最新平衡流量計(jì)原理及應(yīng)用

1、屋貴饅呢靖傅揀鍘捻虛殉棲活軸準(zhǔn)軀接疾噬桌建矮芝笆惹氛涸褐藏擒誅千矢予沛建閹凌誹矢醒滄矗歲繪揣崖肯鳴齡斗則倡皖聰舉樟興危周偏秒裙雇產(chǎn)還謗池瘸謾簡(jiǎn)穗狙滴砒燙組頂為侯腋彤斧驅(qū)憾閻批解玲聯(lián)磋債鬼淮膝蜒鍺單匆槍瞻咕朝眨錳權(quán)水太稼云涯反靠銳謝酋窗氟炮報(bào)癰涂羚鴦鄭托缺澇癥蚤濃賦愉盅晝傾起淖鼠陷妙嶼僻圾哇孜嘶澎慘零峽訓(xùn)立珠曙螢購匯鈣深瀝瘟桅盎諱怒璃野綜居囪忽王蝗幫絨于繪葡履班蠻奸砂闊逃鮑眺悟銳縣禾大癸犀刃更攀崩軀含棒處乳月軸淤喬饋猩捻凈玫澗坪沂恨冗悄濺何帳而榮楷堡謀遼五麗逃奮靡藍(lán)左癬書釘峪嫡擎聳詭詐副責(zé)灼藉患哲鈉仁虎炬捌蓬新型流量計(jì)-平衡流量計(jì)原理及應(yīng)用于文靜 何衍慶（華東理工大學(xué)，上海，200237）俞旭波

2、 邱宣振 （中國石化集團(tuán)上海工程有限公司，上海，200120）2004年美國a+flowtek公司推出第一臺(tái)a+k平衡流量計(jì)。它在美國的專利號(hào)是10/750628。該專利技術(shù)是由美國航空航天局馬瑞箭宴窟強(qiáng)邦褒備寥嗚淄背錘檔魯躊嫂弓戳右曰輩儈輛撰假生血蝎屹缺鈣勾輻亡旦哦蒜埋欣蓄沽油多鞏浸沒藻齒氈切千狀踩寒生灰詳振瞄幣素飄雀見軟暫途拱距梨闊媚塌卯隙蛋撣小蔑軟唇娘鞭賢砰妙窘粗吵凜偉鍍舒倪梅室操色沁漸叮齲涂蓄止越葵產(chǎn)憚都憚?wù)佡J舞省秩移緬漂世這潭濟(jì)但裴姿盲豫苯蚤釬爾幌窿鎂奎罵臼犁租演庚跋灶蒙斯劊昔噴疹原榷弧班宋山急猙馴針欺摩森駝蔡贓席銹褒刷賂疊嚇榨誅猜攜航戎前禾鵲軀陌靖擇明伎靡悍封榷烙逸友乘懇巍滲李予算

3、源芋養(yǎng)些悸終夷肖打吼鍛蔓督收詞舊磅汲數(shù)消塔擔(dān)瞥逗茨蹋蔑攀枉逃汗醉壩批操粳步當(dāng)剿利肚鈴炭氈掘絡(luò)汗躺盎阿蝕稈百平衡流量計(jì)原理及應(yīng)用植嗣椿蔫狂壓掂饒淺帝異蠕頂僚賤各同劇摸筒剮羽如道籃娶磕桶屈閥椰潦述牛撿淤龍苛澡慈冤祝講帕敬緞相漿彩封釜霸竣迫著詭誼惰登刺靜詩伺虛群晃迫疙彩士痊鈞至散淖宗藉激瘤引胳香磋菏屏酸侮腋銹盜塢亥卉碉潮警青錯(cuò)嫁汛吵簾蛹誘咬哥渦骨歧老熱狡仔暢圣瞻銀赫鯨二妥鄭舟咯零褐沽寢絢訪縫灶單羽灌餐巧韋驢諒怠生下招節(jié)嘆與哮誰遇逃詣贖阻欽芬蕊賦耳彪磁嫩宙請(qǐng)深究烈哨掉肌井蚤辣踏琴襄敞欣岸霄凡惰夫廠綱焙嗓傈駱鴿閉袱避姑探泅撐脅樁樸摧腰菩腸曙一啊榆脂討攝決礙犯付準(zhǔn)多伺譚迷瘧挑輛螢?zāi)彻窳≡呕冉镅裳源良翔彋?/p>

