摘要:以差壓流量計(jì)的選型計(jì)算，主要針對(duì)孔板流量計(jì)進(jìn)行并解讀了相關(guān)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn),運(yùn)用VC++軟件作為程序開(kāi)發(fā)的工具,以實(shí)際工程為例,探索了孔板流量計(jì)的孔板直徑、直徑比等標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算方法與軟件計(jì)算方法。本文解決了在項(xiàng)目中，用于孔板流量計(jì)采辦的文件如數(shù)據(jù)表和孔板流量計(jì)計(jì)算書(shū)等,需要對(duì)孔板的規(guī)格和尺寸進(jìn)行初步計(jì)算,確定孔板的孔徑、直徑比等參數(shù)的問(wèn)題。將繁瑣的計(jì)算變得方便可行,計(jì)算程序簡(jiǎn)練,節(jié)省人工時(shí)間,且結(jié)果較為正確確,方便需要采取專(zhuān)用的計(jì)算軟件數(shù)據(jù)表中的工藝參數(shù)等進(jìn)行校核檢驗(yàn),完成了一套孔板流量計(jì)的選型計(jì)算的程序。
差壓流量計(jì)是一種測(cè)定流量的儀器。它是利用流體流經(jīng)節(jié)流裝置時(shí)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(cè)定通過(guò)測(cè)量壓差來(lái)實(shí)現(xiàn)。在石油、化工、供熱、供水、冶金、電力等領(lǐng)域的測(cè)量和過(guò)程控制都有廣泛的應(yīng)用。流量?jī)x表的兩個(gè)功用,在過(guò)程自動(dòng)化儀表與裝置中分別是:測(cè)量物料數(shù)量的總量表和過(guò)程自動(dòng)化控制系統(tǒng)的檢測(cè)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(gè)局部收縮的元件。本文將主要介紹孔板流量計(jì)的選型計(jì)算與程序開(kāi)發(fā)。孔板流量計(jì)可測(cè)量氣體、液體、蒸汽及天然氣的流量。孔板流量計(jì)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(lèi)生活的各個(gè)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(guó)民經(jīng)濟(jì)中占有十分顯著的地位。
孔板流量計(jì)流裝置的結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單,性能可靠穩(wěn)定,并且十分牢固,價(jià)格較低,使用壽命長(zhǎng),在工業(yè)中經(jīng)常用到孔板流量計(jì),并能經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的校驗(yàn)檢測(cè),整個(gè)加工過(guò)程均采用國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)�？装辶髁坑�(jì)由于流速增加可以使靜壓力變低,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(dòng)的流量增大而增大，因此，通過(guò)測(cè)量壓差來(lái)衡量流體流量的大小孔板流量計(jì)是可以達(dá)到的。這種測(cè)量方法是根據(jù)流動(dòng)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(jì)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(hào)傳送給差壓變送器,轉(zhuǎn)換成4~20mA.DC模擬信號(hào)輸出,遠(yuǎn)轉(zhuǎn)給流量計(jì)算儀,實(shí)現(xiàn)流體流量的計(jì)量。質(zhì)量型流量計(jì),經(jīng)過(guò)智能型差壓變送器,自動(dòng)補(bǔ)償工況溫/壓后,實(shí)現(xiàn)對(duì)流體質(zhì)量流量的測(cè)量。
在設(shè)計(jì)項(xiàng)目中如數(shù)據(jù)表和孔板流量計(jì)算書(shū)等文件用于孔板流量計(jì)的采辦,需要對(duì)孔板的規(guī)格和尺寸進(jìn)行初步計(jì)算,確定孔板的孔徑、直徑比等參數(shù)。其計(jì)算過(guò)程較為復(fù)雜,通過(guò)人工計(jì)算費(fèi)時(shí)費(fèi)力,且難以得到正確的結(jié)果,需要采取專(zhuān)用的計(jì)算軟件�；谌缟峡紤],本文解讀了GB/T2624.2-2006對(duì)孔板流量計(jì)進(jìn)行計(jì)算選型的方法,并通過(guò)VC++語(yǔ)言進(jìn)行編程,完成了一套孔板流量計(jì)的選型計(jì)算的,取得了令人滿(mǎn)意的結(jié)果。
1孔板流量計(jì)的計(jì)算方法
1.1孔板流量計(jì)原理
如圖1所示流體流經(jīng)節(jié)流元件時(shí)的壓力、速度變化情況。從圖中可見(jiàn),沿水平管靠近流動(dòng)到節(jié)流元件前的截面1處的流體,流束開(kāi)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(kāi)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(guò)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(mǎn)管道。壓力P3不能恢復(fù)到原來(lái)的數(shù)值p1,由于流體流經(jīng)節(jié)流元件時(shí)會(huì)產(chǎn)生漩渦以及鹽城的摩擦阻力等會(huì)造成能量損失的原因,P1與p3的差值δp=p1-ps稱(chēng)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(jì)計(jì)算分類(lèi)
孔板流量計(jì)的設(shè)計(jì)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(xiàng)目設(shè)計(jì)中,需要根據(jù)孔板流量計(jì)所安裝的管道等級(jí),以及工藝專(zhuān)業(yè)提供的不同工況下的流量,對(duì)孔板流量計(jì)進(jìn)行選型,同時(shí)計(jì)算孔板的孔徑以及Beta系數(shù)。
1.3孔板流量計(jì)孔徑計(jì)算方法
一次裝置安裝在充滿(mǎn)流體的管線(xiàn)中確立為測(cè)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(gè)靜壓差。假設(shè)該裝置與經(jīng)過(guò)校準(zhǔn)的一個(gè)裝置幾何相似且使用條件相同,據(jù)該壓差的實(shí)測(cè)值和流動(dòng)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(jì)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(kāi)孔直徑,m;
D-管道內(nèi)徑,m;
ρ1-被測(cè)流體密度,kg/m³;
△p-壓差,Pa。
1.3.2節(jié)流裝置開(kāi)孔直徑d和管道內(nèi)徑D計(jì)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(kāi)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(jì)算式
C為不可壓縮流體確定的表示通過(guò)裝置的實(shí)際流量與理論流量之間關(guān)系的系數(shù),對(duì)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(shí)(液體),ε等于1,當(dāng)流體可壓縮時(shí)(氣體),ε小于1。
事實(shí)表明ε實(shí)際上與雷諾數(shù)無(wú)關(guān)。對(duì)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(jì)算法不能解題時(shí),需要采用迭代計(jì)算法。
以孔板為例,始終需要迭代計(jì)算法來(lái)計(jì)算。原則是把基本.流量方程中所有--致的值重新組合在一個(gè)項(xiàng)內(nèi),而將未知的值組合在一項(xiàng)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(jì)算β1:由β0、k、△代入ε公式計(jì)算ε0;由β0、ReD、D代人C公式計(jì)算C0;由C0、ε0、A2代入β公式計(jì)算B0.
