摘要:以差壓流量計的選型計算，主要針對孔板流量計進(jìn)行并解讀了相關(guān)的國家標(biāo)準(zhǔn),運用VC++軟件作為程序開發(fā)的工具,以實際工程為例,探索了孔板流量計的孔板直徑、直徑比等標(biāo)準(zhǔn)計算方法與軟件計算方法。本文解決了在項目中，用于孔板流量計采辦的文件如數(shù)據(jù)表和孔板流量計計算書等,需要對孔板的規(guī)格和尺寸進(jìn)行初步計算,確定孔板的孔徑、直徑比等參數(shù)的問題。將繁瑣的計算變得方便可行,計算程序簡練,節(jié)省人工時間,且結(jié)果較為正確確,方便需要采取專用的計算軟件數(shù)據(jù)表中的工藝參數(shù)等進(jìn)行校核檢驗,完成了一套孔板流量計的選型計算的程序。
差壓流量計是一種測定流量的儀器。它是利用流體流經(jīng)節(jié)流裝置時所產(chǎn)生的壓力差與流量之間存在的一定關(guān)系的原理,流量的測定通過測量壓差來實現(xiàn)。在石油、化工、供熱、供水、冶金、電力等領(lǐng)域的測量和過程控制都有廣泛的應(yīng)用。流量儀表的兩個功用,在過程自動化儀表與裝置中分別是:測量物料數(shù)量的總量表和過程自動化控制系統(tǒng)的檢測儀表。節(jié)流裝置的有孔板、噴嘴和文丘里管,它是在管道中安裝的一個局部收縮的元件。本文將主要介紹孔板流量計的選型計算與程序開發(fā)�？装辶髁坑嬁蓽y量氣體、液體、蒸汽及天然氣的流量。孔板流量計被廣泛應(yīng)用于煤炭、化工、建筑、交通、醫(yī).藥、農(nóng)業(yè)、輕紡、食品環(huán)境保護(hù)及人類生活的各個所需領(lǐng)域,是發(fā)展工業(yè)及農(nóng)業(yè)生產(chǎn),能源節(jié)約,產(chǎn)品質(zhì)量改進(jìn)，經(jīng)濟(jì)效益提升和管理水平提升的重要工具,在國民經(jīng)濟(jì)中占有十分顯著的地位。
孔板流量計流裝置的結(jié)構(gòu)比較簡單,性能可靠穩(wěn)定,并且十分牢固,價格較低,使用壽命長,在工業(yè)中經(jīng)常用到孔板流量計,并能經(jīng)過嚴(yán)格的校驗檢測,整個加工過程均采用國際標(biāo)準(zhǔn)�？装辶髁坑嬘捎诹魉僭黾涌梢允轨o壓力變低,壓差即在節(jié)流件前后便產(chǎn)生了壓力降,在節(jié)流件前后產(chǎn)生的壓差由于介質(zhì)流動的流量增大而增大，因此，通過測量壓差來衡量流體流量的大小孔板流量計是可以達(dá)到的。這種測量方法是根據(jù)流動連續(xù)性定律和能量守恒守恒定律為基正確定的。
孔板流量計的節(jié)流件前后產(chǎn)生的靜壓力差,該壓力差與流量存在著一定的函數(shù)關(guān)系,流量越大,壓力差相應(yīng)越大。差壓信號傳送給差壓變送器,轉(zhuǎn)換成4~20mA.DC模擬信號輸出,遠(yuǎn)轉(zhuǎn)給流量計算儀,實現(xiàn)流體流量的計量。質(zhì)量型流量計,經(jīng)過智能型差壓變送器,自動補(bǔ)償工況溫/壓后,實現(xiàn)對流體質(zhì)量流量的測量。
在設(shè)計項目中如數(shù)據(jù)表和孔板流量計算書等文件用于孔板流量計的采辦,需要對孔板的規(guī)格和尺寸進(jìn)行初步計算,確定孔板的孔徑、直徑比等參數(shù)。其計算過程較為復(fù)雜,通過人工計算費時費力,且難以得到正確的結(jié)果,需要采取專用的計算軟件�；谌缟峡紤],本文解讀了GB/T2624.2-2006對孔板流量計進(jìn)行計算選型的方法,并通過VC++語言進(jìn)行編程,完成了一套孔板流量計的選型計算的,取得了令人滿意的結(jié)果。
1孔板流量計的計算方法
1.1孔板流量計原理
