1 概述
空氣流量計屬于差壓式流量計裝置,廣泛適用于電力、熱力、冶金、鋼鐵北工、機械、紡織、造紙、制藥、食品、公用事業等行業的液體、氣體和蒸汽的流量測量。
空氣流量計是由空氣傳感器,主機表,差壓變送器及一些配套的管道閥門組件組成。當流量測量需要對介質進行密度補償時,還配備壓力變送器,溫度變送器,溫度傳感器等其它配件(即溫壓補償)。
空氣流量計能在Ф10~Ф2000mm的大范圍管道中的測量各種流體的流量,其傳感器可耐高溫,高壓,可在潮濕,粉塵,振動等各種惡劣的環境中正常工作。因此,該流量計可以滿足各種工業現場,用于長期監測流量的測量裝置使用。
空氣流量計沒有插入元件,無附加阻力損失,結構簡單,安裝方便,基本沒有維護量,是一種典型的節能降耗型產品。
2 工作原理
理論研究和大量的試驗研究表明,流體在管道中流動,在流經空氣時,由于彎曲管壁的導流作用,使流體在流進空氣時其內側側流速會逐漸增大.而外側流速卻逐漸減小,這就形成了各個過流斷面的梯形速度分布,且這種梯形速度分布狀態在空氣45°截面處達到極限狀態。在流出空氣側流動過程則與上述過程相反。空氣45°截面各質點流速分布如圖1所示。
根據質量守恒定律、能量守恒定律和動量矩守恒定律,流體在管道中流動時,在相同過流斷面各元流質點的能量不變,但由于各質點流速的變化(內側大、外側小)就形成了空氣的內外側壓差△P。這個壓力差在45°截面時達到zui大,zui穩定。且45°空氣斷面的流體平均流速v與壓差△P的對應關系符合平方比例關系,流體流過空氣時的流量系數與空氣的幾何結構尺寸(空氣半徑R和內徑D)有密切關系,即流量系數α=f(R.D)。由以上分析可知空氣傳感器的幾何結構尺寸確定之后,只要測取流體流經空氣45°截面的外側、內側的壓差△P和流體的密度ρ就可以確定流體的平均流速v。數學表達式:
式中 α(R.D)——流量系數;
△P——45o截面的的外側、內側的壓差;
D —— 空氣內徑;
R —— 空氣彎曲半徑;
ρ —— 流體密度。
根據管道流體速度與流量的關系就可以得到以下流量Q計算公式:
3 基本特點
(1)無附加阻力損失。空氣傳感器是用機加、鑄造或其它方式加工而成的幾何結構尺寸精密的90°標準彎頭,在實際流量測量工作中,只要用空氣傳感器代替原來管道上的彎頭即可進行流量測量。由于空氣傳感器本身就是一個90°標準彎頭,沒有任何插入件或截流件,因此在測量過程中不會對被測流體造成附加阻力損失,可節省流體輸送的動力消耗,降低運行費用,對于那些系統壓力低、管徑大、流量大的應用場合更具有特殊的使用意義。
(2)安裝方便、耐磨損、免維護。作為一次測量元件的空氣傳感器可以采用直接焊接法安裝在管道上,一次焊接完成后再也不存在泄漏等令人頭痛的問題,這就是空氣傳感器的免維修的特點。需要強調的是空氣流量傳感器之所以采用焊接法安裝,其前提條件是空氣傳感器對磨損不敏感,長期運行的微量磨損對空氣傳感器的測量性能影響甚微,這一點與焊接式孔板有著根本性的區別。
(3)適應性強、量程范圍寬、直管段要求不嚴格_空氣傳感器可以在高溫、高壓、粉塵、振動、潮濕及其它環境惡劣,安裝條件極差的現場中正常使用。如采用耐腐蝕材料(如:不銹鋼、工程塑料。玻璃、陶瓷等)制造的空氣傳感器則可測量各種腐蝕件介質的流量。
空氣傳感器量程范圍寬包括以下兩個方面,一是它可適用于小到十毫米、大到幾千毫米的管徑變化;二是它能適用于介質在管道內的流速為0.2m/s~12m/s(測量液體介質)和5~160m/s(測量蒸汽或氣體介質)的寬量程范圍,且都能滿足精度要求。
直管段要求低也屬于適應性強的范疇,前五(5D)后二(2D)已能充分滿足其對直管段的要求,在必要時甚至還可降低要求,其測量系統也可達到相當高的測量準確度。
(4)價格適中,使用壽命長。由于空氣傳感器結構簡單,便于成批量生產,其價格與其它類型的流量傳感器相差無幾,且管徑越大,價格相對越低;由于其耐溫、耐壓、耐腐蝕、耐磨損、耐振動性能好,且微量磨損對傳感器測量精度影響很小,因此傳感器壽命和管道壽命相同。
(5)測量精度高、重復性好。空氣流量計系統測量精度高達1.5%,重復性精度則高達0.2%。由于空氣傳感器一次安裝后,不再需要重復拆裝,因此其安裝精度也能得到*的保證。
4 應用使用情況
熱電廠二級網供水流量不僅是運行監視參數,而且是熱量計量的一個重要參數。建廠初期設計采用了渦街流量計,但由于現場大型設備及管道震動等干擾因素,對采集頻率信號的渦街流量計影響很大,測量精度無法保證,給熱量計量帶來很大困難。鑒于此,去年我們改造更換了一臺空氣流量計。一年多的考察,空氣流量計以其無附加壓力損失值管段要求短、量程范圍寬、耐磨損、抗*力強、運行穩定可靠等優點,在滿足了計量需要的同時,收到了良好的經濟效益。以減少壓力損失30KPa,正常流量在4000t/h為例,一個采暖期即可節約資金3.6萬元。
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