V锥体在流场中产生的节流效应,通过检测上下游压差来测量流量。与普通节流件相比,它改变了节流布局,从中心孔节流改为环状节流。实践使用证明,V锥流量计与其他流量仪表相比,具有长期精度高、稳定性好,受安装条件局限小、耐磨损、测量范围宽、压损小、适合赃污介质等优点。而且V锥体本身作为流场的整流器而成为一种具有独特性能的优异的新型流量计。由V锥传感器和差压变送器组合而成的V锥流量计,可精确测量宽雷诺数(8×103≤Re≤5×107)范围内各种介质的流量。

        V锥流量计是以一个同轴安装在测量管内的尖圆锥体为节流件的新型差压式流量测量装置,它是一种基于文丘里管测量原理,并集经典文丘里管、环形孔板和耐磨孔板优点于一体的新型节流装置。

        由于V锥流量计采用特殊的结构形式,它具有以下特点:
        1、上、下游直管段要求较短:上游直管段长度为0-3d,下游直管段长度为0-1d。
        2、精确度:±0.5%;重复性是0.1%;量程比达到15:1。
        3、耐脏污、压损小。
        4、具有流动调整和对流体的混合作用。
        5、安装方便,是进行技术改造的理想的流量计;
        6、免维护或维护工作量很小。

        V锥流量计主要技术参数
        ·精度等级:0.5级(差压流量变送器精度应高于0.2级,含0.2级),(β:0.45~0.85,当β<0.55,量 程比4∶1时,精度等级:≤0.30)
        ·重复性:0.1%
        ·工作压力:0~40MPa(有多个压力等级可供选择)
        ·工作温度:-40~850°C
        ·环境温度:-40~65°C、
        ·安装直管段要求:前0-3D直管道,后0-1D直管段
        ·量程比宽:通常为10∶1,选择合适的参数可达到50∶1
        ·压损小:同样的β值,压损是孔板1/3~1/5
        ·口径从DN25~DN2000

        V锥流量计的技术特点: 
        1、精度高:V锥型流量计[2]的精度为测量值的±0.5%,贸易计量级为±0.3%(系统精度需参照应用条侏及二次仪表的精度)。
        2、重复性好:V锥型流量计的重复性很好,为±0.1%。
        3、量程比宽:V锥型流量计的量程较其它类型的差压流量计大得多,正常情况下为10:1,若有必要不是也可加大。在雷诺数高于8000时输出信号为线性,若低于8000也可测量,但需对输出信号根据曲线进行修正。 
        4、直管段要求低:伯努力方程要求受测流体为理想流体,在实际应用中这是根本不可能的,很多情况会造成流体分布不均匀,如弯头,阀门,缩径,扩径,泵,三通等等,对其它仪表而言,这是一个很难解决的问题。V锥流量计可在极为恶劣的情况下均匀流体分布,如在紧邻仪表上游有单弯管,双弯管,经过锥体“整流”后的流体分布比较均匀可保证仪表在恶劣的条件下获得较高的测量精度,由于V型流量计可均匀流体分布曲线,因此同其它类型的差压流量计相比,对上下游直管段的要求小,建议安装时在上游留0-3D的直管段,在下游留0-1D的直段管。当用户的管道尺寸大,管道价格高或直管段不够的情况下,V锥型流量计将是最佳选择。在过去十年内,对V型流量计的上游有一个90℃的单弯管或两个不在一个平面上的双弯管的情况进行了测试,测试结果表明,V锥型流量计可在紧邻它的地方装有一个弯管或不在同一个平面上的双弯管而不会对测量精度有影响。
        5、流量计特有结构所形成的边界层效应,使节流件关键部位不会磨损,因此可以保持几何尺寸长期不变,因此能长期稳定工作而无须标定。
        6、流量计是纯机械体,因此耐高温、耐高压、耐腐蚀及不怕振动。
        7、可测的流体广泛(液体、气体、蒸汽),测量范围宽(微小流量~大流量),适用的管径DN15~DN3000。、压损小:同样的β值,压损是孔板1/3~1/5;耐磨损:流线型锥形体节流后,在锥形体表面产生真空层效应,使得锥形体不易磨损;不堵塞,不粘附:锥形彻底吹扫式设计避免了流体中的残渣、凝结物或颗粒的滞留;长期稳定性好:β值可长期不变,并保证长期精确测量;
        8、信号稳定:"信号波动"是孔板的1/10;
        9、β值范围宽:V锥流量传感器独特的几何形状允许有广泛的β值范围;
        10、口径范围宽:DN25~DN2000;
        11、可测高温、高压介质:工作温度最高850℃, 最大压力40MPa;
        12、可测脏污介质(焦炉煤气、高炉煤气、原料油、渣油等);
        13、可测气液两相介质(湿气、冷凝水等);

