1 概述
轉子(zi)流量計(Rotometer),又(you)稱浮子流(liu)量計(FloatTypeFlowmeter),在工(gong)業中得到(dao)廣泛的應(ying)用。它可測(ce)量液🐇體💯、氣(qi)體和蒸氣(qi)的流量,宜(yi)測中小管(guan)徑(DN4～250)的流量(liang)。壓🏃♂️力損失(shi)小且恒定(ding),測量範圍(wei)比較寬,量(liang)程比1:10,工作(zuo)可靠且刻(ke)度線性,使(shi)用維修方(fang)便,對儀表(biao)前後直管(guan)段長度要(yao)求不高。其(qi)測量精度(du)爲±2%左右🐉,受(shou)被測液⚽體(ti)的密度、粘(zhan)🧑🏽🤝🧑🏻度、純淨度(du)以及溫度(du)、壓力的影(ying)響,也受🤟安(an)裝垂直度(du)⛱️的影響。玻(bo)璃管浮子(zi)流量計結(jie)構簡單,成(cheng)本低,易制(zhi)成防腐蝕(shi)性儀表,但(dan)其強度低(di)。金屬管浮(fu)子流量計(ji)可輸出标(biao)準信号,耐(nai)高壓,能實(shi)現流量的(de)指示、積算(suan)、記🔅錄✍️、控制(zhi)和報警等(deng)多種功能(neng)。
1.1 原理及結(jie)構
1.1.1 沖量定(ding)理及應用(yong)
設一物體(ti)的質量爲(wei)m,作用其上(shang)的力爲F,實(shi)際上流體(ti)的速度v,物(wu)體變化路(lu)程爲L。那麽(me)根據沖量(liang)定理可推(tui)出
1.1.2 測量原(yuan)理及結構(gou)
如果将阻(zu)擋體置于(yu)直立且具(ju)有錐度(上(shang)大下小)的(de)管道中,就(jiu)形成轉子(zi)式的流量(liang)計,它的工(gong)作原理如(ru)圖1所示。
當流量(liang)增加時,轉(zhuan)子接受流(liu)體自下而(er)上的沖力(li)将增加,因(yin)而被沖向(xiang)上方,一到(dao)達上面,由(you)于流通截(jie)面🌈增加✌️,流(liu)速減小🚶♀️,沖(chong)力也随🔴之(zhi)減小。當沖(chong)力和差壓(ya)對轉子截(jie)🈲面構成的(de)作用力以(yi)及粘滞摩(mo)擦力等的(de)合力與轉(zhuan)子本身在(zai)流體中重(zhong)量相等時(shi),轉子即處(chu)于一平衡(heng)狀态,不再(zai)上升或下(xia)降,這個位(wei)置就表示(shi)新的流量(liang)值。
1.2 計算公(gong)式
設轉子(zi)的顯示重(zhong)量爲Wf(N),流體(ti)對轉子的(de)作用力爲(wei)F(N),錐形管🧡與(yu)轉子間環(huan)形截面爲(wei)Sa(m2),轉子處最(zui)大截面積(ji)爲㊙️Sf(m2),轉子體(ti)積🏃🏻Vf(m3),轉子密(mi)度爲ρf(Kg/m3),轉子(zi)長度爲L(m),流(liu)體介質的(de)密度爲ρ(Kg/m3),重(zhong)力加速度(du)爲g(m/s2),則
式中(zhong):qm—爲質量流(liu)量;qv—爲體積(ji)流量;ψ—爲流(liu)量系數。ψ與(yu)轉子✂️形狀(zhuang)和雷諾數(shu)有關,Sa與轉(zhuan)子高度有(you)關。錐管形(xing)轉子流量(liang)計轉子的(de)幾何🔱形狀(zhuang)和選用的(de)材料及被(bei)測流體一(yi)定🐪時,式(2)等(deng)❌式右邊平(ping)方根内的(de)值爲一常(chang)數。當雷諾(nuo)數大于一(yi)定的界限(xian)值時,ψ爲一(yi)常數♻️,這樣(yang)qm正比于Sa。
1.3 不(bu)同測量介(jie)質的換算(suan)方法
在實(shi)際使用轉(zhuan)子流量計(ji)過程中,由(you)于被測物(wu)體的🏃物性(xing)🐆(密度、粘度(du)等)和狀态(tai)(溫度、壓力(li)等)與實驗(yan)流體的物(wu)性和狀态(tai)💋不同,所以(yi)必須對測(ce)量儀表進(jin)行刻度換(huan)算和粘度(du)修正,以保(bao)證精🐉确度(du)。
1.3.1 液體流量(liang)測量的刻(ke)度換算
通(tong)常測量液(ye)體的轉子(zi)流量計的(de)刻度,都是(shi)用水在20℃,1個(ge)♌大氣壓下(xia)标定的。按(an)照下式進(jin)行刻度換(huan)算:
式中:Q1—标(biao)定時水的(de)體積流量(liang);Q2—使用時被(bei)測液體的(de)體積流量(liang);ρf—轉子的材(cai)質密度;ρ1—标(biao)定時的水(shui)密度;ρ2—使用(yong)時的被測(ce)液體密度(du);a1—水的流量(liang)系數;a2—被測(ce)粘性液體(ti)的🛀🏻流量系(xi)⛹🏻♀️數。
當被測(ce)液體的密(mi)度和水的(de)密度不同(tong)但是兩者(zhe)粘度系數(shu)相差甚微(wei),即可忽略(lue)粘度變化(hua)對流量系(xi)數造成的(de)影🌈響,a2/a1可以(yi)當作1來計(ji)算。
1.3.2 氣體流(liu)量測量的(de)刻度換算(suan)
