弯管传感器:在检定弯管流量计时装夹弯管传感器的装置

2021/11/05 00:15 · 传感器知识资讯 ·  · 弯管传感器:在检定弯管流量计时装夹弯管传感器的装置已关闭评论
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弯管传感器:在检定弯管流量计时装夹弯管传感器的装置  第1张

弯管传感器:在检定弯管流量计时装夹弯管传感器的装置

51

Int.CI?
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权利要求说明书
说明书
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54
)发明名称
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在检定弯管流量计时装夹弯管传感器的装置
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57
)摘要
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一种在检定弯管流量计时装夹弯管传
感器的装置,属于测量设备技术领域,目的
是提供一种在检定时能够对弯管传感器实现
多方向的线性和角度补偿的装夹装置,其技
术方案是:它由连接法兰、波纹管、连接螺
杆、调整螺母组成,波纹管固定连接在两个
连接法兰之间,两个连接法兰分别与检定台
管路和弯管传感器直管段相连接,在两个连
接法兰的外圆周上还均布有多个对应的调整
孔,每两个相对应的调整孔之间有一根连接
螺杆穿过,调整螺母旋在连接螺杆的两端。
?
弯管传感器:在检定弯管流量计时装夹弯管传感器的装置  第2张

弯管传感器:安装弯管流量计为什么必须用弯管传感器替代弯头

主要考虑的是介质流经弯头时所造成的冲击力,那么这时会伴随产生介质的局部阻力损失,要想所测数值精准,必须采用专用传感器,不同型号的弯头配不同型号的传感器,流量传感器必须精准,有时有点偏差我们会认为没关系,可是随着时间的推移,可以造成量变引起质变的危害,尤其是高温高压的蒸汽管道。

1.弯管流量计本身就是利用流体在弯管流动时的物理特性来测量流量的,所以本身就是弯管传感器
2.如果除了流量计外还有弯头,多的弯头会对流量造成影响,造成测量不准确。
弯管传感器:在检定弯管流量计时装夹弯管传感器的装置  第3张

