1 概述
轉子流量計(rotometer),又稱浮子(zǐ)流量(liàng)計(floattypeflowmeter),在(zài)工業中得到廣泛的(de)應用(yòng)。它可測量(liàng)液體、氣體和蒸(zhēng)氣的流(liú)量,宜測(cè)中小(xiǎo)管徑(dn4～250)的流(liú)量。壓(yā)力損失小且恒定,測(cè)量範(fàn)圍比(bǐ)較(jiào)寬,量程(chéng)比1:10,工作(zuò)可靠且(qiě)刻度線性,使用(yòng)維修方(fāng)便,對儀(yí)表前後直管段長度要求(qiú)不高(gāo)。其測量精(jīng)度爲±2%左右,受被測液(yè)體的密度、粘度、純淨(jìng)度(dù)以及溫(wēn)度、壓力的(de)影響(xiǎng),也受安(ān)裝垂直(zhí)度的(de)影響。玻璃管浮(fú)子(zǐ)流(liú)量計(jì)結構簡單(dān),成本(běn)低,易制(zhì)成(chéng)防腐(fǔ)蝕性儀表,但其(qí)強度低。金屬管浮子流(liú)量(liàng)計可(kě)輸出标(biāo)準信(xìn)号(hào),耐高壓,能(néng)實現(xiàn)流量(liàng)的指示、積算、記錄、控(kòng)制和(hé)報警(jǐng)等多種功(gōng)能。
1.1 原(yuán)理及(jí)結(jié)構(gòu)
1.1.1 沖量定理(lǐ)及應(yīng)用
設一(yī)物(wù)體的質量(liàng)爲m,作用其(qí)上的(de)力爲(wèi)f,實際(jì)上流體的速度v,物體(tǐ)變化(huà)路程(chéng)爲l。那麽(me)根據沖(chòng)量定(dìng)理可推出
1.1.2 測(cè)量原理及結(jié)構
如果将阻擋(dǎng)體置于直立且(qiě)具有錐(zhuī)度(dù)(上大(dà)下小(xiǎo))的管道中(zhōng),就形成轉子式(shì)的流量計,它的(de)工作(zuò)原(yuán)理(lǐ)如圖1所示(shì)。
當(dāng)流(liú)量增加時(shí),轉子接(jiē)受流體自下而上(shàng)的沖(chòng)力将(jiāng)增加,因而(ér)被沖(chòng)向上方,一(yī)到達上面,由于(yú)流通(tōng)截面增加(jiā),流速減小,沖力(lì)也随(suí)之(zhī)減小。當(dāng)沖力(lì)和差(chà)壓對轉子(zǐ)截面構成(chéng)的作用力(lì)以及(jí)粘滞(zhì)摩擦力等(děng)的合力(lì)與轉子本身在流體中重量相(xiàng)等時,轉(zhuǎn)子即(jí)處(chù)于一平(píng)衡狀态,不再上升或(huò)下降,這個(gè)位置就表示新的流(liú)量值。
1.2 計算(suàn)公式
設轉子的(de)顯示重量爲wf(n),流(liú)體對(duì)轉子(zǐ)的作用力(lì)爲f(n),錐形管(guǎn)與(yǔ)轉子間(jiān)環形(xíng)截面爲sa(m2),轉子處最大截面(miàn)積爲sf(m2),轉子體(tǐ)積vf(m3),轉子(zǐ)密度爲ρf(kg/m3),轉子長(zhǎng)度(dù)爲l(m),流體介質(zhì)的密度爲(wèi)ρ(kg/m3),重力(lì)加速(sù)度爲(wèi)g(m/s2),則
式(shì)中:qm—爲質量(liàng)流量(liàng);qv—爲體(tǐ)積流量;ψ—爲(wèi)流(liú)量系數。ψ與轉(zhuǎn)子形(xíng)狀和雷諾數有關,sa與(yǔ)轉子高度(dù)有關。錐管(guǎn)形轉(zhuǎn)子流量計(jì)轉子(zǐ)的(de)幾何形(xíng)狀和選用的材(cái)料及被測流體一定時,式(2)等式右邊平(píng)方(fāng)根内的值爲一常數(shù)。當雷諾數(shù)大于一定(dìng)的(de)界限值時,ψ爲一(yī)常數,這(zhè)樣qm正(zhèng)比于sa。