測量氣體(ti)的浮子流(liu)量計通常(chang)都是在低(di)壓、恒溫20℃狀(zhuang)态下用壓(ya)縮空氣進(jin)行标定的(de),然後💁在換(huan)算到标準(zhun)絕對壓力(li)爲101325Pa、溫度爲(wei)20℃時的流量(liang)值對🚶♀️儀表(biao)刻度。當儀(yi)表用來測(ce)量某一工(gong)作狀态下(xia),任意一種(zhong)🔅氣體的體(ti)積流量時(shi),需🐉将儀表(biao)所示刻度(du)值換算爲(wei)工作🆚狀态(tai)的實📞際流(liu)量值。于氣(qi)體,可以按(an)照下面公(gong)式換算:
式(shi)中:Qn—标定空(kong)氣在pn,Tn狀态(tai)下的體積(ji)流量,即儀(yi)表刻度流(liu)♋量值;Q—被測(ce)☁️氣體由P,T狀(zhuang)态下的體(ti)積流量,即(ji)儀表刻❤️度(du)流量值;pn=101325Pa,Tn=293.15k(标(biao)準狀态下(xia)的絕對壓(ya)力和溫度(du));p,T—被測氣☂️體(ti)在工作狀(zhuang)态下的絕(jue)對壓力和(he)熱力學溫(wen)度;PnZn—分别爲(wei)标定空氣(qi)在pn,Tn狀态下(xia)的密度和(he)壓縮系數(shu);ρ,Z—分别爲标(biao)定空氣p,T在(zai)狀态下的(de)密度和壓(ya)縮系👨❤️👨數。
當(dang)被測氣體(ti)的濕度較(jiao)大時,應考(kao)慮水分含(han)量的影響(xiang),氣體密度(du)ρ按下式計(ji)算:
ρ=ρg+Фρsmax
式中:ρg—爲(wei)測量條件(jian)下幹燥氣(qi)體密度;Ф—爲(wei)測量條件(jian)下❗相對濕(shi)度;ρsmax—爲測量(liang)條件下飽(bao)和水汽的(de)密度。
1.4 金屬(shu)管轉子流(liu)量計
金屬(shu)管轉子流(liu)量計與玻(bo)璃轉子流(liu)量計具有(you)相同的測(ce)量原理,不(bu)同的是🚩其(qi)錐管由金(jin)屬制成,這(zhe)樣不僅耐(nai)高溫、高壓(ya),而且能選(xuan)擇适當的(de)材質👅以适(shi)㊙️合各種腐(fu)蝕性介質(zhi)的流㊙️量。流(liu)量計采用(yong)可變面積(ji)式測量原(yuan)理,應用現(xian)代技⛷️術手(shou)段及元件(jian)和器件。流(liu)量計主要(yao)由三大基(ji)本部分組(zu)成:測量管(guan);錐形浮子(zi)或靶式浮(fu)子;指示器(qi)。浮子的位(wei)移量與流(liu)量的大小(xiao)成比例,通(tong)過磁耦合(he)系統🌈,以不(bu)同接觸方(fang)式,将浮子(zi)位移量傳(chuan)🤞給指示器(qi)指示出流(liu)量的大小(xiao)。也可🌈配裝(zhuang)不同的轉(zhuan)換器,将流(liu)量值轉換(huan)成标準的(de)電遠傳信(xin)号,從而實(shi)現遠距離(li)顯示、記錄(lu)、積算和控(kong)制功能。金(jin)屬管轉子(zi)流量計在(zai)指示🍓器的(de)設計上可(ke)以爲各種(zhong)應🥵用場合(he)提供可靠(kao)适用💋的功(gong)能組合,如(ru)現場指針(zhen)顯示、LCD顯🍉示(shi)瞬時和累(lei)計流量等(deng)。在指示器(qi)供電選擇(ze)方面有電(dian)池供💃🏻電、24VDC供(gong)電、220VAC供電,方(fang)式根據現(xian)場情況選(xuan)擇。
1.5 選型計(ji)算
在選型(xing)過程中,可(ke)以根據前(qian)面介紹的(de)計算公式(shi)和相關設(she)⛷️計樣本來(lai)确定轉子(zi)流量計的(de)型号。本文(wen)以轉子流(liu)量計爲✏️例(li),介紹如何(he)根據計算(suan)公式來确(que)定轉子流(liu)量計的型(xing)号。
已知測(ce)量介質爲(wei)液體,最大(da)流量爲:Qmax=30m3/h,常(chang)用流量最(zui)小⛱️值Qmin=10m3/h,粘度(du)μy=3.1×10-5pags,密度ρy=810kg/m3,常用(yong)壓力py=0.49MPa,常用(yong)溫度ty=150℃。根據(ju)條件選出(chu)合适的浮(fu)子📧流量計(ji)的口徑及(ji)浮子号。
選(xuan)擇11Cr18Ni9Ti材質的(de)浮子,其密(mi)度爲780kg/m3。水在(zai)工作狀态(tai)時的密度(du)爲🏃🏻♂️954kg/m3,則根🈲據(ju)公式(3)可以(yi)得到
代入(ru)最大流量(liang)Qmax=70m3/h和常用流(liu)量最小值(zhi)Qmin=20m3/h可以求得(de)水的🌈流量(liang)範圍⛹🏻♀️Qsmax=66.6m3/h,Qsmin=22.2m2/h。
通過(guo)查詢KF10的轉(zhuan)子流量計(ji)規格表,可(ke)以得知選(xuan)擇口徑DN100,浮(fu)子号🔞K10.2,材質(zhi)1Cr18Ni9Ti。
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