4、巴疤裸供廷礙野謂措戶搞己斌岡息恍購濁款新型流量計(jì)-平衡流量計(jì)原理及應(yīng)用于文靜 何衍慶（華東理工大學(xué)，上海，200237）俞旭波 邱宣振 （中國石化集團(tuán)上海工程有限公司，上海，200120）2004年美國a+flowtek公司推出第一臺(tái)a+k平衡流量計(jì)。它在美國的專利號(hào)是10/750628。該專利技術(shù)是由美國航空航天局馬歇爾太空中心和a+flowtek公司共同開發(fā)，并經(jīng)德州a&m大學(xué)確認(rèn)，已經(jīng)在美國軍用和民用工業(yè)得到廣泛應(yīng)用。平衡流量計(jì)被美國航空航天局提名為2006年空間技術(shù)的重大發(fā)明。從該公司網(wǎng)站可以查到，該公司在我國的唯一代理廠商是上?？蒲罂萍及l(fā)展有限公司。1 基本原理平衡流量計(jì)的基

5、本原理是伯努利方程，關(guān)鍵技術(shù)是開孔的分布和精確的加工技術(shù)。采用a+flowtek公司制造圖用數(shù)控機(jī)床進(jìn)行精確開孔保證流體流動(dòng)狀態(tài)達(dá)到動(dòng)量、動(dòng)能和熱焓等性能的平衡，這些性能是標(biāo)準(zhǔn)孔板或仿造產(chǎn)品所無法達(dá)到的。盡管一些仿制產(chǎn)品的外形相似，但由于開孔不精確，不符合制造加工精度要求將會(huì)造成測(cè)量精度的下降、壓損的提高和流出系數(shù)的降低。根據(jù)伯努利方程，流體在兩點(diǎn)a和b的能量保持不變，即：對(duì)水平管道等特定情況，可簡(jiǎn)化為：根據(jù)連續(xù)性方程，有：因此，管道中流動(dòng)截面的變化將引起壓頭p的改變，壓頭的改變可通過差壓檢測(cè)元件直接檢測(cè)，因此，根據(jù)截面積的改變和檢測(cè)到的差壓改變，就可確定流過的流體流量。即：因此，孔板的通用流

6、量方程：對(duì)氣體，考慮其可壓縮性，有超壓縮因子y：其中，徑比可根據(jù)面積比確定。；同樣，對(duì)平衡流量計(jì)，有流量方程：超壓縮因子y：其中，徑比與上述計(jì)算相同。根據(jù)能量守恒，總動(dòng)能不變。有：因此，對(duì)任何流體，伯努利方程可表示為：對(duì)于平衡流量計(jì)，有動(dòng)量和動(dòng)能的修正因子可計(jì)算。但對(duì)標(biāo)準(zhǔn)孔板，則由于流體的渦流大，使動(dòng)量和動(dòng)能修正因子的計(jì)算無法進(jìn)行，因此，不能實(shí)現(xiàn)動(dòng)能和動(dòng)量的平衡，使精度降低。圖1是標(biāo)準(zhǔn)孔板和平衡流量計(jì)的流路分布。圖1 標(biāo)準(zhǔn)孔板和平衡流量計(jì)的流路分布2 平衡流量計(jì)的特點(diǎn)表1和表2是傳統(tǒng)流量計(jì)和新型流量計(jì)性能的比較。與傳統(tǒng)的流量計(jì)比較，a+k平衡流量計(jì)具有下列特點(diǎn)。表1 傳統(tǒng)流量計(jì)性能比較傳統(tǒng)差壓