          V锥流量计工作原理
       (1)对流体的均速作用
        流体在管道中流动实际上是这样一种状态,当流体流动不受任何阻碍和干扰达到充公发展状态时,其速度分布为:越靠近管道中心流速越快,在中心处达到最快、越靠近管壁流速越慢,在管壁处接近零。大多数流量仪表测量流量涉及到流速时,由于无法改变这种快慢不均的状态,只能忽略管道中流速有快慢之分的实际情况而假设流速是均等的。而 塔型(形)流量计由于锥形体处在管道中心,它直接把流体从高速流动的中心部位分开,使流速快的流体分别向四周流速慢的流体靠拢并拉动它们混合一起流动,这种快慢混合的结果就是:原本流速快慢的差别消失了,流体变成了真正的均匀流动。流体流速被均匀化所带来的好处就是:测量信号真实反映了被测流体的实际值,并使得在低流速时 塔型(形)流量计前后仍能产生足够准确的差压,随着流速的降低,这种作用更加显著,而这种情况对于传统的差压式仪可能早已不能测量了。
       (2)具有很强的抗干扰(旋涡流)能力
        大家都知道流体流动遇到阻挡物时会产生“旋涡流”,这就是著名的“卡曼旋涡”现象,涡街流量计就是基于这个原理工作的。同样道理象孔板、锥开体等节流件在管道中也是阻挡物,在节流件后部除了产生静压力外必然也会产生旋涡流。然面这个旋涡流对于涡街流量计来讲是有用的信号对于差压式仪表来讲却是有寄存器的干扰,见(图4)。这个干扰在节流件下流(负压端)会产生“信号跳动“现象,它会严重干扰正常信号的测量。塔形的结构是边壁节流,节流件后部产生干扰流的分布是等量相反(对称分布)而相互抵消,因此使干扰程度大大减轻。而孔板等传统节流件是中心节流,产生的干扰流方向直接指向取压口,严重干扰了测量信号,特别是小流量时干扰甚至大于测量信号而无法正常工作。经过大量的试验和科学检测证明:孔板负压端产生的是“高幅度低频率跳动”,而锥形体负压端产生的是“低幅度低频率跳动”。

