天然氣流量計(jì)量表的結(jié)構(gòu)與原理
摘要:天然氣流量計(jì)量表的結(jié)構(gòu)與原理資訊由優(yōu)秀的流量計(jì)、流量儀生產(chǎn)報(bào)價(jià)廠家為您提供。一、流量計(jì)結(jié)構(gòu):流量計(jì)由以下七個(gè)基本部件組成: 1、旋渦發(fā)生體 用鋁合金制成,具有一定角度的螺旋葉片,它固定在殼體收縮段前部,強(qiáng)迫流體產(chǎn)生強(qiáng)烈的漩渦流。 2、殼體 本身。更多的流量計(jì)廠家選型號價(jià)格報(bào)價(jià)歡迎您來電咨詢,下面是天然氣流量計(jì)量表的結(jié)構(gòu)與原理文章詳情。
一、流量計(jì)結(jié)構(gòu):流量計(jì)由以下七個(gè)基本部件組成:
1、旋渦發(fā)生體
用鋁合金制成,具有一定角度的螺旋葉片,它固定在殼體收縮段前部,強(qiáng)迫流體產(chǎn)生強(qiáng)烈的漩渦流。
2、殼體
本身帶有法蘭,并有一定形狀的流體通道,根據(jù)不同的工作壓力,殼體材料可采用鑄鋁合金或不銹鋼。
3、智能流量計(jì)積算儀
由溫度、壓力檢測模擬通道、流量檢測數(shù)字通道以及微處理單元、液晶驅(qū)動(dòng)電路和其它輔助電路組成,并配有外輸信號接口。
4、溫度傳感器
以Pt100鉑電阻為溫度敏感元件,在一定溫度范圍內(nèi),其電阻值與溫度成對應(yīng)關(guān)系。
5、壓力傳感器
以壓阻式擴(kuò)散硅橋路為敏感元件,其橋臂電阻在外界壓力作用下會(huì)發(fā)生預(yù)期變化,因此在一定激勵(lì)電流作用下,其兩個(gè)輸出端的電位差與外界壓力成正比。
6、壓電晶體傳感器
安裝在靠近殼體擴(kuò)張段的喉部,可檢測出漩渦進(jìn)動(dòng)的頻率信號。
7、消旋器
固定在殼體出口段,其作用是消除旋渦流,以減小對下游儀表性能的影響。
二、工作原理:
天然氣流量計(jì)對于測量氣體來講,差壓式流量計(jì)是一類應(yīng)用zui廣泛的流量計(jì),在各類流量儀表中其使用量占居首位。近年來,由于各種新型流量計(jì)的問世,它的使用量百分?jǐn)?shù)逐漸下降,但目前仍是zui重要的一類流量計(jì)。差壓式流量計(jì)是根據(jù)安裝于管道中標(biāo)準(zhǔn)孔板產(chǎn)生的差壓,已知的流體條件和標(biāo)準(zhǔn)孔板與管道的幾何尺寸來計(jì)算流量的儀表。差壓式流量計(jì)由一次裝置(標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計(jì))和二次裝置(差壓變送器、配電器、控制器和流量計(jì)算機(jī))組成。
1、力矩分析
作用在渦輪上的力矩有:
a.流體流過渦輪時(shí)對葉片產(chǎn)生的轉(zhuǎn)動(dòng)力矩Tr,它是主動(dòng)力矩。
b.渦輪軸與軸承之間摩擦產(chǎn)生的機(jī)械摩擦力矩Trm。
c.流體流經(jīng)渦輪時(shí)對渦輪產(chǎn)生的流動(dòng)阻力力矩Trf。
d.電磁轉(zhuǎn)換器對渦輪產(chǎn)生的電磁阻力力矩Tre。
因此,渦輪的旋轉(zhuǎn)角速度。可表示為:
式中,J是渦輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。一般情況下,電磁阻力力矩Tre很小。渦輪以恒定的旋車轉(zhuǎn)角速度旋轉(zhuǎn),因此,旋轉(zhuǎn)角速度w對時(shí)間的微分為零。即有:
O=Tr-Trm-Trf