1.3 不同測量(liàng)介質的換(huàn)算方法
在(zài)實際使用轉子(zǐ)流量(liàng)計過程中,由于被測(cè)物(wù)體的物(wù)性(密度、粘度等)和狀(zhuàng)态(溫(wēn)度、壓(yā)力等(děng))與(yǔ)實(shí)驗流體的物(wù)性(xìng)和狀(zhuàng)态不(bú)同,所以必須對(duì)測(cè)量儀表(biǎo)進行刻度換算(suàn)和粘度修正,以保證精确(què)度。
1.3.1 液體流量(liàng)測量的(de)刻度換(huàn)算(suàn)
通常(cháng)測量液體的轉(zhuǎn)子流量計(jì)的刻度,都是(shì)用水在(zài)20℃,1個大氣(qì)壓(yā)下标定(dìng)的(de)。按照(zhào)下式(shì)進行刻度換(huàn)算(suàn):
式中(zhōng):q1—标定(dìng)時水(shuǐ)的體積(jī)流(liú)量;q2—使(shǐ)用時(shí)被(bèi)測液體的體積流量;ρf—轉(zhuǎn)子的(de)材質密度(dù);ρ1—标定時的水密度;ρ2—使用時的被(bèi)測液(yè)體密(mì)度;a1—水(shuǐ)的流量系數;a2—被(bèi)測粘性液(yè)體的(de)流量系(xì)數。
當被(bèi)測液體(tǐ)的密度(dù)和水(shuǐ)的密度不(bú)同(tóng)但是(shì)兩者粘(zhān)度系數相(xiàng)差甚(shèn)微,即可忽(hū)略粘度變化(huà)對流量(liàng)系數造(zào)成的影(yǐng)響(xiǎng),a2/a1可(kě)以當(dāng)作1來(lái)計算。
1.3.2 氣體流量測量的刻度換(huàn)算
測量氣(qì)體的浮子(zǐ)流量計通(tōng)常(cháng)都是在(zài)低壓(yā)、恒溫20℃狀态下用(yòng)壓縮空氣(qì)進行(háng)标定的(de),然後在(zài)換算到标(biāo)準絕對壓力爲101325pa、溫度(dù)爲20℃時的流量值對儀表刻(kè)度。當(dāng)儀表用(yòng)來測量某一(yī)工作狀态(tài)下,任(rèn)意一(yī)種氣(qì)體的(de)體積(jī)流量(liàng)時,需将(jiāng)儀表所示刻度值換算(suàn)爲工作(zuò)狀态的(de)實際(jì)流量(liàng)值。于(yú)氣體(tǐ),可以(yǐ)按照(zhào)下面公(gōng)式換算(suàn):
式中:qn—标(biāo)定空氣在pn,tn狀(zhuàng)态下的體(tǐ)積流量,即儀表(biǎo)刻度流量值(zhí);q—被(bèi)測氣體(tǐ)由(yóu)p,t狀态(tài)下的(de)體積流量(liàng),即儀表刻(kè)度流量值;pn=101325pa,tn=293.15k(标準狀态(tài)下的(de)絕(jué)對(duì)壓(yā)力(lì)和溫度);p,t—被(bèi)測氣(qì)體在工作狀态(tài)下的絕對壓力(lì)和熱力學溫度(dù);pnzn—分别爲标定空氣在pn,tn狀态(tài)下的密度(dù)和壓(yā)縮系(xì)數;ρ,z—分别爲(wèi)标定空氣(qì)p,t在狀态下(xià)的密度和壓縮(suō)系數。
當被測氣(qì)體的濕度較大時,應(yīng)考慮水分(fèn)含量的(de)影響,氣(qì)體密度ρ按下式(shì)計算(suàn):
ρ=ρg+Фρsmax
式(shì)中(zhōng):ρg—爲測(cè)量條(tiáo)件下幹燥(zào)氣體密度(dù);Ф—爲測(cè)量(liàng)條件(jiàn)下相對(duì)濕度;ρsmax—爲測量條件下(xià)飽和水汽(qì)的密度。