       (3)对流体的整流功能
        绝大多数流量仪表要求足够长的前后直管段,目的就是为了使流体流动状态成为充分发展管流以复现实验条件下的流动状态。然而这种苛刻的要求常常由于复杂的现场(如各种阀门、弯头、缩径、扩径、泵等)而不能满足,所带来的结果必然是测量误差的增大。因此,绝大多数流量仪表很难在不满足直管段条件下取得准确的测量值。
而 塔型(形)流量计却不同,由于它边避节流的特殊结构,使得流体在遇到V形节流件时,被强迫按照“管壁与节流件之间由宽逐渐变窄的狭长通道”内流动,该通道可以等效为一个管式整流器,经过这个通道后,各种干扰流的变化为:不规范流动——被迫在规定的通道流动——变成规范流动。因此它能够对上游处因各种外界因素引起的不规则的流动畸变自动进行矫正整流,从而使达到测量区的流动形成了规则的流动。因此只需极短的直管段也能取得准确的测量值,由此大大减轻了用户的工作量和投资,这是大多数流量仪表无法相比拟的。
       (4)节流件耐磨损的特点
        我们都知道节流式差压仪表的测量精度是靠它的“几何尺寸”保证的,这一点塔形与孔板是一样的。但是由于孔板测量关键部位易磨损,它的测量误差随着使用时间在缓慢变大。而从 塔型(形)流量计的节流件结构可以看出:其关键的节流边缘是处在节流件后部的钝角,并顺着流体方向。当流体流过节流件表面和管壁间的通道时,会形成“边界层效应”,该效应会使流体到达测量部位前,逐渐离开了节流边缘一个微小的距离,这样就使被测流体不与节流件关键部位接触,因此就不可能有磨损情况发生,其 关键部位的几何尺寸(β值)就能保持长期不变。所以不用重复标定也能长期稳定工作。
       (5)自清洁功能
        如前所述,由于流体在靠近管壁处的流速变慢极容易使脏污物等沉淀或附着在管壁上,对于孔板等传统差压仪表还会在前面堆积。那么流体在塔形流量计流动时会是一种怎样的情况?当流体进入测量管并流过节流件四周的通道时,由于该通道是管壁与节流件间形成的由宽逐渐变窄的通道,它博士流体流动速度高于管道其他部位并逐渐加快,在到达节流件测量的关键部位时流速最快,从而对管壁、节流件表面附近形成了吹扫冲刷作用,所有脏污杂物不可能在这里停留或附着,所以不会产生脏污的积垢,更不存积垢死角。 塔型(形)流量计这一独特的吹扫式设计,决定了它用在高炉煤气、焦炉煤气等脏污流体测量中,不会使粉尘、焦油等脏物在节流件和管壁附近堆积,附着及堵塞取压孔。
        (6)强大防堵功能的专利技术
        上述介绍的塔形流量计的自清洁功能,当流体属于特脏型或含有大量粉尘杂质时,常规的V 型(形)流量计有时也不能彻底解决,国内外实际使用中,时有发生因堵塞取压孔而导致测量失败的事例。
        为此飞龙公司经过一年多的试验已于去年研制成功三项具有中国独立知识产权的专利技术产品:
        具有可控加热的 塔型(形)流量计;
        具有喷涂特殊材料涂层的 塔型(形)流量计;
        具有多孔取压的 塔型(形)流量计;
        专用于高炉、焦炉煤气等特脏污流体流量的测量。加油极强的防堵功能,该产品目前在国内国际都处于领先地位。已出口“南非MITTAL STEEL NEWSASTLE 2号焦炉”项目。
       (7)在设计计算上比标准节流件准确
        对这个问题下面以计算孔板为例来说明。
        在孔板计算中用户必须把管道直径“D”值提供给计算者,D参数是设计孔板的一个重要数据,因此标准中对它有严格的规定:要求在节流件前(0~0.5)D长度上,至少取3个截面测出12个数据,然后取其平均值作为D值来计算孔板。然而这个规定在实际中很难做到,因为大多数情况都是在原有的工艺管道上后安装 塔型(形)流量计,不可能为了测量D值而停车割开管道,大多数习惯上都是以公称直径报给设计者(除非连同直管段一道购买加工)。我们知道管道的尺寸通常是以公称值来标注的,而钢管产品是按外径和壁厚系列组织生产的。不同的壁厚可以导致同一系列的钢管直径相差最大达十毫米之多,以这样不准确D值来计算节流件,其结果就是“假值真算”,再高级的计算软件算出来结果也是不会准确的。塔型(形)流量计,是把测量管和连接法兰整体焊接在一起的一个产品,虽然D值的要求也很严格,但是这个工作是由仪表制造厂家来做的。测量管是在制造厂进行准确测量或者进行机械加工来达到所要求数值,根本不需要用户再为管道的D值是否精确而为难,用户只要把管道的壁厚系列提供给仪表厂以便选配同系列的测量管就可以。由于塔形流量可以把D值控制的非常精确,从而避免了孔板等差压式仪表因D值不准确而带来的计算上的误差。
       (8)压力损失小
        塔型(形)流量计的结构特点是流线型节流件,采用“逐渐节流方式”工作,完全不同于孔板等传统差压式仪表“突然节流”的工作方式,所以它的压力损失小,约是孔板的1/3。因此对于那些“低压力、大流量”流体测量来讲,比传统差压式仪表有很大的优越性。

        V锥流量计的性能特点:
        V锥是一种差压式流量计, 与其它差压流量计一样,都是基于密闭管道中能量相互转化的伯努利定律。它是通过悬挂在管线中心的一个V型锥体来节流,这样迫使流体以管线的中心线为中心,围绕着锥体流过, 这种几何形状与传统节流组件相比具有许多优点, 如流场整直器的特殊设计构造。 它显著改善了传统差压流量计的使用局限。
  
        V锥流量计的应用范围:
        V锥流量计可测量液体、气体和蒸汽。流体的条件可以从深低温到超临界状态, 工作温度最高达700℃, 最大压力可到40MPa, 若采用特殊材料围绕, 温度、 压力还可更高。可测量最高雷诺数为500万,最低雷诺数为8000甚至更低。产生的满刻度差压信号,从最低小于0.1kPa到最高几十kPa。适合应用于下列场合:
       (1)中小管径气体;
       (2)脏污介质;
       (3)直管段不足的场合;
       (4)对精度要求较高的场合。