弯管传感器:弯管流量计

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弯管流量计
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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。既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。
中文名
弯管流量计
项目类型
重点国家级火炬计划项目
系统测量精度
0.5~1.5级
重复性准确度
0.2%
范 畴
差压式流量计
特 色
体积小、低功耗、运行稳定
目录
1
发展史
2
简介
3
流量计特点
4
流量计主机的特点
5
应用范围
6
工作原理
7
结构形式
8
基本特点
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9
发展现状
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弯管传感器
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二次仪表
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继续研发
弯管流量计发展史
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1911年7月,杰考比斯和苏易在美国《动力与气体》杂志上发表了第一篇弯管流量计的研究报告——《利用管道弯管进行水流量测量的方法》,首次向人们介绍了利用管道上现有的工艺弯管测量水流量的弯管流量计测量方法。
1980年之前,美国、德国、日本等国的学者都对弯管流量计作了大量的实验研究,发表了许多论文,取得了阶段性成果。但由于实验数据不足,对流量系数没有取得决定性的进展,使弯管流量计成为系列商品的目的始终没有达到。
1959年,冶金部钢铁研究院马竹梧先生发表了《炼铁炉各个风口鼓风流量的连续测量》论文。
1988年,河北理工大学李志教授带领的科技团队,开始弯管流量计的研究。
1991年,建厂生产弯管流量计。
1994年,通过国家定型鉴定。
2001年,列入重点国家级火炬计划项目。
2012年,已经形成大规模成熟的系列的工业应用产品。
······
弯管流量计简介
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重点国家级火炬计划项目——弯管流量计是河北理工大学李志教授带领的科研团队,历经20多年孜孜以求开发的具有独立知识产权的中国人的流量计。
弯管流量计巧妙的利用管道本身的特性,在不增加任何节流件、阻流件和中间媒介的情况下,利用管道的自然转弯,因势利导,解决了流量计量的问题,实现了输送和计量的和谐统一。
弯管流量计型号为:SYWL,是根据流体力学和动力学理论设计制造的新一代全新概念的差压式流量测量系统,广泛应用于冶金、化工、热电、纺织、制药、石油、天然气、造纸、烟草、食品加工、热力等行业的液体、气体、蒸汽的测量,可直接联入DCS系统,适用于各种工业现场,可作为长期监测流量的测量装置。弯管流量计主要由弯管传感器、专用仪表或DCS系统、差压变送器及一些管道阀门组件组成,当流量测量需温度压力补偿时,还应配备压力变送器、温度变送器、温度传感器。
弯管流量计流量计特点
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●测量准确度高、重复性好:弯管流量计系统测量精度高达0.5~1.5级,重复性准确度则高达0.2%。
●无附加压力损失:弯管传感器没有任何插入件或节流件,因此在测量流量过程中不会对被测流体造成附加压力损失,可节省流体输送的动力消耗,节约能源。
●适应性强:弯管传感器可在高温、高压、粉尘、振动、潮湿及其它恶劣环境中正常使用。
●量程范围宽:流速测量范围:液体介质为0.2~12米/秒, 蒸汽或气体介质为5~160米/秒的。管径范围: φ10~φ2000mm。
●直管段要求不严格:直管段前五(5D)后二(2D)即可充分满足使用要求。
●使用寿命长:弯管传感器耐温、耐压、耐腐蚀、耐磨损、耐振动性能好,并对微量磨损不敏感。传感器经特殊加工处理后寿命至少与管道寿命相同。
●安装方便、耐磨损、免维护:由于弯管传感器对磨损不敏感,所以可以直接焊接安装在管道上,一次焊接完成后再也不存在泄漏等令人头痛的问题,不需维护。
弯管流量计流量计主机的特点
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●多回路、多参数显示
●先进的触摸式按键,外形和结构设计新颖,操作方便
