彎管流量計(jì)工作原理

彎管流量計(jì)同屬于差壓式流量計(jì)的范疇，彎管傳感器是利用流體的慣性原理產(chǎn)生差壓的。當(dāng)流體通過(guò)彎管時(shí),由于受彎管的約束流體被迫作類(lèi)似的圓周運(yùn)動(dòng),流體在作圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的離心力作用于彎管的內(nèi)外兩側(cè),使彎管傳感器內(nèi)外兩側(cè)之間產(chǎn)生一個(gè)壓力差，該壓力差(也就是壓差值)的大小與流體的密度有關(guān)，與流體的平均流速有關(guān)，與流體作圓周運(yùn)動(dòng)的曲率半徑有關(guān)。他們之間遵循作圓周運(yùn)動(dòng)物體都必須遵循的牛頓運(yùn)動(dòng)定律的有關(guān)規(guī)律。

彎管流量計(jì)的研制成功，具有堅(jiān)實(shí)的理論研究基礎(chǔ)和實(shí)驗(yàn)研究基礎(chǔ)。在理論研究方面主要是通過(guò)直接求解流體流過(guò)彎管的微分方程數(shù)值解的方法，全面揭示流體流經(jīng)彎管的流動(dòng)規(guī)律。在實(shí)驗(yàn)研究方面既有實(shí)驗(yàn)室的大量實(shí)驗(yàn)研究，又有在國(guó)家流量檢定站(開(kāi)封水大流量、煙臺(tái)蒸汽、華陽(yáng)天然氣)對(duì)不同介質(zhì)的流量測(cè)量的權(quán)威驗(yàn)證。 理論研究和大量的實(shí)驗(yàn)研究表明:由于彎管的導(dǎo)流作用，流經(jīng)彎管的流體呈現(xiàn)了非常復(fù)雜的流動(dòng)狀態(tài)。通過(guò)求取納維--斯托克斯微分方程(N-S方程)數(shù)值解，可以動(dòng)畫(huà)顯示出這種流動(dòng)狀態(tài)主要包括沿主管道方向的主流動(dòng)、垂直于主流動(dòng)的雙螺旋二次流動(dòng)及出口漩渦等主體內(nèi)容，具有很強(qiáng)的規(guī)律性。根據(jù)對(duì)真實(shí)粘性流體通過(guò)彎管內(nèi)、外側(cè)壓力差成正比例關(guān)系，具有很好的相關(guān)性。根據(jù)量綱分析原理，流過(guò)彎管的平均流速與彎管內(nèi)、外側(cè)的壓力差可由下式給出:

流體在某一溫度某一壓力的條件下流過(guò)一個(gè)管道，當(dāng)其流經(jīng)轉(zhuǎn)彎時(shí)，該流體將做相應(yīng)的圓周旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。根據(jù)流體強(qiáng)制旋流理論，流體在管道內(nèi)作圓周運(yùn)動(dòng)與固體在空間狀態(tài)下作圓周運(yùn)動(dòng)類(lèi)似，因此流體必然會(huì)產(chǎn)生慣性離心力，該離心力的大小與流體的流速、流體的密度以及作圓周運(yùn)動(dòng)的曲率半徑(也就是彎管傳感器的曲率半徑)等因素有關(guān)。

由于彎管傳感器曲率半徑是已知的，流過(guò)彎管傳感器的流體密度又可通過(guò)對(duì)流體的溫度、壓力等參數(shù)的測(cè)定利用主機(jī)的計(jì)算機(jī)準(zhǔn)確地求得，因此在彎管傳感器上產(chǎn)生的離心力的大小就只是流體流速的函數(shù)。只要測(cè)出離心力的大小，就可測(cè)出流體在管道內(nèi)的流速，將流速乘以管道的截面積和流體的密度，流體的流量即可計(jì)算確定。其計(jì)算關(guān)系如下:

式①給出了流過(guò)彎管流體的平均流速和差壓值的函數(shù)表達(dá)式:

