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4.3 浮子流量计

浮子流量计主要用于中低流速液体、气体流量测量,包括玻璃管浮子流量计和金属管浮子流量计。其测量过程中保持浮子前后压降恒定,通过改变流通面积实现流量测量,故又称为恒压降流量计、变面积流量计或转子流量计。

4.3.1 浮子流量计的工作原理

浮子流量计可分为锥管浮子流量计和孔板浮子流量计。以前者为例,如图1-4-1所示,主要由一根垂直向上扩张的锥形管和一个置于其中可上下自由移动的浮子组成。当流体自下而上流动时,推动浮子向上移动,流通面积增大,流速减小,压差阻力减小,在一定高度 h 时,浮子所受压差阻力、浮力和自身重力达到平衡。其流量公式为

图1-4-1 锥管浮子流量计示意图

式中 r ——浮子的最大半径;

φ ——锥形管的倾斜角;

V ——浮子的体积;

α ——与浮子几何形状和雷诺数有关的流量系数;

ρ f ——浮子材料密度;

ρ ——流体的密度;

A f ——转子最大的截面积。

孔板浮子流量计如图1-4-2所示。直管中嵌入一块孔板,锥形浮子在其中上下移动,将锥管的内锥体改为浮子的外锥体,利于机械加工。其工作原理与锥管浮子流量计类似。

图1-4-2 孔板浮子流量计示意图

4.3.2 浮子流量计的分类

根据用户的不同用途、要求和使用场合,浮子流量计可分为:

①按传感器工作方式分为锥管浮子流量计和孔板浮子流量计;

②按锥形管材料分为透明锥管浮子流量计和金属管浮子流量计,前者主要为玻璃管浮子流量计;

③按输出信号分为现场指示型和远传型,后者包括电远传和气远传;

④按被测流体分为液体、气体和蒸汽用浮子流量计;

⑤按用途分为普通型、防爆型(包括隔爆型和本安型)、夹套保温型、耐腐蚀型、吹流型;

⑥按流体通过流量计的量分为全流型和分流型。

4.3.3 浮子流量计的主要特点

①金属管浮子流量计可靠性高,成为过程控制中最常使用的流量计仪表。

②适用于小管径和低流速。若管道内流速较高,则一般要选择大一级口径的流量计。

③压力损失较低且固定。

④对上游直管段要求较低。

⑤有较宽的量程范围,一般为10: 1;特殊结构可扩展,如同一台表中放两只形状和重量不同的浮子,范围度可扩展到50~100,又如双涵道浮子流量计产品已达到750: 1。

⑥若使用介质和厂家标定介质不同,气体时刻度状态与使用状态不同,均需要进行刻度换算。

⑦玻璃管浮子流量计结构简单,使用方便,价格低廉,适合于只需就地指示场合,但耐压低、易碎;金属管型无此缺点,且可远传,但价格较高。

4.3.4 浮子流量计的选用

(1)选型

①若只是现场指示,则首先考虑价格低廉的玻璃管浮子流量计,如果可靠性、温度、压力等不能满足要求,则选择就地指示型金属管浮子流量计;若需要远传信号则选择电远传金属管型;若有防爆要求,则可选择防爆型电远传金属管型或气远传型。

②流量范围。根据实际介质密度和使用状态选择流量计的流量范围,进行刻度换算。

由于实际测量介质和厂家标定介质不同,气体介质时状态不同,均需要对浮子流量计进行刻度换算。

液体流量时仅需考虑介质不同,流量公式为

式中 q 0 ——刻度状态下标定介质(水)的体积流量;

q 1 ——实际运行状态下被测介质的体积流量;

ρ 0 ——刻度状态下标定介质的密度;

ρ 1 ——实际运行状态下被测介质的密度;

ρ f ——浮子密度;

K ρ ——液体密度修正系数;

气体时,需要考虑介质不同和状态不同的修正,

式中 q 0 ——刻度状态下标定介质(干空气)的体积流量;

q 1 ——实际运行状态下被测介质的体积流量;

ρ 0 ——刻度状态下标定介质的密度;

ρ 1 ——实际运行状态下被测介质的密度;

ρ 01 ——被测介质刻度状态下的密度;

p 0 ——刻度状态下标定介质的绝对压力;

p 1 ——实际运行状态下被测介质的绝对压力;

T 0 ——刻度状态下标定介质的温度;

T 1 ——实际运行状态下被测介质的温度。

气体常用密度修正系数 K ρ 、压力修正系数 K p 、温度修正系数 K T 分别见相应修正表。

③结构形式。根据现场安装环境的要求,选择浮子流量计的结构形式,可以分为以下六种:下进上出型、下进上横出型、左进右出型、右进左出型、同侧进出、异侧进出。其结构示意图分别如图1-4-3(a)~(f)所示。由于浮子流量计的工作原理是基于浮子上下移动的位置进行流量测量的,因此尽量选用竖直安装下进上出型。

图1-4-3 浮子流量计结构形式

④根据实际工况在基型基础上选择夹套型、阻尼型、高温型、高压型等特殊型号,满足特殊要求;根据黏度情况选择浮子形状或选择带黏度修正的产品。

(2)安装

①流量计必须垂直安装在无震动的管道上,流体自下而上流过锥管。锥管倾角不应超过5°,对于1.5级以上精度仪表,则不应超过2°,若倾角为12°,则会产生1%的附加误差。

②为了方便检修和更换流量计以及清洗测量管道,建议按照图1-4-4安装,流量计上游用开关阀,下游用控制阀。

图1-4-4 管路安装示意图

③对于脏污流体,应在流量计上游入口处安装过滤器,带磁性耦合的金属管型用于测量含铁磁性杂质流体时,需在仪表前安装磁过滤器。可以设置冲洗配管定时冲洗,防止浮子和锥管被污染而影响测量值。

④有可能产生倒流的管路,应在流量计下游安装单向阀。

(3)应用

①浮子流量计正确安装完毕后,使用时应缓慢开启上游开关阀至全开,然后调节下游控制阀调节流量;停止时应先缓慢关闭上游开关阀,再关闭下游控制阀。

②使用过程中应正确读数,一般按照浮子的最大直径对应读数。

③及时清洗受到污染的锥管和浮子,以免影响测量精度。

④测量液体时,必须排尽锥管内的气体。

⑤如果被测流体的参数(如密度、温度、压力和黏度等)与流量计刻度状态不同,则需要进行刻度换算。 96HDET80Tuk7w2hCiJzjwz/vG7etQgcrY7KOPzQU14v9+x0qWCgWe+Wc7XKfH4GJ

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