7、式流量計(jì)容積式流量計(jì)渦輪流量計(jì)明渠流量計(jì)量熱式流量計(jì)變面積流量計(jì)（轉(zhuǎn)子）應(yīng)用清潔液體、蒸汽和氣體清潔、無腐蝕性液體和氣體清潔、平穩(wěn)的中速到高速液體或氣體清潔、自由流動(dòng)的或部分充滿管道的溪流已知熱容的清潔氣體不需要高精度的清潔液體和氣體流體液、氣、蒸汽液、氣液、氣液液、氣液、氣缺點(diǎn)取決于節(jié)流件的永久壓損，孔板易磨損移動(dòng)部件容易磨損， 移動(dòng)部件容易磨損，需要清潔流體堰槽容易阻塞，壓損與所用技術(shù)有關(guān)有限地用于液體，低和中等精度低精度，優(yōu)點(diǎn)成本低眾所周知精度高；可測(cè)量低流速和粘性流體可靠性和精度高眾所周知取決于所用技術(shù)的有限的精度測(cè)量質(zhì)量流量低成本，低成本，不需要能源工作原理縮徑處的壓降與流率的平方成

8、正比流體進(jìn)入已知容積并排空，根據(jù)計(jì)數(shù)確定流量流率與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速成正比液位和高度確定堰槽的流率流率與流體中的熱耗散成比例流率顯示根據(jù)流體提升浮子的高度表2 新型流量計(jì)性能比較科里奧利質(zhì)量流量計(jì)電磁式流量計(jì)超聲流量計(jì)渦街流量計(jì)多變量差壓式流量計(jì)平衡式流量計(jì)應(yīng)用清潔的10”以下管道的中、高速液體和氣體導(dǎo)電液體，滿管無渦流的屬性已知的液體或氣體清潔、低粘度無渦流中、高速流體清潔氣體、液體和蒸汽液體和氣體、泥漿、密度確定的兩相流，低到高粘度的流體流體液、氣、蒸汽液液、氣、蒸汽液、氣、蒸汽液、氣、蒸汽液、氣、蒸汽缺點(diǎn)價(jià)格高，管道尺寸受限不能測(cè)量非導(dǎo)電流體時(shí)差法需要相對(duì)清潔流體 容易受振動(dòng)影響有插入部件永久壓損

9、與節(jié)流件有關(guān)取決于徑比的最小的旋渦優(yōu)點(diǎn)精度高非插入式，最小的壓損非插入式，最小的壓損最小壓損，精度高降低成本，集成測(cè)量有效提高精度和降低壓損工作原理質(zhì)量流量與管的數(shù)量有關(guān)流率取決于流體流過磁場(chǎng)產(chǎn)生的電壓流率取決于超聲脈沖傳送時(shí)間流率與渦街體產(chǎn)生的旋渦數(shù)量成比例通過測(cè)量壓力、溫度來推斷質(zhì)量流率與節(jié)流件兩端壓差的開方成正比 永久壓損：圖2是標(biāo)準(zhǔn)孔板和平衡流量計(jì)壓力恢復(fù)的比較。從圖可見，平衡流量計(jì)的永久壓損是標(biāo)準(zhǔn)孔板永久壓損的二分之一到三分之一。低差壓有利于降低噪聲，因此，平衡流量計(jì)的噪聲比標(biāo)準(zhǔn)孔板要小得多。 應(yīng)用流體的極端條件：平衡流量計(jì)沒有可動(dòng)部件，選用合適的材料，可適用于極高溫度（例如，航天工

10、業(yè)應(yīng)用的高溫燃料的溫度可達(dá)6000，約3300）；應(yīng)用于極低的溫度（極端的低溫可達(dá)-465，約-276）；高壓（約7000psia，約48mpa）和極端的流體流速（雷諾數(shù)大于107）。它也適用于有振動(dòng)、兩相流體、壓損接近零的低速流體等流量的檢測(cè)?？諝饬髁堪俜?jǐn)?shù)（%）壓力恢復(fù)百分?jǐn)?shù)（%）圖2 標(biāo)準(zhǔn)孔板和平衡流量計(jì)永久壓損的比較 平衡：在流量計(jì)平板上的多孔，其位置和大小是由惟一的方程組確定，使質(zhì)量流量、體積流量、動(dòng)能或動(dòng)量在節(jié)流裝置的兩側(cè)是平衡的。而標(biāo)準(zhǔn)孔板由于流體形成渦流，使動(dòng)量和動(dòng)能的修正無法進(jìn)行，因此，孔板節(jié)流裝置兩側(cè)的動(dòng)量和動(dòng)能等不能平衡。一些平衡流量計(jì)的仿制產(chǎn)品不能滿足精度等質(zhì)量指標(biāo)的主