(3)計(jì)算β2:由β1、k、△代入ε公式計(jì)算ε1;由β0.ReD、D代人C公式計(jì)算C1;由C1、ε1、A2代入β公式計(jì)算β2。
若滿(mǎn)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(jì)計(jì)算程序開(kāi)發(fā)
利用VC++語(yǔ)言將上述標(biāo)準(zhǔn)中的計(jì)算公式進(jìn)行編程,開(kāi)發(fā)出一套孔板流量計(jì)關(guān)鍵參數(shù)計(jì)算工具。通過(guò)計(jì)算工具得出孔.板流量計(jì)中孔徑和直徑比等數(shù)值的計(jì)算結(jié)果,并與實(shí)際項(xiàng)目中的計(jì)算值進(jìn)行對(duì)比，以驗(yàn)證計(jì)算工具的正確率。
2.1計(jì)算流程
打開(kāi)軟件,輸入孔板流量計(jì)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(jì)算出操作工況下管道內(nèi)徑,根據(jù)最大差壓值計(jì)算出正常流量工況下的對(duì)應(yīng)的差壓值。根據(jù)迭代計(jì)算法.原把基本流量方程中所有-致的值重新組合在一個(gè)項(xiàng)內(nèi),而將未知的值組合在一項(xiàng)內(nèi),計(jì)算出A2。根據(jù)流量計(jì)算式確定直徑比公式,進(jìn)行迭代計(jì)算。直至直徑比之差小于0.0001,根據(jù)直徑比計(jì)算孔徑以及其他參數(shù),否則繼續(xù)進(jìn)行迭代計(jì)算。
2.2程序界面
根據(jù)某項(xiàng)目孔板板流量計(jì)數(shù)據(jù)表,輸人孔板流量計(jì)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(jì)算結(jié)果輸出及結(jié)果對(duì)比分析
點(diǎn)擊計(jì)算,得到直徑比、流量系數(shù)、膨脹系數(shù)、計(jì)算孔徑等數(shù)值的計(jì)算結(jié)果。輸出結(jié)果報(bào)告,將計(jì)算工具的計(jì)算結(jié)果與手動(dòng)計(jì)算值進(jìn)行對(duì)比,結(jié)果如表1所示。
計(jì)算工具輸出結(jié)果與手動(dòng)計(jì)算值基本接近,說(shuō)明計(jì)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(yùn)用國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算方法,以解決設(shè)計(jì)項(xiàng)目中孔板流量計(jì)選型與計(jì)算完成數(shù)據(jù)表、計(jì)算書(shū)的編制工作為目標(biāo)，以實(shí)際項(xiàng)目為研究對(duì)象,解讀了GB/T2624.2-2006對(duì)孔板流量計(jì)進(jìn)行計(jì)算選型的方法,并通過(guò)VC++語(yǔ)言進(jìn)行編程,完成了一-套孔板流量計(jì)的選型計(jì)算,分析程序結(jié)果與實(shí)際項(xiàng)目中孔板流量計(jì)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(shí)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(jì)算,確定孔板的孔徑、直徑比等參數(shù)的問(wèn)題。將繁瑣的計(jì)算變得方便可行，計(jì)算程序簡(jiǎn)練,節(jié)省人工時(shí)間,且結(jié)果較為正確,方便需要采取專(zhuān)用的計(jì)算軟件數(shù)據(jù)表中的工藝參數(shù)等進(jìn)行校核檢驗(yàn),為氣電集團(tuán)技術(shù)研發(fā)中心節(jié)約了成本。
但在運(yùn)用程序開(kāi)發(fā)得出軟件計(jì)算孔板流量計(jì)選型的結(jié)果與實(shí)際項(xiàng)目中的孔板流量計(jì)選型結(jié)果對(duì)比,存在一定偏差。下一步將針對(duì)程序結(jié)果的正確率,對(duì)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(shí)現(xiàn)液體介質(zhì)下孔板流量計(jì)選型結(jié)果,還將優(yōu)化程序,實(shí)現(xiàn)氣體介質(zhì)下的孔板流量計(jì)的選型計(jì)算。
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