V锥流量计

V型锥流量计
一、概述 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
      V型锥流量计（V-coneflowmeter)是20世纪80年代提出一　　　　　　

种新颖差压式流量计，它利用一V型锥体在流场中产生的节流效
应来测量流量。与普通节流体相比，它改变了节流布局，从中心
孔节流改为环状节流。
长期的使用证明，V型锥流量计与一般差压流量计相比，长期精度

高、重复性好、受安装条件局限小、耐磨损、测量范围宽、适合脏
污介质、压损小等…更由于V型锥体本身作为流场的整流器而成为
一种具有独特性能的优异的新型流量计
二、工作原理
       V型锥流量计是一种差压式流量计，它的原理是基于封闭管道

中能量相互转换的伯努利定律。利用流体的连续性方程和伯努利方
程，即可推导出被测流量与输出差压值的数学关系式。连续性方程
是质量守恒定律应用运动流体的一种数学表达式。
       流量方程如下：
　　　　　　　　　　  


　　　　　　　　　　　　　　Q=ky

　　　　　　　　　　　　 Q:流量
                       　△P：差压

　　　　　　　　　　　　k：在介质和流量计确定后为常数
对V型锥流量计来说：
　　　　　　　　　　　
式中：K=仪表系数，无量纲；GC=重力加速度；D=管理内径，


d=锥体外径,β=直径比，无量纲； CD=标定常量系数，无量纲。
实用流量方程为：
　　　　　　　　
                         qm：介质质量流量
                         k1:常数，无量纲
                         D：管道内径
                         C：流出系数
                        y：可膨胀性系数（在非压缩应用时ε=1）
                        ρ：流体密度
                      　△P：差压　　
三、特点
      1、前后直管段要求较短，一般上游只需0至3D，下游只需0至1D。
      2、精度高，差压输出值可实现±0.1% 的重复性。
      3、量程比宽： 15：1
      4、压损小，仅为孔板的1/2-1/3。接近文丘里管
      5、V锥体后缘产生旋涡小，差压输出稳定，波动小。
      6、无杂物滞流，由锥型彻底吹扫式设计所保证。节流面积长期稳定，
信号稳定。
四、主要技术参数
      1、精度等级：0.5～1.0级（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：0.25）
             重复性：±0.1%
      2、工作压力：≤16MPa
      3、工作温度：-40-700°C
      4、环境温度：-40-65°C、       V型锥流量计的环境温度为0-50°C


      5、管道内径：25-3000mm
      6、输出信号：4-20mA
      7、供电电压：24VDC
      8、适用介质：V型锥流量计可测量液体、气体、蒸气及气、液两相介质。
五、产品分类及结构
      依照产品供货范围以及输出信号的不同，V型锥流量计可分为四大类：
1）、V型锥流量传感器（基本型）（图1）
      该产品只提供差压信号的形成部分（节流部分），不提供差压流量变送器
和流量显示部分。输出信号为差压。
　 　　　　　　 　 　　　　   
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（图1）　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（图2）
1、法兰 2、高压取压口 3、低压取压口 4、管道 5、V型锥体
公称通径        25        40        50        80        100        150        200        250        300        400
A（mm）        400        400        420        450        500        600        750        850        960        1000
公称通径        500        600        800        1000        1200        1400        1500        1600        1800        2000
A（mm）        1100        1200        1600        2000        2300        2600        2800        3000        3600        4000
注：V锥体材质为1Cr18Ni9Ti,用户需其它材质时应说明。              
2、V型锥流量变送器（图2）
     该产品提供差压信号的形成部分和差压流量变 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　送器、不提供流量显示部分，输出信号为4-20mA。 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（图3）
注：差压变送器顶部距管壁垂直高度为H：  常温，干净流体时H为300
                加装冷凝器或隔离器时H为500                                 
3、V型锥流量计 （图3）       　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
结构尺寸同V型锥流量变送器                        
该产品提供差压信号的形成部分、差
压流量变送器和流量显示部分。
数码管显示瞬时流量和累积流量，同时可带通迅接口RS485
或RS232。也可应用户要求输出4-20mA信号。
4、V型锥质量流量计（图4）　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（图4）
　        该产品在V型锥流量计的基础上，增加温度和压力补　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
偿，使其直接显示流体的质量流量。
        出厂时在V型锥流量传感器所带的管道上，安装压力
变送器和铂电阻，压力和温度信号输入至流量积算显示部分，  
对体积流量进行补偿计算。　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
六、安装及使用
1、法兰连接型
     V型锥流量计是一段带法兰的直管段，V型锥块置于管内，在工艺管道上焊接同样的法兰，与V型锥流量计组装即可。
     V型锥流量计在垂直管道上安装时，流体应自下而上流动，由于正负取压口不在同一水平面，应对其高度进行必要的修正。
     法兰：HG20592或根据用户要求生产。  取压管：外径：Φ16～22
2、焊接型
     V型锥流量计由于其耐磨性非常好且流体对V型锥体有吹扫作用，使其有自清洁功能 ，所以可以把V型锥流量计做为管道的一部分永久焊于管道中（或相当于插入式）。