V=a[(P1-P2)/ρ]β--------①

其中:V---流體的平均流速;

a---綜合流量系數(shù)，a=f(彎管彎徑比、雷諾數(shù)、介質(zhì)動(dòng)力粘度、管道粗糙度等)，其中尤以彎徑比的影響最為重要:

P1-P2-----彎管內(nèi)、外側(cè)壓力差;

ρ----流體的密度;

β----指數(shù);

計(jì)算出平均流速V,就可得出計(jì)算流量的函數(shù)表達(dá)式:

Q=S*V*ρ-----------②

式中:

S----彎管橫截面積;

V---流體的平均流速; 適用范圍

1、 公稱(chēng)直徑:25mm≤DN≤2000mm

2、 公稱(chēng)壓力:PN≤10MPa

3、 介質(zhì)溫度:t≤450℃(t>450℃訂貨時(shí)通知)

4、 雷諾數(shù)范圍:ReD>104

5、 精度等級(jí):1級(jí)，1.5級(jí)

6、 R/D≥1.25

彎管流量計(jì)以其突出的節(jié)能效果、高穩(wěn)定性、高準(zhǔn)確性、高適應(yīng)性，在熱力、熱電、冶金、石化行業(yè)的蒸汽、煤氣、天然氣、冷熱水、油、空氣、乙炔、硫化氫、二氧化碳兩相流等介質(zhì)測(cè)量中迅速推廣，2012年產(chǎn)品覆蓋全國(guó)28個(gè)省，并且已進(jìn)入到國(guó)外市場(chǎng)，總計(jì)用量已達(dá)20000多臺(tái)套。

●多回路、多參數(shù)顯示

●先進(jìn)的觸摸式按鍵,外形和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)新穎，操作方便

●掉電保護(hù)功能，保護(hù)掉電后重要數(shù)據(jù)不丟失

●完備的實(shí)時(shí)運(yùn)算補(bǔ)償和數(shù)字濾波功能，提高了系統(tǒng)測(cè)量精度和穩(wěn)定性。

●智能邏輯判斷和自診斷功能

●RS-232(或485)串行接口輸出，可直接與其他儀表或計(jì)算機(jī)系統(tǒng)通訊聯(lián)網(wǎng)，滿(mǎn)足用戶(hù)和外部設(shè)備之間的實(shí)時(shí)通訊，或者外部控制、打印功能。

●標(biāo)準(zhǔn)(4-20mA)模擬量輸出(可以根據(jù)用戶(hù)需要選擇)

●熱量累計(jì)功能，可用于測(cè)量水蒸氣、供暖熱水的累計(jì)熱量

●時(shí)鐘功能，不受主機(jī)電源影響，能為用戶(hù)提供準(zhǔn)確的時(shí)間

●體積小、低功耗、運(yùn)行穩(wěn)定、測(cè)量精度高

●測(cè)量準(zhǔn)確度高、重復(fù)性好:彎管流量計(jì)系統(tǒng)測(cè)量精度高達(dá)0.5~1.5級(jí)，重復(fù)性準(zhǔn)確度則高達(dá)0.2%。

●無(wú)附加壓力損失:彎管傳感器沒(méi)有任何插入件或節(jié)流件，因此在測(cè)量流量過(guò)程中不會(huì)對(duì)被測(cè)流體造成附加壓力損失，可節(jié)省流體輸送的動(dòng)力消耗，節(jié)約能源。

●適應(yīng)性強(qiáng):彎管傳感器可在高溫、高壓、粉塵、振動(dòng)、潮濕及其它惡劣環(huán)境中正常使用。

●量程范圍寬:流速測(cè)量范圍:液體介質(zhì)為0.2~12米/秒, 蒸汽或氣體介質(zhì)為5~160米/秒的。管徑范圍: φ10~φ2000mm。

●直管段要求不嚴(yán)格:直管段前五(5D)后二(2D)即可充分滿(mǎn)足使用要求。

●使用壽命長(zhǎng):彎管傳感器耐溫、耐壓、耐腐蝕、耐磨損、耐振動(dòng)性能好，并對(duì)微量磨損不敏感。傳感器經(jīng)特殊加工處理后壽命至少與管道壽命相同。

