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弯管流量计结构组成及工作原理

弯管流量计与传统的孔板流量计一样同属于差压式流量计的范畴,弯管传感器是利用流体的惯性原理产生差压的。

组成
弯管流量计主要由弯管传感器、专用仪表或DCS系统、差压变送器及一些管道阀门组件组成,当流量测量需温度压力补偿时,还应配备压力变送器、温度变送器、温度传感器。
结构形式
  弯管流量计的一次传感元件——弯管传感器依安装管线上的不同分为如下三种:
  l &90°弯管传感器——用于工艺管线90°转弯连接处,替代原弯头
  l &180°弯管传感器——用于直管线上,替代部分直管段
  l &135°弯管传感器——用于工艺管线135°转弯连接处,替代原弯头

工作原理
弯管流量计同属于差压式流量计的范畴,弯管传感器是利用流体的惯性原理产生差压的。当流体通过弯管时,由于受弯管的约束流体被迫作类似的圆周运动,流体在作圆周运动时产生的离心力作用于弯管的内外两侧,使弯管传感器内外两侧之间产生一个压力差,该压力差(也就是压差值)的大小与流体的密度有关,与流体的平均流速有关,与流体作圆周运动的曲率半径有关。他们之间遵循作圆周运动物体都必须遵循的牛顿运动定律的有关规律。
弯管流量计的研制成功,具有坚实的理论研究基础和实验研究基础。在理论研究方面主要是通过直接求解流体流过弯管的微分方程数值解的方法,全面揭示流体流经弯管的流动规律。在实验研究方面既有实验室的大量实验研究,又有在国家流量检定站(开封水大流量、烟台蒸汽、华阳天然气)对不同介质的流量测量的权威验证。
理论研究和大量的实验研究表明:由于弯管的导流作用,流经弯管的流体呈现了非常复杂的流动状态。通过求取纳维——斯托克斯微分方程(N—S方程)数值解,可以动画显示出这种流动状态主要包括沿主管道方向的主流动、垂直于主流动的双螺旋二次流动及出口漩涡等主体内容,具有很强的规律性。根据对真实粘性流体通过弯管内、外侧压力差成正比例关系,具有很好的相关性。根据量纲分析原理,流过弯管的平均流速与弯管内、外侧的压力差可由下式给出:
二次流的附加转向作用
N-S方程——理论基础
流动基本规律——出口漩涡
流体在某一温度某一压力的条件下流过一个管道,当其流经转弯时,该流体将做相应的圆周旋转运动。根据流体强制旋流理论,流体在管道内作圆周运动与固体在空间状态下作圆周运动类似,因此流体必然会产生惯性离心力,该离心力的大小与流体的流速、流体的密度以及作圆周运动的曲率半径(也就是弯管传感器的曲率半径)等因素有关。
  由于弯管传感器曲率半径是已知的,流过弯管传感器的流体密度又可通过对流体的温度、压力等参数的测定利用主机的计算机准确地求得,因此在弯管传感器上产生的离心力的大小就只是流体流速的函数。只要测出离心力的大小,就可测出流体在管道内的流速,将流速乘以管道的截面积和流体的密度,流体的流量即可计算确定。其计算关系如下:
  式①给出了流过弯管流体的平均流速和差压值的函数表达式:
  V=a[(P1-P2)/ρ]β--------①
  其中:V---流体的平均流速;
  a---综合流量系数,a=f(弯管弯径比、雷诺数、介质动力粘度、管道粗糙度等),其中尤以弯径比的影响最为重要:
  P1-P2-----弯管内、外侧压力差;
  ρ----流体的密度;
  β----指数;
  计算出平均流速V,就可得出计算流量的函数表达式:
  Q=S*V*ρ-----------②
  式中:
  S----弯管横截面积;
  V---流体的平均流速; 适用范围
  1、 公称直径:25mm≤DN≤2000mm
  2、 公称压力:PN≤10MPa
  3、 介质温度:t≤450℃(t>450℃订货时通知)
  4、 雷诺数范围:ReD>104
  5、 精度等级:1级,1.5级
  6、 R/D≥1.25
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