涡街流量计的基本结构    在推导频率与流速关系式时，使用了涡街的稳定条件：间隔比h／  ，这说明旋涡产生的频率受到一定的旋涡空间构造影响，而旋涡的空间结构与旋涡发生体的形状有关．    另外，在前面的讨论中，我们还应该注意到：    ①在上述推导过程中，均是在一维流动的条件下的．然而在圆管中的流动，是具有轴对称分布的三维流动．    ②在上流有管道存在的条件下，会有附加的流速分布畸变、旋流、波动等不稳定因素．    上述两点都会对旋涡的稳定性与规律性产生重要的影响．所以，在涡街现象发现以后的很长时间内，一直未能用来进行测量流量，除了信号检测技术以外，上述两点也是重要的原因．为了克服上述因素带来的影响，必须对旋涡发生体形状有一定要求，使管内的旋涡发生体处流动尽量接近二维流动，以控制三维流动中旋涡发生体发出的旋涡相位，使涡线弯曲变得极小．    由此可见，旋涡发生体形状对涡的发出有决定性的影响．    1. 旋涡发生体形状的基本要求    旋涡发生体的形状目前已有很多种式样，但它们必须具有一些相同的基本要求：    ①有钝的(即非流线型的)截面形状――这是产生旋涡的条件；    ②上下截面形状相同，并且左右对称――流动接近二维流动的条件；    ③边界层分离点是固定的——斯特罗哈数St恒定的条件．    同时，旋涡发生体在管道中的安装位置必须严格对称．旋涡发生体上游必须具有10倍D以上的直管，下游必须有5倍D的直管．    2．旋涡发生体的基本结构    旋涡发生体形状有圆柱、三角往、T型柱、四角柱等，以下主要介绍圆柱与三角柱这两种型式。(1)圆柱型旋涡发生体前面关于旋涡理论部分的内容就是以圆柱为例进行讨论的。虽然这种型式使用较早，但严格地说，在高流速下它的斯特罗哈数St并不稳定．因此，人们就将其改进成开狭缝或导压孔形式． 图3－9   圆柱旋涡发生器                       图3－10   电容式三角柱旋涡发生体1－导压孔；2－空腔；3－隔墙；4－铂缘开导压孔的圆柱旋涡发生器如图3－9所示．由于有导压孔存在，当旋涡发出的同时产生的交替升力使流体通过导压孔流动，产生一边吸入，一边吹出的效果．当流体附面层在圆柱表面开始分离时，在吸入一侧，分离被抑制；在吹出一例，分离则被促进发生．这样就可使流体分离点的位置固定下来，也就可以使斯特罗哈数St相对稳定．    （2）三角柱型旋涡发生体    目前采用较多的旋涡发生体是三角柱形的，其形状一般由实验确定．它不仅可以得到比圆柱更强烈的旋涡，而且它的边界层分离点是固定的，即其斯特罗哈数St相对恒定，大约为St＝0．16．这样，涡频与流速的关系为f＝0．16 u／d，其中d为三角柱的底边宽度．形状可见图3－10所示．