1.4 金屬管(guǎn)轉子(zǐ)流量計
金(jīn)屬管轉子流量(liàng)計與玻(bō)璃轉子(zǐ)流量計具有相(xiàng)同的測量原理(lǐ),不同的是其錐(zhuī)管(guǎn)由金屬制成(chéng),這樣(yàng)不僅(jǐn)耐高溫、高壓,而且能(néng)選擇(zé)适當(dāng)的材質以适(shì)合各種(zhǒng)腐(fǔ)蝕性介(jiè)質的流量(liàng)。流量(liàng)計采用可變面(miàn)積式測量原(yuán)理,應用(yòng)現代技術(shù)手段(duàn)及元件和器件(jiàn)。流量計主要(yào)由(yóu)三大基本(běn)部分(fèn)組成(chéng):測量(liàng)管;錐(zhuī)形浮(fú)子或靶式(shì)浮子;指示器。浮(fú)子的位移(yí)量與(yǔ)流量(liàng)的大小成(chéng)比例(lì),通(tōng)過磁耦(ǒu)合系統(tǒng),以不同(tóng)接觸方式,将浮(fú)子位移(yí)量傳給指示器指(zhǐ)示出(chū)流量的大小。也可配(pèi)裝不(bú)同的(de)轉換器,将流量(liàng)值轉(zhuǎn)換成(chéng)标準(zhǔn)的電遠傳信号(hào),從而實現遠距(jù)離顯(xiǎn)示、記錄、積(jī)算(suàn)和控制功能(néng)。金屬管轉(zhuǎn)子流(liú)量計(jì)在(zài)指示器(qì)的設計(jì)上可以爲各(gè)種應用場(chǎng)合提供(gòng)可靠适用的(de)功(gōng)能組合(hé),如現場指針顯示、lcd顯示瞬時和(hé)累計流量等。在指示器(qì)供電選(xuǎn)擇方面有(yǒu)電(diàn)池(chí)供電、24vdc供(gòng)電、220vac供電(diàn),方式根據現場(chǎng)情況(kuàng)選擇。
1.5 選型(xíng)計算(suàn)
在(zài)選型過(guò)程中,可以根據(jù)前面介紹(shào)的計(jì)算公式(shì)和相關(guān)設計(jì)樣本(běn)來确定(dìng)轉子流量計(jì)的型号(hào)。本(běn)文以轉子流量(liàng)計爲例,介紹如何根(gēn)據計算(suàn)公式來(lái)确(què)定轉子流量(liàng)計的型(xíng)号。
已知(zhī)測量介質(zhì)爲液體,最(zuì)大流量爲(wèi):qmax=30m3/h,常用(yòng)流量最小(xiǎo)值qmin=10m3/h,粘度μy=3.1×10-5pags,密度ρy=810kg/m3,常(cháng)用壓力py=0.49mpa,常用(yòng)溫(wēn)度ty=150℃。根據條件選出合适(shì)的(de)浮子流量(liàng)計的口徑(jìng)及浮子号(hào)。
選擇(zé)11cr18ni9ti材質的浮(fú)子,其(qí)密度爲(wèi)780kg/m3。水(shuǐ)在工(gōng)作狀态(tài)時的密(mì)度爲(wèi)954kg/m3,則根據公(gōng)式(shì)(3)可以得到
代(dài)入最大(dà)流量qmax=70m3/h和(hé)常用(yòng)流量(liàng)最小(xiǎo)值qmin=20m3/h可以求得水的流(liú)量範圍qsmax=66.6m3/h,qsmin=22.2m2/h。
通(tōng)過(guò)查詢kf10的(de)轉子(zǐ)流量(liàng)計規(guī)格表(biǎo),可以得知(zhī)選擇(zé)口徑dn100,浮(fú)子号k10.2,材質1cr18ni9ti。
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