●掉电保护功能,保护掉电后重要数据不丢失
●完备的实时运算补偿和数字滤波功能,提高了系统测量精度和稳定性。
●智能逻辑判断和自诊断功能
●RS-232(或485)串行接口输出,可直接与其他仪表或计算机系统通讯联网,满足用户和外部设备之间的实时通讯,或者外部控制、打印功能。
●标准(4-20mA)模拟量输出(可以根据用户需要选择)
●热量累计功能,可用于测量水蒸气、供暖热水的累计热量
●时钟功能,不受主机电源影响,能为用户提供准确的时间
●体积小、低功耗、运行稳定、测量精度高
弯管流量计系统结构图
弯管流量计应用范围
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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,2012年产品覆盖全国28个省,并且已进入到国外市场,总计用量已达多台套。
大庆油田热力站应用现场
台湾中钢应用现场
长庆油田应用现场
弯管流量计工作原理
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弯管流量计同属于差压式流量计的范畴,弯管传感器是利用流体的惯性原理产生差压的。当流体通过弯管时,由于受弯管的约束流体被迫作类似的圆周运动,流体在作圆周运动时产生的离心力作用于弯管的内外两侧,使弯管传感器内外两侧之间产生一个压力差,该压力差(也就是压差值)的大小与流体的密度有关,与流体的平均流速有关,与流体作圆周运动的曲率半径有关。他们之间遵循作圆周运动物体都必须遵循的牛顿运动定律的有关规律。
弯管流量计的研制成功,具有坚实的理论研究基础和实验研究基础。在理论研究方面主要是通过直接求解流体流过弯管的微分方程数值解的方法,全面揭示流体流经弯管的流动规律。在实验研究方面既有实验室的大量实验研究,又有在国家流量检定站(开封水大流量、烟台蒸汽、华阳天然气)对不同介质的流量测量的权威验证。
国家定型鉴定(开封·水)
国家定型鉴定(烟台·蒸汽)
国家定型鉴定(江苏镇江·气体)
理论研究和大量的实验研究表明:由于弯管的导流作用,流经弯管的流体呈现了非常复杂的流动状态。通过求取纳维——斯托克斯微分方程(N—S方程)数值解,可以动画显示出这种流动状态主要包括沿主管道方向的主流动、垂直于主流动的双螺旋二次流动及出口漩涡等主体内容,具有很强的规律性。根据对真实粘性流体通过弯管内、外侧压力差成正比例关系,具有很好的相关性。根据量纲分析原理,流过弯管的平均流速与弯管内、外侧的压力差可由下式给出:
二次流的附加转向作用
N-S方程——理论基础
流动基本规律——出口漩涡
流体在某一温度某一压力的条件下流过一个管道,当其流经转弯时,该流体将做相应的圆周旋转运动。根据流体强制旋流理论,流体在管道内作圆周运动与固体在空间状态下作圆周运动类似,因此流体必然会产生惯性离心力,该离心力的大小与流体的流速、流体的密度以及作圆周运动的曲率半径(也就是弯管传感器的曲率半径)等因素有关。
  由于弯管传感器曲率半径是已知的,流过弯管传感器的流体密度又可通过对流体的温度、压力等参数的测定利用主机的计算机准确地求得,因此在弯管传感器上产生的离心力的大小就只是流体流速的函数。只要测出离心力的大小,就可测出流体在管道内的流速,将流速乘以管道的截面积和流体的密度,流体的流量即可计算确定。其计算关系如下:
  式①给出了流过弯管流体的平均流速和差压值的函数表达式:
  V=a[(P1-P2)/ρ]β--------①
  其中:V---流体的平均流速;
  a---综合流量系数,a=f(弯管弯径比、雷诺数、介质动力粘度、管道粗糙度等),其中尤以弯径比的影响最为重要:
  P1-P2-----弯管内、外侧压力差;
  ρ----流体的密度;
  β----指数;
  计算出平均流速V,就可得出计算流量的函数表达式:
  Q=S*V*ρ-----------②
  式中:
  S----弯管横截面积;
  V---流体的平均流速; 适用范围
  1、 公称直径:25mm≤DN≤2000mm
  2、 公称压力:PN≤10MPa
  3、 介质温度:t≤450℃(t>450℃订货时通知)
  4、 雷诺数范围:ReD>104
  5、 精度等级:1级,1.5级
  6、 R/D≥1.25
弯管流量计结构形式
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语音
  弯管流量计的一次传感元件——弯管传感器依安装管线上的不同分为如下三种:
  l &90°弯管传感器——用于工艺管线90°转弯连接处,替代原弯头
  l &180°弯管传感器——用于直管线上,替代部分直管段
  l &135°弯管传感器——用于工艺管线135°转弯连接处,替代原弯头
  
