V锥流量计的应用与优势
时间：2011-07-06 阅读：2202
V型锥流量计是以一个同轴安装在测量管内的尖圆锥体为节流件的新型差压式流量测量装置。它是一种基于文丘里管测量原理，并集经典文丘里管、环形孔板和耐磨孔板优点于一体的新型节流装置。
一、测量原理
V锥流量计是由V锥传感器和差压变送器组合而成的一种差压式流量计，可测量宽雷诺数（8×103≤Re≤5×107）范围内各种介质的流量。其测量理论是：由于实际流体都具有粘性，不是理想流体，当其在管道中流动时，在充分发展管内流动的前提下，具有层流和紊流两种流动状态。根据连续流动的流体能量守恒原理和伯努力方程：对于以层流状态流动的流体，其流速分布是以管道中心线为对称的一个抛物面，流体通过一定管道的压力降与流量成正比；对于紊流状态流动的流体，其流速分布是以管道中心线为对称的一个指数曲面，流体通过一定管道的压力降与流量的平方成正比。
V锥传感器是在测量管中安装与管道中心线同轴的V锥体。该传感器的测量管和V锥体是经过设计、精密加工的。流体在测量管内流经V锥体时，在V锥体前重新形成流态局部收缩，流速增大，静压下降，在V锥体前后产生压差△P。在上游管壁（流体收缩前）处测得高压（静压）PH，在V锥体朝下游端面的中心轴处开取压口取得低压PL（静压），如下图所示:
V锥传感器是在测量管中安装与管道中心线同轴的V锥体。该传感器的测量管和V锥体是经过设计、精密加工的。流体在测量管内流经V锥体时，在V锥体前重新形成流态局部收缩，流速增大，静压下降，在V锥体前后产生压差△P。在上游管壁（流体收缩前）处测得高压（静压）PH，在V锥体朝下游端面的中心轴处开取压口取得低压PL（静压），如下图所示:
其中：β——等效直径比 ρ——流体工况条件下的密度
D——管道内径 K——K系数（与节流件形式（流束收缩系数）、直径比、取压方式、雷诺数及管道粗糙度等有关系） d——V锥节流元件的zui大横截面处的直径 ε——气体膨胀系数（对于不可压缩液体，ε=1） qv——体积流量
D——管道内径 K——K系数（与节流件形式（流束收缩系数）、直径比、取压方式、雷诺数及管道粗糙度等有关系） d——V锥节流元件的zui大横截面处的直径 ε——气体膨胀系数（对于不可压缩液体，ε=1） qv——体积流量
二、技术参数
1、 精度等级：±0.5％（差压流量变送器精度应高于0.2级，含0.2级）,（β：0.45～0.85，当β<0.55，量程比4∶1时，精度等级：≤0.30）
2、重复性：0.1%
3、工作压力：0～40MPa（有多个压力等级可供选择）
4、工作温度：-40－850°C
5、环境温度：-40－65°C
6、安装直管段要求：前0-3D直管道、后0-1D直管段
7、量程比宽：通常为10∶1，选择合适的参数可达到50∶1
8、压损小：同样的β值，压损是孔板1/3－1/5
9、口径:15mm～2000mm
2、重复性：0.1%
3、工作压力：0～40MPa（有多个压力等级可供选择）
4、工作温度：-40－850°C
5、环境温度：-40－65°C
6、安装直管段要求：前0-3D直管道、后0-1D直管段
7、量程比宽：通常为10∶1，选择合适的参数可达到50∶1
8、压损小：同样的β值，压损是孔板1/3－1/5
9、口径:15mm～2000mm
10、适用介质：V锥流量传感器广泛地应用于市政、电力、化工、石油化工、冶金、食品加工等行业中流体的流量测量，几乎适用于所有气体、液体介质。
V型锥流量计可以成功测量的流体
1．气体
煤气：焦炉煤气、高炉煤气、城市煤气
天然气：包括含湿量５％以上的天然气