如圖1所示流體流經(jīng)節(jié)流元件時的壓力、速度變化情況。從圖中可見,沿水平管靠近流動到節(jié)流元件前的截面1處的流體,流束開始收縮,靠近管壁處的流體將向管道中心加速,而管道中心處流體的壓力開始下降。由于慣性作用,流束的最小截面位置不在節(jié)流元件處由于流體流過節(jié)流元件后流束繼續(xù)收縮的原因,而在節(jié)流元件后的截面2處(此位置隨流量大小而變)，此處流體平均流速U2最大,壓力p2最低。截面2后,流束.逐漸擴(kuò)大。在截面3處,流體速度Uz恢復(fù)到節(jié)流前的速度U1(U3=U1),流束又充滿管道。壓力P3不能恢復(fù)到原來的數(shù)值p1,由于流體流經(jīng)節(jié)流元件時會產(chǎn)生漩渦以及鹽城的摩擦阻力等會造成能量損失的原因,P1與p3的差值δp=p1-ps稱為流體流經(jīng)節(jié)流元件的壓力損失。
1.2節(jié)流裝置設(shè)計計算分類
孔板流量計的設(shè)計與制造主要參照以下標(biāo)準(zhǔn):ISO5167Measurementoffluidflow-DifferentialPressureDevices,2003/GB/T2624用安裝在工程項目設(shè)計中,需要根據(jù)孔板流量計所安裝的管道等級,以及工藝專業(yè)提供的不同工況下的流量,對孔板流量計進(jìn)行選型,同時計算孔板的孔徑以及Beta系數(shù)。
1.3孔板流量計孔徑計算方法
一次裝置安裝在充滿流體的管線中確立為測量原理,裝人一次裝置后裝置的.上游側(cè)與喉部或下游側(cè)之間產(chǎn)生一個靜壓差。假設(shè)該裝置與經(jīng)過校準(zhǔn)的一個裝置幾何相似且使用條件相同,據(jù)該壓差的實測值和流動流體的特性以及裝置的使用環(huán)境,從而確定流量。
1.3.1流量計算
GB/T2624里規(guī)定的不確定度限值,質(zhì)量流量差壓的關(guān)系符合,因此流量公式可用以下公式確定。
式中:qm-質(zhì)量流量,kg/s;
9v-體積流量,m³/s;
C-流出系數(shù);
Ɛ-可膨脹系數(shù);
β-直徑比,β=d/D;
d-節(jié)流件開孔直徑,m;
D-管道內(nèi)徑,m;
ρ1-被測流體密度,kg/m³;
△p-壓差,Pa。
1.3.2節(jié)流裝置開孔直徑d和管道內(nèi)徑D計算式
d=d20[1+λd(t-20)](3)
D=D20[1+λd(t-20)](4)
式中:d20-20℃下節(jié)流元件開孔直徑;
D20-20℃下管道內(nèi)徑;
λd一節(jié)流材料膨脹系數(shù);
λD一管道材料膨脹系數(shù)。
1.3.3流出系數(shù)計算式
C為不可壓縮流體確定的表示通過裝置的實際流量與理論流量之間關(guān)系的系數(shù),對于給定安裝條件下的給定一次裝置,流出系數(shù)僅與雷諾數(shù)有關(guān)。由下式表示:
可膨脹系數(shù)ε取決于雷諾數(shù)值,也取決于氣體的壓力比和等熵指數(shù)值。
表示這些變化的方法是以膨脹性(膨脹)系數(shù)乘一次裝置的流出系數(shù)C。流出系數(shù)利用雷諾數(shù)值相同的液體直接校準(zhǔn)后確定。
當(dāng)流體不可壓縮時(液體),ε等于1,當(dāng)流體可壓縮時(氣體),ε小于1。
事實表明ε實際上與雷諾數(shù)無關(guān)。對于給定一次裝置的給定直徑比,ε只取決于壓力比和等熵指數(shù)，因此本法是可行的。
當(dāng)直接計算法不能解題時,需要采用迭代計算法。
以孔板為例,始終需要迭代計算法來計算。原則是把基本.流量方程中所有--致的值重新組合在一個項內(nèi),而將未知的值組合在一項內(nèi)。
把已知數(shù)組合在方程的一邊,將未知數(shù)放在方程的另一邊。
(2)計算β1:由β0、k、△代入ε公式計算ε0;由β0、ReD、D代人C公式計算C0;由C0、ε0、A2代入β公式計算B0.