[1]
弯管流量计基本特点
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语音
弯管流量计全
测量介质全,包括液体、蒸汽、气体等。液体包括热水、冷水、油、液氨以及其它液体;蒸汽包括过热蒸气、饱和蒸气;气体包括高炉煤气、焦炉煤气、氧气、空气、天然气、乙炔、硫化氢等等。
弯管流量计宽
管径范围宽:DN10——DN2000mm;
温度范围宽:-50℃ ——600 ℃;
压力范围宽:0——32MPa;
安装范围宽:管道转弯处和直管道上均能安装,管道的转弯处用90°标准传感器,直管道上用“V”型传感器;
量程比宽: 10:1;能满足双向测流;
流速范围宽:适用于管道内流速为0.2~12米/秒(液体介质)和5~160米/秒(气体介质包括蒸汽)的流体流量测量,且都能满足测量准确度的要求;
适用条件宽:弯管传感器可在高温、高压、粉尘、振动、潮湿及其它环境恶劣,安装条件极差的现场中正常使用,如果采用耐腐蚀材料(如:不锈钢、工程塑料、玻璃、陶瓷等)制造的弯管传感器也可测量各种腐蚀性介质的流量。
弯管流量计短
直管段要求短,前五(5D)后二(2D)倍管径长的直管段就能满足其对直管段的要求,从而方便了这种流量计在工业现场的推广应用。
弯管流量计省
弯管传感器没有任何插入件和节流件,因此在测量流量过程中不会对被测流体产生附加压力损失,可节省流体输送的动力消耗,降低运行费用。
只要用弯管传感器代替原来管道上的弯头即可进行流量测量,传感器寿命和管道寿命相同。
安装运行后几乎没有维护工作量。
弯管流量计准
系统测量准确度:0.5~1.5级。
弯管流量计稳
重复性精度为0.2%。长期运行性能不变。由于弯管传感器一次安装之后,不再需要重复拆装,因此其安装精度也能得到很好的保证。
弯管流量计发展现状
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弯管流量计弯管传感器
弯管流量计的精度完全依靠弯管传感器的几何结构尺寸的精确,第四代整体数控机加工弯管传感器是由数控机床特高精度加工的垂直度、水平度、均匀度、光滑度等几何参数极其精确的弯管传感器,保证了弯管传感器加工的一致性,使每一台弯管传感器的精度精确稳定,普通机械冷弯或者热弯的一般形状的弯头很难达到弯管传感器对于弯管的基本要求,所以从2005年6月已经开始停止销售小规格非机加工普通弯头形状的弯管流量计。
早期的推制传感器——精度无法保证
第三代数控机加工弯管传感器
第三代数控机加工V型弯管传感器
弯管流量计二次仪表
专门为弯管传感器开发配套的二次仪表(数学模型)是弯管流量计的核心技术,他把安装状态、湿度补偿、雷诺数的影响、富鲁德数的影响、马赫数的影响、弯管传感器的弯径比、取压孔位置、内壁粗糙度等几何特征量的影响、热态管径的补偿、温压补偿等各变量因素都考虑到其中,尤其是密度的计算,采用IFC公式直接计算,精度高,而不象通用仪表采用查表插值的方法,精度较低。选用普通通用的孔板仪表改造是不可能计算出准确数据的。
弯管流量计继续研发
弯管流量计技术在世界上我国处于绝对领先地位,河北理工大学建立了DN800国家级水流量检定站,由博士后、博士、硕士研究生等高级专业人才组成的研发中心承担着弯管流量计的理论研究和长江三峡、核电等国家重点项目的计算工作,数台尖端的高性能专业计算机昼夜运作,大量的科研数据和成果指引着弯管流量计事业健康快速的发展。
河北理工大学DN800水流量检定站
李志教授与国际流量计量委员会主席harris
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参考资料
1.