●安裝方便、耐磨損、免維護(hù):由于彎管傳感器對(duì)磨損不敏感，所以可以直接焊接安裝在管道上，一次焊接完成后再也不存在泄漏等令人頭痛的問(wèn)題，不需維護(hù)。

1911年7月，杰考比斯和蘇易在美國(guó)《動(dòng)力與氣體》雜志上發(fā)表了第一篇彎管流量計(jì)的研究報(bào)告--《利用管道彎管進(jìn)行水流量測(cè)量的方法》，首次向人們介紹了利用管道上現(xiàn)有的工藝彎管測(cè)量水流量的彎管流量計(jì)測(cè)量方法。

1980年之前，美國(guó)、德國(guó)、日本等國(guó)的學(xué)者都對(duì)彎管流量計(jì)作了大量的實(shí)驗(yàn)研究，發(fā)表了許多論文，取得了階段性成果。但由于實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)不足，對(duì)流量系數(shù)沒(méi)有取得決定性的進(jìn)展，使彎管流量計(jì)成為系列商品的目的始終沒(méi)有達(dá)到。

1959年，冶金部鋼鐵研究院馬竹梧先生發(fā)表了《煉鐵爐各個(gè)風(fēng)口鼓風(fēng)流量的連續(xù)測(cè)量》論文。

1988年，河北理工大學(xué)李志教授帶領(lǐng)的科技團(tuán)隊(duì)，開(kāi)始彎管流量計(jì)的研究。

1991年，建廠(chǎng)生產(chǎn)彎管流量計(jì)。

1994年，通過(guò)國(guó)家定型鑒定。

2001年，列入重點(diǎn)國(guó)家級(jí)火炬計(jì)劃項(xiàng)目。

2012年，已經(jīng)形成大規(guī)模成熟的系列的工業(yè)應(yīng)用產(chǎn)品。

······

彎管流量計(jì)的一次傳感元件--彎管傳感器依安裝管線(xiàn)上的不同分為如下三種:

l &90°彎管傳感器--用于工藝管線(xiàn)90°轉(zhuǎn)彎連接處，替代原彎頭

l &180°彎管傳感器--用于直管線(xiàn)上，替代部分直管段

l &135°彎管傳感器--用于工藝管線(xiàn)135°轉(zhuǎn)彎連接處，替代原彎頭

測(cè)量介質(zhì)全，包括液體、蒸汽、氣體等。液體包括熱水、冷水、油、液氨以及其它液體;蒸汽包括過(guò)熱蒸氣、飽和蒸氣;氣體包括高爐煤氣、焦?fàn)t煤氣、氧氣、空氣、天然氣、乙炔、硫化氫等等。

管徑范圍寬:DN10--DN2000mm;

溫度范圍寬:-50℃ --600 ℃;

壓力范圍寬:0--32MPa;

安裝范圍寬:管道轉(zhuǎn)彎處和直管道上均能安裝，管道的轉(zhuǎn)彎處用90°標(biāo)準(zhǔn)傳感器，直管道上用"V"型傳感器;

量程比寬: 10:1;能滿(mǎn)足雙向測(cè)流;

流速范圍寬:適用于管道內(nèi)流速為0.2~12米/秒(液體介質(zhì))和5~160米/秒(氣體介質(zhì)包括蒸汽)的流體流量測(cè)量，且都能滿(mǎn)足測(cè)量準(zhǔn)確度的要求;

適用條件寬:彎管傳感器可在高溫、高壓、粉塵、振動(dòng)、潮濕及其它環(huán)境惡劣，安裝條件極差的現(xiàn)場(chǎng)中正常使用，如果采用耐腐蝕材料(如:不銹鋼、工程塑料、玻璃、陶瓷等)制造的彎管傳感器也可測(cè)量各種腐蝕性介質(zhì)的流量。