(3)計算β2:由β1、k、△代入ε公式計算ε1;由β0.ReD、D代人C公式計算C1;由C1、ε1、A2代入β公式計算β2。
若滿足βn-βn-1<E(一般E=0.0001),迭代可停止,通常進(jìn)行2~3次迭代即可。
2孔板流量計計算程序開發(fā)
利用VC++語言將上述標(biāo)準(zhǔn)中的計算公式進(jìn)行編程,開發(fā)出一套孔板流量計關(guān)鍵參數(shù)計算工具。通過計算工具得出孔.板流量計中孔徑和直徑比等數(shù)值的計算結(jié)果,并與實際項目中的計算值進(jìn)行對比，以驗證計算工具的正確率。
2.1計算流程
打開軟件,輸入孔板流量計相關(guān)已知條件,黃色框內(nèi)為必填數(shù)據(jù)(管道膨脹系數(shù)、孔板膨脹系數(shù)、管道內(nèi)徑、正常流量工況流量、最大流量工況流量、密度、操作黏度、最大差壓等重要工藝參數(shù))。程序計算出操作工況下管道內(nèi)徑,根據(jù)最大差壓值計算出正常流量工況下的對應(yīng)的差壓值。根據(jù)迭代計算法.原把基本流量方程中所有-致的值重新組合在一個項內(nèi),而將未知的值組合在一項內(nèi),計算出A2。根據(jù)流量計算式確定直徑比公式,進(jìn)行迭代計算。直至直徑比之差小于0.0001,根據(jù)直徑比計算孔徑以及其他參數(shù),否則繼續(xù)進(jìn)行迭代計算。
2.2程序界面
根據(jù)某項目孔板板流量計數(shù)據(jù)表,輸人孔板流量計相關(guān)已知條件,黃色框內(nèi)為必填數(shù)據(jù):管道膨脹系數(shù)、孔板膨脹系數(shù)、管道內(nèi)徑、正常流量工況流量、最大流量工況流量、密度、操作黏度、最大差壓。程序界面如圖2。
2.3計算結(jié)果輸出及結(jié)果對比分析
點擊計算,得到直徑比、流量系數(shù)、膨脹系數(shù)、計算孔徑等數(shù)值的計算結(jié)果。輸出結(jié)果報告,將計算工具的計算結(jié)果與手動計算值進(jìn)行對比,結(jié)果如表1所示。
計算工具輸出結(jié)果與手動計算值基本接近,說明計算工具.正確率較高。此程序可以得到應(yīng)用。
4結(jié)論
本文運用國家標(biāo)準(zhǔn)計算方法,以解決設(shè)計項目中孔板流量計選型與計算完成數(shù)據(jù)表、計算書的編制工作為目標(biāo)，以實際項目為研究對象,解讀了GB/T2624.2-2006對孔板流量計進(jìn)行計算選型的方法,并通過VC++語言進(jìn)行編程,完成了一-套孔板流量計的選型計算,分析程序結(jié)果與實際項目中孔板流量計數(shù)據(jù)表的結(jié)果一致性高,精度高。證明此程序的編制至實現(xiàn)且功能可靠。
較正確完成了孔板的規(guī)格和尺寸進(jìn)行初步計算,確定孔板的孔徑、直徑比等參數(shù)的問題。將繁瑣的計算變得方便可行，計算程序簡練,節(jié)省人工時間,且結(jié)果較為正確,方便需要采取專用的計算軟件數(shù)據(jù)表中的工藝參數(shù)等進(jìn)行校核檢驗,為氣電集團(tuán)技術(shù)研發(fā)中心節(jié)約了成本。
但在運用程序開發(fā)得出軟件計算孔板流量計選型的結(jié)果與實際項目中的孔板流量計選型結(jié)果對比,存在一定偏差。下一步將針對程序結(jié)果的正確率,對編程進(jìn)行進(jìn)一步修訂。另外，為提高程序的功能性,不僅可實現(xiàn)液體介質(zhì)下孔板流量計選型結(jié)果,還將優(yōu)化程序,實現(xiàn)氣體介質(zhì)下的孔板流量計的選型計算。
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