如圖所示,旋翼的導(dǎo)流片與軸線之間夾角為θ,流體的入口和出口流速為u1和u2。它們與圓周方向的夾角分別是α1和α2。流體對旋翼作用產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)力是圓周方向的。根據(jù)動(dòng)量原理,其圓周方向的力fr等于單位質(zhì)量流體量在圓周方向的動(dòng)量變化,即:
fr=gvρ(u1cosα1-u1cosα2)
式中,qv和ρ是流體的體積流量和密度。
因入口和出口圓周運(yùn)動(dòng)速度相等,有:ur1=ur2=ur=wr。
流體離開葉片的相對速度與圓周運(yùn)動(dòng)方向夾角等于葉片傾角θ,因此,有:β2=90°-θ。
因流體流速的軸向分量沒有變化,有:u1=u2sinα2
經(jīng)化簡,得:fr=qvρ(u1tanθ-wr)。因此,主推力力矩為:Tr=frr=rqvρ(u1tanθ-wr)
考慮u1-qv/A。A是流通截面積。則有:
用儀表系數(shù)K表示,即:
式中,z是渦輪葉片數(shù);f是渦輪產(chǎn)生的脈沖率。
根據(jù)上述,有下列結(jié)論:
a.當(dāng)與Tr比較,Trm,和Trf可忽略時(shí),即可近似認(rèn)為它們的值為零,這時(shí),天然氣流量計(jì)的體積流量qv與渦輪產(chǎn)生的脈沖頻率了成正比。
葉片數(shù)Z增加,則K增加,同樣脈沖頻率下流體體積流量減小,換言之,同樣體積流量時(shí)的脈沖數(shù)增加。
傾角θ增加,則K增加,同樣脈沖頻率下流體體積流量減小,換言之,同樣體積流量時(shí)的脈沖數(shù)增加。
葉片半徑r減小或流通截面積A減小,則K增加,同樣體積流量時(shí)的脈沖數(shù)增加。
考慮實(shí)際應(yīng)用時(shí),渦輪需要先克服靜摩擦力矩后才能轉(zhuǎn)動(dòng),因此,Trm不為零.仍假設(shè)流體阻力力矩Trf忽略。則剛開始旋轉(zhuǎn)時(shí)的流量稱為始動(dòng)流量,這時(shí),輸出脈沖頻率仍為零,即有:
因此,始動(dòng)流量qvmin為:
始動(dòng)流量與渦輪軸與軸承之間摩擦產(chǎn)生的機(jī)械摩擦力矩Trm有關(guān),該力矩大則始動(dòng)流量也大。
傾角θ增加,從上式可知,一方面它使始動(dòng)流量減小;另一方面,它增加了機(jī)械摩擦力矩,使始動(dòng)流量增大。因此,傾角θ有一個(gè)優(yōu)化值。
葉片半徑r增大或流通截面積A減小,可減小始動(dòng)流量。但也對儀表系數(shù)K有影響。
流體密度大,則始動(dòng)流量小。因此,當(dāng)流體溫度變化引起其密度變化時(shí),始動(dòng)流量變化。
當(dāng)流體流量大于始動(dòng)流量后,流體主推力力矩主要克服流體阻力力矩,可忽略動(dòng)摩擦力矩。因此,可根據(jù)流體流動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行分析。
層流流動(dòng)。流體層流流動(dòng)的阻力力矩可表示為流體體積流量的線性函數(shù):Trf=C2μqv
式中,C1是阻力系數(shù);μ是流體黏度。
紊流流動(dòng)。流體紊流流動(dòng)的阻力力矩可表示為流體體積流量的二次方函數(shù):Trf=C2ρqv
式中,C2是阻力系數(shù)。ρ是流體密度。
儀表系數(shù)K。根據(jù)上述,繪制如圖所示儀表系數(shù)與流體流量之間的關(guān)系曲線。
從圖可見。
A處的流率對應(yīng)于始動(dòng)流率。b-d段的流動(dòng)狀態(tài)處于層流狀態(tài),c和d分別對應(yīng)線性zui小和zui大流率。e是誤差范圍.天然氣流量計(jì)的范圍度可達(dá)20:1或更高。
通常,流體流率大于c點(diǎn)流率就進(jìn)人線性操作區(qū),即可認(rèn)為K是常數(shù)。
