一種利用管道本身或管道內(nèi)障礙物的流量測量方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及流量計技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種利用管道本身或管道內(nèi)障礙物的流量 測量方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 在流體動力學(xué)中，眾所周知當(dāng)流體在管道中流動因與管壁摩擦?xí)a(chǎn)生壓力損失， 當(dāng)遇到置于管道內(nèi)的障礙物時會產(chǎn)生漩渦導(dǎo)致壓力在局部發(fā)生較大變化。
[0003] 現(xiàn)在工業(yè)產(chǎn)業(yè)中，管道內(nèi)介質(zhì)測量的各項數(shù)據(jù)都是生產(chǎn)中的重要參考資料。而測 量介質(zhì)流量，需要在管道上安裝單獨的感測元件，通過感測元件傳遞出流量信號。由于感測 元件必須有一定的精度和線性度才能滿足測量要求，因此要求流體是充分發(fā)展流體，前后 都必須有足夠長的光滑直管段。但有一些復(fù)雜管道和現(xiàn)場工況環(huán)境下，不具備安裝流量計 的條件，即使勉強安裝現(xiàn)有流量計無法保證測量的線性度和精度，而同時在工業(yè)管道中又 存在一定的障礙物，比如支撐架、彎頭、膨脹節(jié)、插入件、閥、分流器等障礙物，這些障礙物也 影響了流量的測試結(jié)果。在工業(yè)生產(chǎn)早期，曾有現(xiàn)場工人憑個人感覺根據(jù)管道壓力變化估 算流量大小，因無科學(xué)依據(jù)，無法驗證準(zhǔn)確度，一直不被業(yè)界認(rèn)可。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于提供一種結(jié)構(gòu)簡單、設(shè)計合理、使用方便的利用管道本身或管 道內(nèi)障礙物的流量測量方法。
[0005] 為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案實現(xiàn)： 一種利用管道本身或管道內(nèi)障礙物的流量測量方法，包括以下步驟： (1) 選定管道本身或管道內(nèi)部的支撐架、彎頭、膨脹節(jié)、插入件、閥或分流器做測量元 件； (2) 流場仿真，確定高低壓取壓位置 a. 根據(jù)測量處管道的尺寸、結(jié)構(gòu)進(jìn)行建模，或管道內(nèi)的障礙物的結(jié)構(gòu)進(jìn)行建模，根據(jù)溫 度、壓力、流量等工況參數(shù)進(jìn)行流場仿真； b. 根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T2624. 2-2006,差壓式流量計的質(zhì)量流量方程為：
式中，G是質(zhì)量流量kg/s，C是流出系數(shù)，ε是可膨脹系數(shù)，β是直徑比β =d/D，d是 節(jié)流孔直徑，D是管道內(nèi)徑，ΔΡ是計算差壓Pa，γ是實際密度kg/m3 在儀表行業(yè)中，常將引入儀表系數(shù)K，4
，即可得到：
測量過程即按流量方程，已知儀表系數(shù)、密度，通過測量差壓便可求得流量，而標(biāo)定是 測量的逆過程，就是已知流量、密度和差壓求取儀表系數(shù)，即標(biāo)定算法公式：
K的線性度決定流量計的精度，在一定的流量和密度情況下差壓的大小決定最小流量 的測量能力，所以K的線性度和差壓的大小是選擇取壓點的標(biāo)準(zhǔn)； c. 根據(jù)上述原理便可從K的線性度和差壓的大小選擇出取壓點： 設(shè)管道壁面壓力為P+，管道一組取壓點壁面壓力分別為P和P，對應(yīng)的差壓分別為 ΔΡ'和ΔΡ，便有： APr =P+-Pr 和 ΔΡ = P+-P 對不同流量有： APr1=PfPr1 式中，i是校驗點，根據(jù)給出的最大、最小和常用流量可取三點進(jìn)行計算i = 1，2, 3 根據(jù)差壓便可求得儀表系數(shù)，
根據(jù)K1可求取平均儀表系數(shù)：
根據(jù)瓦和1可求線性誤差，
取Si最大值便可確定儀表系數(shù)最大線性誤差δ d. 比較原有的取壓點的線性誤差和設(shè)定的兩組取壓點的線性誤差，選擇線性誤差較小 作為最終的取壓點，進(jìn)而確定了障礙物流量計取壓點的取壓位置； (3)數(shù)字化標(biāo)定，確認(rèn)K值和準(zhǔn)確度 根據(jù)差壓便可求得儀表系數(shù)，
根據(jù)K1可求取平均儀表系數(shù)：
根據(jù)苽和1可求線性誤差，
取S 1最大值便可確定儀表系數(shù)最大線性誤差δ (4)連接差壓變送器、溫度、壓力等信號進(jìn)入計算儀，輸入標(biāo)定的K值，組成一套流量計 進(jìn)行測量。 與現(xiàn)有的技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：