涡街流量计的原理    1．卡门涡街的产生与现象    为说明卡门涡街的产生，我们来考虑粘性流体绕流圆柱体的流动．当流体速度很低时，流体在前驻点速度为零，来流沿圆柱左右两侧流动，在圆柱体前半部分速度逐渐增大，压力下降，后半部分速度下降，压力升高，在后驻点速度又为零．这时的流动与理想流体统流圆柱体相同，无旋涡产生，如图3—7a所示．    随着来流速度增加，圆柱体后半部分的压力梯度增大，引起流体附面层的分离，如图3—7b所示．当来流的雷诺数Re再增大，达到40左右时，由于圆柱体后半部附面层中的流体微团受到更大的阻滞，就在附面层的分离点S处产生一对旋转方面相反的对称旋涡．如图3－7c所示．在一定的留诺数Re范围内，稳定的卡门涡街的及旋涡脱落频率与流体流速成正比． 图3－7   圆柱绕涡街产生示意图2．卡门涡街的稳定条件并非在任何条件下产生的涡街都是稳定的．冯·卡门在理论上已证明稳定的涡街条件是：涡街两列旋涡之间的距离为h，单列两涡之间距离为  ，若两者之间关系满足                          ＝1              或                  h /  ＝0. 281                     （3－24）时所产生的涡街是稳定的。    3．涡街运动速度为了导出旋涡脱落频率与流速之间的关系，首先要得到涡街本身的运动速度  ．为便于讨论，我们假定在旋涡发生体上游的来源是无旋、稳定的流动，即其速度环量为零．从汤姆生定理可知，在旋涡发生体下游所产生的两列对应旋涡的速度环量  ，必然大小相等，方向相反，其合环量为零，由于对应两涡的旋向相反，速度环量大小相等，所以在整个涡群的相互作用下，涡街将以一个稳定的速度  向上游运动．从理论计算可得．  的表示式为               ＝  tan h                                  (3-25)对于稳定的涡街，将式（3－25）代入，有：             =  tan h(0. 281  )=                          (3-26)4．流体流速与旋涡脱落频率的关系    从前面讨论可知，当流体以流速u流动时，相对于旋涡发生体，涡街的实际向下游运动速度为u－ur．如果单列旋涡的产生频率为每秒f个旋涡，那么，流速与频率的关系为                       u－ur = fl                        (3－27)    将式(3－26)代入，可得到流速u与旋涡脱落频率f之间的关系．但是，在实际上不可能测得速度环量  的数值，所以只能通过实验来确定来流速度u与涡街上行速度ur之间的关系，确定因注形旋涡发生体直径d与涡街宽度h之间的关系，有：h＝1. 3d                        （3－28）ur＝0. 14u                       （3－29）将式（3－24），（3－27），（3－28），（3－29）联立，可得：                  f＝  ＝  ＝         （3－29’）                   0. 2u / d也可将上式写成：                  St＝   0. 2                        (3－30)St称为斯特罗哈数．从实验可知，在雷诺数Re为3×l02－3×l05范围内，流体速度u与旋涡脱落频率的关系是确定的．也就是说，对于圆柱形旋涡发生体，在这个范围内它的斯特罗哈数St是常数，并约等于0．2，与理论计算值吻合的很好．对于圆柱型式的旋涡发生体，其斯特罗哈数St也是常数，但有它自己的数值．图3－8为圆往型旋涡发生体产生的涡街结构．根据以上分析，从流体力学的角度可以判定涡街流量计测量的上下限流量为：Re＝3×102－2×l05．当雷诺数更大时，圆柱体周围的边界层将变成紊流，不符合上述规律，并且将会是不稳定的． 图3－8     涡街结构示意图5．流体振动原理    当涡街在旋涡发生体下游形成以后，仔细观察其运动，可见它一面以速度u－ur平行于轴线运动，另外还在与轴线垂直方向上振动．这说明流体在产生旋涡的同时还受到一个垂直方向上力的作用．下面讨论这个垂直方向上力的产生原因及计算方法．同前讨论，假定来流是无旋的，根据汤姆生定律：沿封闭流动流线的环量不随时间而改变．那么，当在旋涡发生体右(或左)下方产生一个旋涡以后，必须在其它地方产生一个相反的环量，以使合环量为零．这个环量就是旋涡发生体周围的环流．根据茹科夫斯基的升力定理，由于这个环量的存在，会在旋涡发生体上产生一个升力，该升力垂直于来流方向．设作用在旋涡发生体每单位长度上的升力为L，有：                 L＝  u                              （3－31）式中    ――流体密度；        u――来流速度； ――旋涡发生体的速度环量．    从前面的讨论中可以得到以下关系，   ＝2   ur；ur=K1u；  ＝K2d ；    将上述关系代入式(3—1)，并令系数K＝2  K1K2，则有：                    L＝K  du2                             (3－32)    这就是作用在旋涡发生体上的升力．由于旋涡在旋涡发生体两侧交替发生，且旋转方向相反，故作用在发生体上的力亦是交替变化的．而流体则受到发生体的反作用力，产生垂直于铀线方向的振动，这就是流体振动的原理．    从上述分析可以知道：交替地作用在旋涡发生体上升力的频率就是旋涡的脱落频率．通过检测该升力的变化频率，就可以得到旋涡的脱落频率，从而可得流体的流速值。    6．流量公式涡街流量计是一种速度式流量计，它测的是流体的流速u．为得到流量值，必须乘以流通截面积A．对于不同形式的旋涡发生器，它的流通截面积计算是不同的．以下仅举圆柱形流通截面积A可表示为                  A≈  （1－1. 25  ）                     （3－33）由此可得流量公式为                 qv＝Au＝   （1－1. 25  ）             （3－34）从该式可知，流量qv与旋涡脱落频率f在一定雷诺数范围内成线性关系。因此，也将这种流量计称为线性流量计。

谢谢你参与，很好，给你加分以示鼓励。

我公司也用了向台，但效果不是很理想，使用中发现工艺参数要与标定参数一致时精度才比较高