       V锥流量计的应用特性:
       (1)V锥流量计的自清洁功能
        流体在管道中流动,因管壁的磨擦,流体在管壁处的流速最慢,流体中的脏污颗粒容易沉积在管壁上。当流体接近V型锥时,管道中央流速变慢、管壁附近流速逐渐加快,最后绕过V型锥,再加上没有积垢死角,杂质不会在锥体附近沉积,这一吹扫式设计决定了它在焦炉煤气(Coke-oven Gas) 、细矿物油(Naphtha)、铵基水合物( Ammoniumhydrate)以及焦油(Tar)测量中,杂质不易粘在V型锥附近。
       (2)耐磨损,长期稳定性好
        由于V锥流量计的节流缘是钝角,流动时形成边界层,使流体离开了节流缘。边界层效应使肮脏流体不能磨损节流缘,其β值长期不变。因此无需重复标定,具有长期的稳定性。
       (3)相对压损小
        由于没有锐利的缘口,V锥流量计引起的压力损失是恒定的,且远比孔板的压损小。因为V锥流量计背压稳定,正常流量情况下2~3kPa的差压就足够了,而孔板则需要16kPa以上。V型锥推荐的最大差压为4~10kPa。
       (4)无苛刻的直管路要求
        传统差压仪表的特性基于理想的流动状态;而实际上这种状况在真实应用中根本不存在。任何管道布置上的变化,如弯头、阀门、缩径、扩径、泵等都会破坏充分发展流。一般流量仪表很难在扰动的流动中取得正确测量值,V锥流量计克服了这些缺点,即使在极恶劣的安装条件下(如紧邻锥体上游有两个在不同平面上的弯头)V型锥体也能使速度分布变得平坦和对称,从而确保了测量精度。
       (5)适合湿气的测量
        其它类型差压流量计在测量气中带液(不超过10%)的介质时,由于液相在负压区产生大的抖动,引起负压波动很大;而V锥流量计则不然,液相会沿着V型锥的管壁流动,不会在节流组件的下游产生大的抖动,从而保证气液两相介质的测量精度。

        V锥流量计的使用限制条件:

 

 

 

 

 

 

 

 

   

V锥流量计

 

V锥流量计

        V锥流量计的安装方法 :       
        1、管道法兰安装的方法为:V锥流量计的两端各有一个法兰,与管道上的法兰进行连接,是通常工业比较常用的连接方式,特别适用于各个管道口径的连接,此种安装方式可与差压变送器进行分体安装,通常使用于测量蒸汽的流量和高温介质的流量。
        2、法兰夹装式安装方法为:V锥流量计两端各配有法兰,当连接的管道无法兰连接时,可选用焊接的方式进行连接,再把V锥流量计安装在法兰之间。
        3、管道焊接式安装方法为:V锥流量计与安装管道没有法兰连接的情况下,采用直接焊接的方式,直接把流量计与管道焊接在一起,此种方法安装成本较低,减少了4片法兰的成本,适用于大口径流量计的安装场所,属于一次性安装方式。

        V锥流量计的优点:
        1:能耐高温,最高600度左右,其实最好比较低的好,因为时间长了不锈钢材料易脆,现在很多厂家都把椎体还做个支架焊在管道内部以免断掉。
        2:如果环境颗粒不是很多,流体流程比不是太大,产品工艺允许的话寿命是非常长的,质量稳定,因为是差压式,质量还是很不错的。
        3、V锥流量计具有自保护、自整流特性、自清洗特性和量程更宽等特点。自保护:由于流体在锥体表面形成的附面层效应,使锥体表面得到保护,锥体关键尺寸不致因磨损而改变,保证了测量精度的长期稳定性;自整流特性:由于尖圆锥体在管道中心,迫使流体向管壁环状逐渐收缩,从而使流场经过锥体实现整流,无需充分发展也能够真实再现标定时的数据,现场直管段要求很短。
        4、自清洗特性:由于流体沿锥体被加速,脏污杂质无法存留锥体表面;液体中的气体或气体中的液体以及颗粒、纤维等,通过锥体与管道缝隙被扫向下游,不会有脏污、杂质存留、堵塞而影响测量,可保证仪表长期稳定工作;量程更宽:由于锥体特殊的结构使负压区产生的是高频低幅的小噪声,相对孔板其负压取压干扰很小,即可以测得更小的差压信号,从而使量程比能够达到15∶1。
         V锥流量计的缺点:
        1:有些管道阀门打开过快而压力突然很大过来,会把锥形探头打断,甚至把管道都打烂了。
        2:价格高
        3:如果表坏了必须要拆下来,很多企业停机是很麻烦的。
        4:因为是差压式,需要压力、温度补偿。

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