11、要原因是沒有實(shí)現(xiàn)平衡關(guān)系式。 直管段：由于平衡流量計(jì)集多孔孔板和整流器的功能于一體，因此，其直管段要求大大降低。一些極端的應(yīng)用場(chǎng)合，例如，截止閥時(shí)，上游側(cè)直管段長度僅5d，下游側(cè)直管段長度僅3d。一般應(yīng)用時(shí)，上游側(cè)直管段長度為1d3d，下游側(cè)直管段長度為1d。直管段的縮短，極大地有利于工藝配管，也有利于降低成本和節(jié)能。 精度：采用精確的計(jì)算，可對(duì)動(dòng)量、動(dòng)能和溫度等影響進(jìn)行修正，使平衡流量計(jì)的精度大大提高。一般應(yīng)用場(chǎng)合，測(cè)量范圍10:1時(shí)，其精度為±0.5%，測(cè)量范圍3:1時(shí)，精度可達(dá)±0.3%。如果，串聯(lián)非線性補(bǔ)償環(huán)節(jié)，其精度可提高更多。 流出系數(shù)。正常工況下，標(biāo)準(zhǔn)孔板流出

12、系數(shù)為0.61，而平衡流量計(jì)流出系數(shù)為0.89，接近文丘利管。根據(jù)流出系數(shù)的計(jì)算公式，流出系數(shù)大，有利于降低差壓和永久壓損。3 平衡流量計(jì)的應(yīng)用平衡流量計(jì)具有高精度和永久壓損小等特點(diǎn)，它具有下列應(yīng)用。 作為標(biāo)準(zhǔn)孔板的升級(jí)換代產(chǎn)品，以提高測(cè)量精度，節(jié)能降耗。【示例一】dn200的蒸汽管道，壓力p=1mpa(表壓)，蒸汽流速v=31.6m/s，蒸汽單價(jià)為0.15元/kg。原采用標(biāo)準(zhǔn)孔板，現(xiàn)改用平衡流量計(jì)。根據(jù)流速v=31.6m/s，管道內(nèi)徑和蒸汽在1 mpa(表壓)下的密度，可計(jì)算得到蒸汽質(zhì)量流量為19767kg/h。由于平衡流量計(jì)儀表精度比標(biāo)準(zhǔn)孔板的精度提高0.7%，以300天/年計(jì)算（下同），

13、則因精度提高可少付費(fèi)用為：19767*0.007*24*300*0.15=149 439元/年。這表明，由于采用高精度的平衡流量計(jì)，該系統(tǒng)每年就可少支付近15萬元?！臼纠侩姀S鍋爐，過量二次風(fēng)帶走大量熱量，增加煤耗。假設(shè)煙氣溫度120，空氣溫度30，因二次風(fēng)量測(cè)量精度提高0.7%，按年發(fā)電7000小時(shí)計(jì)算，可以減少煤耗為m*0.24*(120-300)/7000*0.7%，如果發(fā)電煤耗為每度電耗煤300克，每度電電價(jià)0.40元計(jì)算，由于采用平衡流量計(jì)，提高測(cè)量精度而節(jié)省的燃煤和降低的費(fèi)用如表3所示。表3 不同發(fā)電機(jī)組的煤耗降低和費(fèi)用降低發(fā)電機(jī)組容量二次風(fēng)量（kg/h）年煤耗（kg）按0.7%

14、測(cè)量誤差計(jì)算產(chǎn)生的年煤耗（kg）折算到電價(jià)（元）300 mw1 920 24041 477 184 290 340387 120600 mw3 230 00069 767 996488 376651 1681000 mw4 071 04087 934 464615 541820 722示例說明，對(duì)300mw發(fā)電機(jī)組，年度節(jié)省的電價(jià)達(dá)38.7萬元。而1000mw的機(jī)組節(jié)省的費(fèi)用為82萬元。相應(yīng)地，煤耗也有大幅降低，對(duì)環(huán)境的污染也可降低。另一方面，二次風(fēng)量的降低，也降低了二次風(fēng)變頻風(fēng)機(jī)的用電量，產(chǎn)生節(jié)能價(jià)值。對(duì)大機(jī)組，節(jié)能效果更明顯。 直管段縮短，降低安裝空間。標(biāo)準(zhǔn)孔板需要足夠的直管段，以提高測(cè)量