各种碳氢化合物气体：烷烃类，烯烃类等气体
各种气体制造：氢、氦、氩、氧、氮气等
腐蚀性气体：湿的氯化物气体等
空气：包括含水，含尘埃的空气、压缩空气等
烟道气：各种锅炉、加热炉排放的烟道气
煤气：焦炉煤气、高炉煤气、城市煤气
天然气：包括含湿量５％以上的天然气
各种碳氢化合物气体：烷烃类，烯烃类等气体
各种气体制造：氢、氦、氩、氧、氮气等
腐蚀性气体：湿的氯化物气体等
空气：包括含水，含尘埃的空气、压缩空气等
烟道气：各种锅炉、加热炉排放的烟道气
2．蒸汽
饱和蒸汽、过热蒸汽
饱和蒸汽、过热蒸汽
3．液体
油类：原油、燃料油、含水乳化油、柴油等
水：原水、饮用水、生产水、污水等
各种水溶液：酸、碱、盐水溶液等
有机物化学品：甲醇、乙二醇、二甲苯等
油类：原油、燃料油、含水乳化油、柴油等
水：原水、饮用水、生产水、污水等
各种水溶液：酸、碱、盐水溶液等
有机物化学品：甲醇、乙二醇、二甲苯等
4．特殊流体
油＋HC气＋沙
加气的水：H2O+N2+空气；H2O+CO2等
油＋HC气＋沙
加气的水：H2O+N2+空气；H2O+CO2等
三、性能特点
1.安装直管段要求低
上游直管：0－3D；下游直管：0－1D。
在实际安装时管道内流体的流态很少是理想的。如果流量计安装在流体流动不能充分发展的管路上，例如弯头，阀，缩管或扩管，三通节头等都会对流动的发展产生干扰，如果没有足够的上下游直管段对管内流态进行整型，管道内流速分布会发生畸变或者产生旋涡，流速分布偏离典型的抛物面和指数曲面，用别的流量计技术测量，可能会产生很大的实质性误差。
由于V锥流量传感器的外形和中心安装位置的特点，它直接与流动的高流速区域产生相互作用，V锥体迫使高流速区域与靠近管壁的低流速混合，流体接近锥体时流态变得"扁平"朝着充分发展的流态形状发展，可以在锥体上游重新形成流态，从而使用V锥传感器比其他流量测量仪表只需要更短的直管段就能在管内形成充分发展的流动。流体在接近V锥体流动时可以产生扁平的流态分布，因此与其他其它差压仪表相比，对上游的干扰因素更能发挥整形作用。V锥上游直管：0－3D；下游直管：0－1D。这对那些大口径，费用昂贵的管路用户，或较短运行管路的用户带来好处。有些特殊条件，例如单个或双个弯头不在同一平面或接近仪表上游，在这种情况下V锥仍然可以产生扁平流态。这意味着当不同流态接近锥体时，始终会产生一个可预测的流态，保证仪表地测量。
2、量程比很宽
可以测量较低雷诺数范围（Re≥8000）的流量（小流量）。典型量程比是10∶1，选择合适的参数，可以做到50∶1。由于V锥体是悬挂在管道的*，它直接与高流速区域产生相互作用，迫使高流速区域与靠近管壁的低流速混合；当流量减小时，V锥继续与管道内的zui大流速产生相互作用，在其它差压仪表可能检测不出差压信号时，V锥传感器仍然能够产生差压信号（当雷诺数低到8000时，传感器还可以产生差压信号）。这是V锥流量计在检测小流量时的一个zui大优点。
3、高精度
V锥传感器的一次元件精度为±0.5%。流量测量的系统精度取决于V锥传感器的精度等级和差压变送器、二次仪表的精度等级等。
上游直管：0－3D；下游直管：0－1D。
在实际安装时管道内流体的流态很少是理想的。如果流量计安装在流体流动不能充分发展的管路上，例如弯头，阀，缩管或扩管，三通节头等都会对流动的发展产生干扰，如果没有足够的上下游直管段对管内流态进行整型，管道内流速分布会发生畸变或者产生旋涡，流速分布偏离典型的抛物面和指数曲面，用别的流量计技术测量，可能会产生很大的实质性误差。
