平衡流量计原理及应用

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1、新型流量计-平衡流量计原理及应用于文静何衍庆（华东理工大学，上海，200237）俞旭波邱宣振（中国石化集团上海工程有限公司，上海，200120）2004年美国A+FLOWTEK公司推出第一台A+K平衡流量计。它在美国的专利号是10/750628。该专利技术是由美国航空航天局马歇尔太空中心和A+FLOWTEK公司共同开发，并经德州A&M大学确认，已经在美国军用和民用工业得到广泛应用。平衡流量计被美国航空航天局提名为2006年空间技术的重大发明。从该公司网站可以查到，该公司在我国的唯一代理厂商是上海科洋科技发展有限公司。1基本原理平衡流量计的基本原理是伯努利方程，关键技术

2、是开孔的分布和精确的加工技术。采用A+FLOWTEK公司制造图用数控机床进行精确开孔保证流体流动状态达到动量、动能和热焓等性能的平衡，这些性能是标准孔板或仿造产品所无法达到的。尽管一些仿制产品的外形相似，但由于开孔不精确，不符合制造加工精度要求将会造成测量精度的下降、压损的提高和流出系数的降低。根据伯努利方程，流体在两点a和b的能量保持不变，即：对水平管道等特定情况，可简化为：根据连续性方程，有：因此，管道中流动截面的变化将引起压头Δp的改变，压头的改变可通过差压检测元件直接检测，因此，根据截面积的改变和检测到的差压改变，就可确定流过的流体流量。即：因此，孔板的通用流

3、量方程：对气体，考虑其可压缩性，有超压缩因子Y：其中，径比β可根据面积比确定。；同样，对平衡流量计，有流量方程：超压缩因子Y：其中，径比β与上述计算相同。根据能量守恒，总动能不变。有：因此，对任何流体，伯努利方程可表示为：对于平衡流量计，有动量和动能的修正因子可计算。但对标准孔板，则由于流体的涡流大，使动量和动能修正因子的计算无法进行，因此，不能实现动能和动量的平衡，使精度降低。图1是标准孔板和平衡流量计的流路分布。图1标准孔板和平衡流量计的流路分布2平衡流量计的特点表1和表2是传统流量计和新型流量计性能的比较。与传统的流量计比较，A+K平衡流量计具有下列特点。表1传

4、统流量计性能比较传统差压式流量计容积式流量计涡轮流量计明渠流量计量热式流量计变面积流量计（转子）应用清洁液体、蒸汽和气体清洁、无腐蚀性液体和气体清洁、平稳的中速到高速液体或气体清洁、自由流动的或部分充满管道的溪流已知热容的清洁气体不需要高精度的清洁液体和气体流体液、气、蒸汽液、气液、气液液、气液、气缺点取决于节流件的永久压损，孔板易磨损移动部件容易磨损，移动部件容易磨损，需要清洁流体堰槽容易阻塞，压损与所用技术有关有限地用于液体，低和中等精度低精度，优点成本低众所周知精度高；可测量低流速和粘性流体可靠性和精度高众所周知取决于所用技术的有限的精度测量质量流量低成本，低成

5、本，不需要能源工作原理缩径处的压降与流率的平方成正比流体进入已知容积并排空，根据计数确定流量流率与转子转速成正比液位和高度确定堰槽的流率流率与流体中的热耗散成比例流率显示根据流体提升浮子的高度表2新型流量计性能比较科里奥利质量流量计电磁式流量计超声流量计涡街流量计多变量差压式流量计平衡式流量计应用清洁的10”以下管道的中、高速液体和气体导电液体，满管无涡流的属性已知的液体或气体清洁、低粘度无涡流中、高速流体清洁气体、液体和蒸汽液体和气体、泥浆、密度确定的两相流，低到高粘度的流体流体液、气、蒸汽液液、气、蒸汽液、气、蒸汽液、气、蒸汽液、气、蒸汽缺点价格高，管道尺寸受限不

6、能测量非导电流体时差法需要相对清洁流体容易受振动影响有插入部件永久压损与节流件有关取决于径比的最小的旋涡优点精度高非插入式，最小的压损非插入式，最小的压损最小压损，精度高降低成本，集成测量有效提高精度和降低压损工作原理流率取决于流体流率流率流率质量流量与管的数量有关流过磁场产生的电压取决于超声脉冲传送时间与涡街体产生的旋涡数量成比例通过测量压力、温度来推断质量与节流件两端压差的开方成正比①永久压损：图2是标准孔板和平衡流量计压力恢复的比较。从图可见，平衡流量计的永久压损是标准孔板永久压损的二分之一到三分之一。低差压有利于降低噪声，因此，平衡流量计的噪声比标准孔板要小得

7、多。②应用流体的极端条件：平衡流量计没有可动部件，选用合适的材料，可适用于极高温度（例如，航天工业应用的高温燃料的温度可达6000℉，约3300℃）；应用于极低的温度（极端的低温可达-465℉，约-276℃）；高压（约7000psia，约48MPa）和极端的流体流速（雷诺数大于107）。它也适用于有振动、两相流体、压损接近零的低速流体等流量的检测。空气流量百分数（%）压力恢复百分数（%）图2标准孔板和平衡流量计永久压损的比较③平衡：在流量计平板上的多孔，其位置和大小是由惟一的方程组确定，使质量流量、体积流量、动能或动量在节流装置的两侧是平衡的。而标准