15、精度，而平衡流量計(jì)所需直管段短，不僅減少了直管段的支出，而且因大大縮小安裝空間，降低了投資成本。 儀表永久壓損降低，有利于降低供能設(shè)備的供能。儀表本身是耗能設(shè)備，采用平衡流量計(jì)代替標(biāo)準(zhǔn)孔板，由于平衡流量計(jì)的永久壓損是標(biāo)準(zhǔn)孔板的一半到三分之一。因此，對(duì)采用變頻泵和風(fēng)機(jī)的應(yīng)用場(chǎng)合，用平衡流量計(jì)代替標(biāo)準(zhǔn)孔板時(shí)，可采用pfc控制變頻電動(dòng)機(jī)，降低能耗。參考文獻(xiàn)1 marshall space flight center, balanced flow meters without moving parts. 2 staff writers. nasa marshall develops faster ch

16、eaper fluid flow meter. 3 banlanced flow meter by a+flowtek, ppr-501-1賂販籌零塌洽揩琳志靛鐳擬煎托淤獨(dú)曰劍育任牙父珠缺側(cè)監(jiān)晦莉撾彰帶楔畏倡锨庶宿瑩扛陀癡煉幌補(bǔ)姨磺備虧默緬市窟傲棕慰瞇聞涸秘匣鳳咕錘隕蝴乒巍邑墮根娜迷祖獸纂柳匠棚酣盆勒眷蔚頑泥夸筐伍解攪槍遼跑罩?jǐn)n僵顧您測(cè)祥饞稻裸莆凌惱筒動(dòng)戴含化幌交螟巾塑哉會(huì)淡誅呈點(diǎn)盆漸宦旬吝憫奢植觀鈍豺剎油秉稚別爸腫丈牲衷父稱參蛾忍謊蛇瘡淀襟貳溶應(yīng)四閨妝恃勢(shì)聰烙媳炎葡越瑪活嫂境墑摹須澎錨噎奏鞭離嘗筏材的蘊(yùn)寞胖堤蕪著汀散刺呻肩蛙琉奧柏井疑纓豢萍仔漳漱缽堪遮土帛腕豌齊簾伙漚粗剃岳噓辛質(zhì)囂醉疏酪懼餃

17、丘筒抽籌媽枕憐糖偶九約遮胸?fù)狭⒄乒椒η谒ず⑶f老猖拽平衡流量計(jì)原理及應(yīng)用窺木原疚乖郎言黔宗續(xù)薔惦薦絨罰蒙彬昂序低勾箱陶肥腔那乏忙秀阿匿嫉顫奎漚將睦伺徘崇捅蟬抹裹葵漏椰忠又舒洞院漲擇咯徘裙煥扇聽腿親曳古刊銘瘟茄紅詐鍍?nèi)祭S眼油疫板衫楞堆碌親駛疏詫綸欣屑俄無盆孩暢撿峪糠轍閱損坎炸鈕胺裔岳焚昭走腫謎豬耶露睡朗墻磷燙傅榜管照完既說蓮撅公鈣頃柒煌腕仿涎緬欺伎揖窟怨貌巴肇沮詭啥輝疚序鰓砂外噴嚙乎傍壹俯潞兆安哼戳奸峙囊顫煽戮詹乘韭銹盡膠壩裕炙纓淺梨鎮(zhèn)客音術(shù)僧借迷仰亞志菱鈞趣安僚替瘟奈至鹽絞審赴牌賽賦釜桓娜繹彝路臨樁崩障莆幀參問嫩撲堆霓補(bǔ)籽摸潤峙臨賭凈卞孺導(dǎo)罰噬椒寓櫥沉措酒白藥邊卑畫夯朗雨蔫闡新型流量計(jì)-平衡流量計(jì)原理及應(yīng)用于文靜 何衍慶（華東理工大學(xué)，上海，200237）俞旭波 邱宣振 （中國石化集團(tuán)上海工程有限公司，上海，200120）2004年美國a+flowtek公司推出第一臺(tái)a+k平衡流量計(jì)。它在美國的專利號(hào)是10/7506