[0006] 本發(fā)明不需要單獨安裝節(jié)流元件，利用現(xiàn)有管道本身或管道內(nèi)障礙物做測量元件 達(dá)到準(zhǔn)確測量流量的目的，實現(xiàn)了現(xiàn)場安裝的靈活方便，避免了大型管道的拆卸和安裝，有 效的提高了工作效率，節(jié)約了生產(chǎn)成本，具有廣泛推廣的價值。
【附圖說明】
[0007] 圖1是本發(fā)明示意圖； 圖2是本發(fā)明示意圖； 圖3是本發(fā)明示意圖； 圖4是本發(fā)明舉例，本例子的整體管道結(jié)構(gòu)圖； 圖5是本發(fā)明數(shù)值模擬的管道整體速度場分布圖； 圖6是本發(fā)明數(shù)值模擬的軸向水平切面壓力分布放大圖； 圖7是本發(fā)明數(shù)值模擬的管道軸向水平切面壓力云圖。
[0008] 1-流量變送器2-內(nèi)部支撐3-彎管4 一膨脹節(jié)5-支撐件。
【具體實施方式】
[0009] 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的【具體實施方式】進(jìn)一步說明： 實施例一 如圖4所示，某個廠家提供的管道整體結(jié)構(gòu)，需要確定安裝位置和流量測量精度。
[0010] 如圖1~圖3和圖5~圖7所不，一種利用管道本身或管道內(nèi)障礙物的流量測量 方法，包括以下步驟： (1) 選定管道本身或管道內(nèi)部的支撐架、彎頭、膨脹節(jié)、插入件、閥或分流器做測量元 件； (2) 流場仿真，確定高低壓取壓位置 a. 根據(jù)測量處管道的尺寸、結(jié)構(gòu)進(jìn)行建模，或管道內(nèi)的障礙物的結(jié)構(gòu)進(jìn)行建模，根據(jù)溫 度、壓力、流量等工況參數(shù)進(jìn)行流場仿真； b. 根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T2624. 2-2006,差壓式流量計的質(zhì)量流量方程為：
式中，G是質(zhì)量流量kg/s，C是流出系數(shù)，ε是可膨脹系數(shù)，β是直徑比β =d/D，d是 節(jié)流孔直徑，D是管道內(nèi)徑，ΔΡ是計算差壓Pa，γ是實際密度kg/m3 在儀表行業(yè)中，常將引入儀表系數(shù)K，4
即可得到：
測量過程即按流量方程，已知儀表系數(shù)、密度，通過測量差壓便可求得流量，而標(biāo)定是 測量的逆過程，就是已知流量、密度和差壓求取儀表系數(shù)，即標(biāo)定算法公式：
K的線性度決定流量計的精度，在一定的流量和密度情況下差壓的大小決定最小流量 的測量能力，所以K的線性度和差壓的大小是選擇取壓點的標(biāo)準(zhǔn)； c. 根據(jù)上述原理便可從K的線性度和差壓的大小選擇出取壓點： 設(shè)管道壁面壓力為P+，管道一組取壓點壁面壓力分別為P和P，對應(yīng)的差壓分別為 ΔΡ'和ΔΡ，便有： APr =P+-Pr 和 ΔΡ = P+-P 對不同流量有： APr1=PfPr1 式中，i是校驗點，根據(jù)給出的最大、最小和常用流量可取三點進(jìn)行計算i = 1，2, 3 根據(jù)差壓便可求得儀表系數(shù)，
根據(jù)K1可求取平均儀表系數(shù)：
根據(jù)炙和1可求線性誤差，
取Si最大值便可確定儀表系數(shù)最大線性誤差δ d. 比較原有的取壓點的線性誤差和設(shè)定的兩組取壓點的線性誤差，選擇線性誤差較小 作為最終的取壓點，進(jìn)而確定了障礙物流量計取壓點的取壓位置； (3) 數(shù)字化標(biāo)定，確認(rèn)K值和準(zhǔn)確度 根據(jù)差壓便可求得儀表系數(shù)，
根據(jù)K1可求取平均儀表系數(shù)：
根據(jù)云和1可求線性誤差，
取Si最大值便可確定儀表系數(shù)最大線性誤差δ (4) 連接差壓變送器、溫度、壓力等信號進(jìn)入計算儀，輸入標(biāo)定的K值，組成一套流量計 進(jìn)行測量。
[0011] 按上述方法計算結(jié)果列表如下： 表一原取壓位置差壓與儀表系數(shù)
原取壓位置最大差壓109. 03456Pa產(chǎn)生在常用流量點，而最大流量差壓88. 784902反 小于常用流量點，線性誤差高達(dá)18. 67%，故不能實現(xiàn)測量。在1、2位置雖然有較大差壓 174. 73727-671. 45401Pa，但線性誤差高達(dá)5. 942666%，也不宜采用；只有3、8位置差壓 66. 717575-217. 92664Pa，雖然不比1、2位置差壓大，但線性誤差較小僅為1. 657062%，考 慮選擇微差壓變送器不難滿足差壓測量，線性誤差小是主要優(yōu)點，故選擇3、8位置取壓。 數(shù)字化標(biāo)定，確認(rèn)K值和準(zhǔn)確度。
[0012] 其結(jié)果確認(rèn)如下： 平均儀表系數(shù)：50. 63769 ; 差壓量程：〇· 25Kpa. 流量方程：