由于V锥流量传感器的外形和中心安装位置的特点，它直接与流动的高流速区域产生相互作用，V锥体迫使高流速区域与靠近管壁的低流速混合，流体接近锥体时流态变得"扁平"朝着充分发展的流态形状发展，可以在锥体上游重新形成流态，从而使用V锥传感器比其他流量测量仪表只需要更短的直管段就能在管内形成充分发展的流动。流体在接近V锥体流动时可以产生扁平的流态分布，因此与其他其它差压仪表相比，对上游的干扰因素更能发挥整形作用。V锥上游直管：0－3D；下游直管：0－1D。这对那些大口径，费用昂贵的管路用户，或较短运行管路的用户带来好处。有些特殊条件，例如单个或双个弯头不在同一平面或接近仪表上游，在这种情况下V锥仍然可以产生扁平流态。这意味着当不同流态接近锥体时，始终会产生一个可预测的流态，保证仪表地测量。
2、量程比很宽
可以测量较低雷诺数范围（Re≥8000）的流量（小流量）。典型量程比是10∶1，选择合适的参数，可以做到50∶1。由于V锥体是悬挂在管道的*，它直接与高流速区域产生相互作用，迫使高流速区域与靠近管壁的低流速混合；当流量减小时，V锥继续与管道内的zui大流速产生相互作用，在其它差压仪表可能检测不出差压信号时，V锥传感器仍然能够产生差压信号（当雷诺数低到8000时，传感器还可以产生差压信号）。这是V锥流量计在检测小流量时的一个zui大优点。
3、高精度
V锥传感器的一次元件精度为±0.5%。流量测量的系统精度取决于V锥传感器的精度等级和差压变送器、二次仪表的精度等级等。
4、重复性好
V锥传感器的重复性优于0.1%
V锥传感器的重复性优于0.1%
5、V锥传感器耐磨损，传感器长期稳定性能好
由于V锥体的外形是收缩流体，在锥体表面产生真空效应，不会对突变表面产生撞击，沿锥体表面形成分界层，引导流体离开β边。这意味着β边不会遭到脏污流体的磨损，因此β系数保持不变，V锥传感器具有长期稳定性能好的特点。但是孔板等节流元件的锐边常受到磨损，β系数发生变化而影响检测的稳定性。
6、信号稳定性好
差压检测一般都有"信号波动"，即使在流量稳定情况下，一次元件产生的信号也会由于干扰而有一定的波动。例如孔板流量计，在孔板后面会形成长长的涡流，这种长的涡流会产生高振幅，低频率孔板信号，干扰流量计的读数。对于V锥传感器，流体通过V锥，在V锥体后面形成短的涡流，产生低振幅，高频率信号，转换成稳定的V锥信号。其信号波动是孔板的1/10。见下图：V锥和孔板信号。
7、*压力损失小
因为流体对突变V锥的平滑表面没有撞击，因此V锥传感器的*压损比孔板低。同样，由于V锥信号的稳定性，同样流量的满量程V锥差压信号比其它差压仪表低。这样可以降低*的流体压损。同样的β值，其压损是孔板的1/3～1/5。
因为流体对突变V锥的平滑表面没有撞击，因此V锥传感器的*压损比孔板低。同样，由于V锥信号的稳定性，同样流量的满量程V锥差压信号比其它差压仪表低。这样可以降低*的流体压损。同样的β值，其压损是孔板的1/3～1/5。
8、V锥体β系数计算范围宽：由于V锥传感器的V锥*的几何形状，使得它的β系数范围宽，标准的β系数范围：0.45, 0.55, 0.65, 0.75, 0.85。
9、V锥传感器不堵塞，不粘附，无任何滞留死区，特别适用于脏污介质的流量测量：由于V锥传感器是基于流体流过V锥"一扫而过"的设计理念，不可能在管内有流体中的颗粒、残渣、凝结物沉积的滞留区域。它具有自清洁的功能，适用于脏污流体的流量测量，比如：焦炉媒气、高炉媒气、原料油、渣油等。
10、可以测量高温高压的介质：工作温度zui高850℃，zui大压力40MPa。
11、规格齐全，安装方式灵活：可选择法兰式、对夹式、直接焊接式等。管径尺寸从15mm～2000mm。