直管段要求短，前五(5D)后二(2D)倍管徑長(zhǎng)的直管段就能滿(mǎn)足其對(duì)直管段的要求，從而方便了這種流量計(jì)在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的推廣應(yīng)用。

彎管傳感器沒(méi)有任何插入件和節(jié)流件，因此在測(cè)量流量過(guò)程中不會(huì)對(duì)被測(cè)流體產(chǎn)生附加壓力損失，可節(jié)省流體輸送的動(dòng)力消耗，降低運(yùn)行費(fèi)用。

只要用彎管傳感器代替原來(lái)管道上的彎頭即可進(jìn)行流量測(cè)量，傳感器壽命和管道壽命相同。

安裝運(yùn)行后幾乎沒(méi)有維護(hù)工作量。

系統(tǒng)測(cè)量準(zhǔn)確度:0.5~1.5級(jí)。

重復(fù)性精度為0.2%。長(zhǎng)期運(yùn)行性能不變。由于彎管傳感器一次安裝之后，不再需要重復(fù)拆裝，因此其安裝精度也能得到很好的保證。

彎管流量計(jì)的精度完全依靠彎管傳感器的幾何結(jié)構(gòu)尺寸的精確，第四代整體數(shù)控機(jī)加工彎管傳感器是由數(shù)控機(jī)床特高精度加工的垂直度、水平度、均勻度、光滑度等幾何參數(shù)極其精確的彎管傳感器，保證了彎管傳感器加工的一致性，使每一臺(tái)彎管傳感器的精度精確穩(wěn)定，普通機(jī)械冷彎或者熱彎的一般形狀的彎頭很難達(dá)到彎管傳感器對(duì)于彎管的基本要求，所以從2005年6月已經(jīng)開(kāi)始停止銷(xiāo)售小規(guī)格非機(jī)加工普通彎頭形狀的彎管流量計(jì)。

專(zhuān)門(mén)為彎管傳感器開(kāi)發(fā)配套的二次儀表(數(shù)學(xué)模型)是彎管流量計(jì)的核心技術(shù)，他把安裝狀態(tài)、濕度補(bǔ)償、雷諾數(shù)的影響、富魯?shù)聰?shù)的影響、馬赫數(shù)的影響、彎管傳感器的彎徑比、取壓孔位置、內(nèi)壁粗糙度等幾何特征量的影響、熱態(tài)管徑的補(bǔ)償、溫壓補(bǔ)償?shù)雀髯兞恳蛩囟伎紤]到其中，尤其是密度的計(jì)算，采用IFC公式直接計(jì)算，精度高，而不象通用儀表采用查表插值的方法，精度較低。選用普通通用的孔板儀表改造是不可能計(jì)算出準(zhǔn)確數(shù)據(jù)的。

彎管流量計(jì)技術(shù)在世界上我國(guó)處于絕對(duì)領(lǐng)先地位，河北理工大學(xué)建立了DN800國(guó)家級(jí)水流量檢定站，由博士后、博士、碩士研究生等高級(jí)專(zhuān)業(yè)人才組成的研發(fā)中心承擔(dān)著彎管流量計(jì)的理論研究和長(zhǎng)江三峽、核電等國(guó)家重點(diǎn)項(xiàng)目的計(jì)算工作，數(shù)臺(tái)尖端的高性能專(zhuān)業(yè)計(jì)算機(jī)晝夜運(yùn)作，大量的科研數(shù)據(jù)和成果指引著彎管流量計(jì)事業(yè)健康快速的發(fā)展。

彎管傳感器一臺(tái)

彎管流量計(jì)主機(jī)(液晶 一臺(tái)

差壓變送器 一臺(tái)

溫度傳感器一臺(tái)

壓力變送器一臺(tái)

三閥組 一臺(tái)

根部閥(三通旋排污閥塞閥)二臺(tái)