儀表誤差：S < 2% 連接差壓變送器、溫度、壓力等信號進(jìn)入計算儀，輸入標(biāo)定的K值，組成一套流量計，達(dá) 到準(zhǔn)確測量目的。
[0013] 本發(fā)明利用工藝管道內(nèi)的支撐柱作為節(jié)流元件產(chǎn)生差壓，采用流場仿真找到線性 度好的高壓點和低壓點進(jìn)行取壓，用數(shù)字化標(biāo)定找到K值和測量準(zhǔn)確度，這樣測量元件和 數(shù)學(xué)模型均已找到，一套不需要單獨安裝節(jié)流件的障礙物流量計達(dá)到準(zhǔn)確測量的目的。
[0014] 以上所述僅為本發(fā)明的實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人 員來說，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、 等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1. 一種利用管道本身或管道內(nèi)障礙物的流量測量方法，其特征在于，包括以下步驟： (1) 選定管道本身或管道內(nèi)部的支撐架、彎頭、膨脹節(jié)、插入件、閥或分流器做測量元 件； (2) 流場仿真，確定高低壓取壓位置 a. 根據(jù)測量處管道的尺寸、結(jié)構(gòu)進(jìn)行建模，或管道內(nèi)的障礙物的結(jié)構(gòu)進(jìn)行建模，根據(jù)溫 度、壓力、流量等工況參數(shù)進(jìn)行流場仿真； b. 根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T2624. 2-2006,差壓式流量計的質(zhì)量流量方程為：式中，G是質(zhì)量流量kg/s，C是流出系數(shù)，e是可膨脹系數(shù)，0是直徑比0 =d/D，d是 節(jié)流孔直徑，D是管道內(nèi)徑，AP是計算差壓Pa，y是實際密度kg/m3 在儀表行業(yè)中，常將引入儀表系數(shù)K，令'即可得到：測量過程即按流量方程，已知儀表系數(shù)、密度，通過測量差壓便可求得流量，而標(biāo)定是 測量的逆過程，就是已知流量、密度和差壓求取儀表系數(shù)，即標(biāo)定算法公式：K的線性度決定流量計的精度，在一定的流量和密度情況下差壓的大小決定最小流量 的測量能力，所以K的線性度和差壓的大小是選擇取壓點的標(biāo)準(zhǔn)； c. 根據(jù)上述原理便可從K的線性度和差壓的大小選擇出取壓點： 設(shè)管道壁面壓力為P+，管道一組取壓點壁面壓力分別為P'和P，對應(yīng)的差壓分別為AP'和AP，便有： APr =P+-Pr 和AP=P+-P 對不同流量有： APr1=P+1-P,x 式中，i是校驗點，根據(jù)給出的最大、最小和常用流量可取三點進(jìn)行計算i= 1，2, 3 根據(jù)差壓便可求得儀表系數(shù)，根據(jù)I可求取平均儀表系數(shù)：根據(jù)r和&可求線性誤差，取Si最大值便可確定儀表系數(shù)最大線性誤差8 max; d.比較原有的取壓點的線性誤差和設(shè)定的兩組取壓點的線性誤差，選擇線性誤差較小 作為最終的取壓點，進(jìn)而確定了障礙物流量計取壓點的取壓位置； (3) 數(shù)字化標(biāo)定，確認(rèn)K值和準(zhǔn)確度 根據(jù)差壓便可求得儀表系數(shù)， 根據(jù)I可求取平均儀表系數(shù)：根據(jù)夏和1可求線性誤差，取\最大值便可確定儀表系數(shù)最大線性誤差8 (4) 連接差壓變送器、溫度、壓力信號進(jìn)入計算儀，輸入標(biāo)定的K值，組成一套流量計進(jìn) 行測量。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種利用管道本身或管道內(nèi)障礙物的流量測量方法，包括以下步驟：1）選定管道本身或管道內(nèi)部的支撐架、彎頭、膨脹節(jié)、插入件、閥或分流器做測量元件；（2）流場仿真，確定高低壓取壓位置；（3）數(shù)字化標(biāo)定，確認(rèn)K值和準(zhǔn)確度；（4）連接差壓變送器、溫度、壓力等信號進(jìn)入計算儀，輸入標(biāo)定的K值，組成一套流量計進(jìn)行測量。與現(xiàn)有的技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明不需要單獨安裝節(jié)流元件，利用現(xiàn)有管道本身或管道內(nèi)障礙物做測量元件達(dá)到準(zhǔn)確測量流量的目的，實現(xiàn)了現(xiàn)場安裝的靈活方便，避免了大型管道的拆卸和安裝，有效的提高了工作效率，節(jié)約了生產(chǎn)成本，具有廣泛推廣的價值。
【IPC分類】G01F1/88
【公開號】CN105091967
【申請?zhí)枴緾N201510495640
【發(fā)明人】賈會安
【申請人】遼寧聚焦科技有限公司
【公開日】2015年11月25日
【申請日】2015年8月13日