弯管流量计原理及测量机械

　　弯管流量计原理

　　弯管流量计与传统的孔板流量计一样同属于差压式流量计的范畴，只是弯管流量计产生差压的方式与孔板流量计不同，孔板是利用流体的缩放原理产生差压的，而弯管传感器是利用流体的惯性原理产生差压的。它继承了差压式流量计结构简单、性能稳定、测量精确的优点，又克服了差压式流量计压力损失大、容易堵塞、维护困难等缺点。弯管流量计以其突出的节能效果、高稳定性、高准确性、高适应性，在热力、热电、冶金、石化行业的蒸汽、煤气、天然气、冷热水、油、空气、乙炔、硫化氢、二氧化碳两相流等介质测量中迅速推广。

　　弯管流量计是利用流体的惯性原理进行流体测量的。当流体通过弯管传感器(90°标准几何弯管)时，由于流体受到弯管的束缚，被迫在弯管中做类似圆周运动(强制旋流)而产生离心力。该离心力的大小与流体速度，质量(密度)，弯管的曲率半径等条件有关。离心力的作用使流体对弯管内、外侧产生压力差，该压力差在45度洁面时达到最大最稳定。因此在弯管内、外两侧中心水平线45度处，各开一个取压孔，利用差压变送器测出此差压值，就可以计算出流体的流量值。

　　弯管流量计性能特点

　　1、结构简单，无附加压力损失，节约能源。

　　2、准确度高，精度1.0～1.5级;重现性好，重现精度0.2%，量程范围宽。

　　3、对测量介质的适应性好，满足高温、高压、腐蚀条件差，气、汽、液流体的测量。

　　4、直管段要求低，前5D后2D;直接焊接安装，不会产生泄漏问题。

　　5、稳定性好，耐磨损，免标定，维护简便，具有长周期高精度运行特点。

　　6、适应复杂环境，对高温、粉尘、潮湿、振动、电磁场等不利因素不敏感。

　　7、性能价格比优越，使用寿命长。

　　弯管流量计测量

　　流体在流经弯管时，由于弯曲管壁的导流作用，使流体在流进弯管时其内侧流速会逐渐增大，而外侧流速却逐渐减小，这就形成了各个过流断面的近似梯形速度分布，且这种梯形速度分布在弯管45°截面处达到极限状态。弯管45°截面各质点流速分布如图1所示。

　　由于流体流经弯管流量计过程的复杂性，致使我们不可能用通常的理论方法推导出一个简单的数学表达式，而只能借助于量纲分析的方法建立一个涵盖全部可能影响因素而形式上复杂的数学表达式。根据量纲分析原理：流过弯管流量计流体的平均流速v与弯管内、外侧压力差Δp的关系可以用欧拉数Eu表示：

　　式中：Re为雷诺数;Fr为费劳德数;Ma为马赫数;R/D为弯径比;L1、L2为前后直管长度;(λ1，λ2)表示外侧取压孔位置;(λ3，λ4)表示内侧取压孔位置;Δ为管道内壁粗糙度;β1、β2为前后直管段与弯管的夹角。

　　根据欧拉数Eu的定义，上式可以进一步改写为：

　　式(3)建立了流体流过弯管流量计的工作原理表达式，根据欧拉数Eu的定义，弯管流量计工作原理可以表述为：流过弯管流量计的流体动能(ρν2)与弯管内外侧的压力差(Δp)具有比例关系。其比例系数(流量系数)α是雷诺数、费劳德数、马赫数、弯径比、前后直管段长度、取压孔(内、外侧)位置、直管段与弯管的连接角度、弯管内表面的粗糙度等影响因素的函数。

　　式(4)给出了理论流量系数α的函数表达式，对于该系数的确定可以通过求解包含相关影响因素的纳维—斯托克斯微分方程确定。