圖中,根據(jù)伯努利方程確定差壓△p,它隨流量的增加而以其平方關(guān)系變化。
2、流體性能的影響
a.流體黏度的影響。天然氣流量計(jì)的重要特性是它的高復(fù)現(xiàn)性,典型值可達(dá)0.02%,而精度達(dá)0.25級。根據(jù)式(2-102),流體黏度對儀表系數(shù)有影響,因此,對高黏度流體,例如,石油化工的流體結(jié)算,應(yīng)考慮黏度的影響。
平直葉片.圖2-51(a)是平直葉片時(shí),流體黏度對儀表系數(shù)的影響.可以看到,隨黏度的增加,靜摩擦力矩增加。因此,層流區(qū)段增大,線性范圍區(qū)段減小,儀表系數(shù)也有所提高。
螺旋葉片.圖2-51(b)是螺旋葉片時(shí),流體黏度對儀表系數(shù)的影響??梢钥吹?,隨黏度的增加,靜摩擦力矩增加不明顯,因此,層流區(qū)段增大不多,線性范圍區(qū)段減小較少,而儀表系數(shù)可基本保持不變。
儀表口徑。通常,儀表口徑越小(<50mm),它受流體黏度的影響越大。
流體密度的影響。流體密度對儀表系數(shù)有影響。
氣體密度的影響。氣體密度隨溫度壓力變化而變化,由于其值是液體密度的千分之幾,因此,為獲得同樣的轉(zhuǎn)動(dòng)力矩,氣體的流速要增大幾十倍.這就造成軸承摩擦力矩隨位用時(shí)間的增加而激烈增大。為此,除了要進(jìn)行密度補(bǔ)償外,設(shè)計(jì)時(shí)氣體天然氣流量計(jì)的傾角要小些,以降低葉輪旋轉(zhuǎn)速度。
3、其他影響
流體流動(dòng)狀態(tài)的影響。流體進(jìn)入流量計(jì)的流動(dòng)狀態(tài)影響儀表系數(shù)。為此,應(yīng)有足夠直管段長度,以使流體充分發(fā)展,消除進(jìn)口處流體流速分布的不均勻和不穩(wěn)定。
安裝方式的影響。水平和垂直方向的安裝會(huì)影響流量計(jì)的儀表系數(shù)。要求現(xiàn)場安裝方式與標(biāo)定時(shí)安裝方式一致,安裝偏差不超過5°。
4、天然氣流量計(jì)的壓損
天然氣流量計(jì)的壓權(quán)來自渦輪轉(zhuǎn)子對流體動(dòng)能產(chǎn)生的機(jī)械阻力和流體a滯引起的黏滯阻力。轉(zhuǎn)速越高,機(jī)械阻力越大;流體黏度越大,黏滯阻力越大。根據(jù)伯努利方程可知,天然氣流量計(jì)的壓損與流體在葉片前平均流速的平方成正比,與流體密度成正比。
5、天然氣流量計(jì)結(jié)構(gòu)參數(shù)對性能的影響
a.葉片平均傾角θ。傾角θ小,同樣大小流量下,葉輪轉(zhuǎn)速提高,儀表靈敏度提高。但轉(zhuǎn)速提高使軸承磨損增大,使用壽命縮短.通常對液體,傾角為30°-45°。氣體為10°-150°。
b.葉片數(shù)Z。葉片數(shù)Z增加,摩擦阻力矩增大,葉輪慣性力矩也增大;同時(shí),Z的增加使儀表讀數(shù)準(zhǔn)確度提高。一般D=10mm,Z=2;D=15mm,Z=3;25mm≤D<50mm,Z=6;50mm≤D<100mm,Z=8;D≥100mm,Z=100。
c.葉輪頂徑與流量計(jì)導(dǎo)管內(nèi)壁間隙δ.間隙δ過大,流體動(dòng)能不能充分利用;δ過小,流體黏度影響增大.通常D≤10mm,δ=(0.05,0.07)D;10mm
d.葉輪根徑與流量計(jì)導(dǎo)管內(nèi)徑之比k,k越大,儀轟靈敏度越高;但引起葉輪轉(zhuǎn)速提高,磨損增大,壓損增大。
E.葉片重疊度P。P過大,不僅使葉輪重量增大,磨損加劇,也使壓損增大。過小則易漏過流體,降低一般靈敏度。一般P=0.9~1.2。
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