弯管流量计
.江苏尔曼测控设备有限公司引用日期2013-03-07]

弯管传感器:概述弯管流量传感器

空气和水是人类生存中每时每刻都离不开的两种流体物质。人生活在流 体(空气)中,流体(水)在人体中流动,可以说,流体流动是生命的基础。 但空气和水在流动时所表现出来的某些奇异现象,时至今日,仍然让人们难 以理解。为研究不同范围的流体流动的有关规律,建立了几种相近但又不同 学科,流体力学以研究封闭管道中流体及航空机械流体为主(流体在封闭外 壳中流动),水力学以河流与明渠等大地水流为主(流体在半封闭外壳中流 动),气象力学则以大气环流为主(流体在流体中流动)。流体流动时所产 生的各种现象是极其复杂的,人类至今知之甚少。无奈之下,人们不得不采 取实用的方法,为不同的研究目的,人们作不同的简化与假设,因此,在不 同的流体研究领域,经常出现不协调的理论,这尚不足为奇。但在解释弯管 壳体外侧压力高、内侧压力低的理论上,同时有四种以上的假设并行,可谓 奇观!其一是离心说(离心说者称其为离心流量计),其二是强制旋流说, 其三是自由旋流说,其四是阻力说,似乎还有其他。离心说虽无需内外侧流 速不同的假设,但暗含“外侧流速大,内侧流速小”。强制旋流说的假设是 弯管壳体“外侧流速大,内侧流速小”;自由旋流说的假设是弯管壳体“外 侧流速小,内侧流速大”;二者完全相反。
既然都是假设,也就不必分其对与错。在流体计量领域,黑匣子工作法是常用的方法。 [上述几种理论的假设虽然不同,但其假设的前提确是很相似的:㈠、流体的流动状态类似层流,
流体的自身状态类似胶体;㈡、流体只要进入弯管就具有相同流动状态,与弯管弯曲角θ无关;弯管内
外的差压在整个弯管内不同角度上相同。假设的前提㈠,在工业测量领域几乎不存在;假设的前提㈡当 然也不准确,参考资料[5]中,曾发现外侧低,内侧高的特殊现象。]
弯管流量计传感器的结构确实是最简单的,但给人的困惑也是最大的。
弯管流量计传感器原理之谜与柏努利方程的应用条件 流体之谜,就在我们每个人的身边,随处可见。弯管流量计的原理也是
一个谜。弯管流量计传感器的原理虽然一时还难以说清楚,但这并不影响弯管流量 计的应用与发展。犹如孔板的原理也是有疑问的,在孔板的前后,明明管道 断面相同,平均流速亦应当相同,但孔板的前后,确有差压存在;而不同的
取压位置,所得差压又不同,但又都可以用于流量计算,这是什么道理,没 有人问,也就不用解释。流体力学中的柏努利方程的适用条件,是元流的两 个稳定流断面的能量守恒。而孔板、弯管等是流体的激变阻力元件,在其本身以及周围,柏努利方程均不适用。流体力学工作者将激变阻力元件的研究 置于自己的工作范围之外,而流体计量工作者亦未将激变阻力元件的研究置 于自己的工作范围之内,两头落空。单靠一些仪表工者的自发的单打独斗,
难见大的成效。建议有关部门,有能力的科研单位与厂家,重视 “流体计量 力学”的研究。这样会有事半功倍的成效。
1.2 弯管流量计传感器的“惯性原理”
如果真想知道在弯管中及其前后的流速分布,除非由专业工作者进行实 测之外,很难再找到其他真正的解决办法。在此之前, 普通仪表工作者只能 靠从日常生活中观察到的现象进行类比或根据已有的知识进行推理。
①用筷
子在茶杯中搅动几圈后,外圈的水流动快(指线速度大),中心的水流动慢
(指线速度小),颗粒物聚于中心;同时外圈的水位高,中心的水位低。
② 河流在急转弯时,内侧泥沙沉积,外侧冲刷重,所以才有九曲河的美景。
③根据惯性原理,每个流体团(或分子)都有按原有方向继续前进的惯
性。在弯管前的若干距离前(最小为 5D),管中的最大流速团在管中心,在 弯管处,速度大的流体团会插入速度小的流体中,从而使弯管外侧流体的速
度增大,弯管内侧流体的速度减小,使弯管内的最大速度点外移;当弯管管 壁强迫流体团改变方向时,流体团会给管壁一个反作用力,弯管外侧的压力 也就增加。根据附面层流速分布理论,在管壁上的流体的流速为 0,离开管壁
适当距离的流速达到最大值。根据不良绕流体的附面层流体脱落理论,当 R/D 较小时,在弯头之后,会有间歇性的旋涡出现。根据流体流动具有扰流(流 速与压力波动,相当于江河湖海的波浪)相伴的特点,其流速分布将是紊乱
的,但从统计学角度的看,还是有一些规律的。最大流速点在稳定流的直管 时与管中心重合;最大流速点在弯管处的外移,R/D 值越小,外移越大;平均 流速越大,外移越大;R/D 值越大,外移越小,当 R/D 值足够大时,即直管,
外移偏心距 E 为 0;平均流速越小,外移越小;再忽略扰流的影响(相当滤波), 可得在某些特定条件下的弯头流速分布设想图。对于某一 R/D 值,某一流速 值,最大流速点的外移情况又因角度φ不同而不同。另外,弯管的弯曲角θ越大,偏心距 E 的稳定区域越大。(本文由整理发布)

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