專利名稱：氣(汽)液兩相流量和質(zhì)量含氣率的測量方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種兩相流體的流量和質(zhì)量含氣率的測量方法。
一般認(rèn)為測量兩相流體的流量和質(zhì)量含氣率必須采用兩套或兩套以上的測量儀表，即組合測量儀表才能實(shí)現(xiàn)，但這種測量方法所需儀表較多，造價高，費(fèi)用大，安裝復(fù)雜，因此在工業(yè)上的應(yīng)用受到了限制。CN1035364A中公開了一種利用單一孔板進(jìn)行兩相流測量的方法，這在簡化測量儀表方面是一個很大進(jìn)步，所需變送器也是目前現(xiàn)有方法中最少的。但是這種方法的不足之處是要通過查表來確定x值，使在線測量變得難以實(shí)現(xiàn)，另外該方法所利用的兩相流脈動特性與其它參數(shù)相比是微觀量，很容易受各種因素的影響，使測量精度降低。
本發(fā)明的目的在于避免上述技術(shù)的不足之處。在儀表結(jié)構(gòu)上，本方法只需一個儀表，比一般的組合方法簡單，而且減少一個待測壓力，雖比CN1035354A多一個變送器(靶力變送器)，但引入了宏觀參數(shù)-差壓，有利于提高儀表的抗干擾能力和測量精度，而且數(shù)據(jù)處理時不用查表，易于實(shí)現(xiàn)在線測量。本方法適用于多種氣液工質(zhì)的兩相流的測量。
本發(fā)明包括如下幾個步驟1.用一個靶式流量計(或任何形狀的流體阻力測量元件與測力變送器的組合)作為測量元件。2.在靶式流量計的靶片前后的管壁上各鉆一個孔(兩孔在同一水平線上)，如

圖1所示，差壓從這兩個孔中獲取。3.利用一個差壓變送器測量該差壓。4.靶片所受的沖力用靶力變送器測量，該變送器一般與靶片裝在一起。5.所有待測信號通過A/D轉(zhuǎn)換板進(jìn)入微型計算機(jī)。微型計算機(jī)對信號進(jìn)行測量，并根據(jù)測得的靶力F、差壓△P、壓力P、溫度T(對常溫及濕飽和蒸汽的情況則不需測溫)，利用公式(1)、(2)求得兩相流體的流量和質(zhì)量含氣率。
Gm=B2GC-B1GbA1-A2(1)x=A2GC-A1GbB1Gb-B2GC(2)]]>式中 Ga= εaaA02 △P ρ0,A1= εKCρω/ρ1, B1=1-A1Gb=abA2Fρ0, A2=Kbρ0/ρ1, B2=1-A2]]>
Gm-兩相流體質(zhì)量流量(Kg/s)αc-差壓特性流量系數(shù)αb-沖力特性流量系數(shù)A0-靶片處的流通面積(m2)A-管道的流通面積(m2)g-氣體膨脹系數(shù)ρg-氣相密度(Kg/m3)ρl-液相密度(Kg/m3)△P-差壓(Pa)F-靶力(N)Kc-兩相差壓系數(shù)Kb-兩相沖力系數(shù)x-質(zhì)量含氣率本發(fā)明的目的還可以通過以下步驟來達(dá)到靶式流量計可以是任何形狀的流體阻力測量元件(如圓板、圓缺板、多孔板、網(wǎng)狀板、柱體等)與測力變送器的組合。
計算公式(1)、(2)可以用以△P、F為自變量的經(jīng)驗公式代替，或x用經(jīng)驗公式計算，Gm用式(1)計算。
微型計算機(jī)可以由單板機(jī)或其它處理機(jī)代替。
圖2為本發(fā)明實(shí)施測量的流程圖。圖中，1-進(jìn)氣量測量渦輪，2-混相器，3-質(zhì)量流量計，4-壓力測點(diǎn)，5-溫度測點(diǎn)，6-差壓測點(diǎn)，7-靶式流量計，8-工況調(diào)節(jié)閥，9-微型計算機(jī)測量系統(tǒng)。
結(jié)合實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳述實(shí)施例應(yīng)用本發(fā)明的方法測量空氣-水兩相流量和質(zhì)量含氣率。
圖2為本發(fā)明實(shí)施測量的流程圖，靶式流量計裝在水平管道上，空氣-水兩相流在管道內(nèi)流動，兩相流總流量等于單相進(jìn)水與單相進(jìn)氣流量之和，管道內(nèi)徑D＝50mm，選用市售氣動靶式流量計，圓板形靶片，靶片直徑d＝35mm，靶片直徑與管道內(nèi)徑之比β＝0.7，差壓由靶片前后的兩個取壓點(diǎn)測得，選用靈敏度和精度較高的1151電容式差壓變送器和壓力變送器測量差壓和壓力，溫度用分度號為BA1的鉑熱電阻溫度計測量(對常溫及濕飽和蒸汽的情況則不需測溫)。測得的差壓、壓力、靶力、溫度信號經(jīng)變送器送入A/D轉(zhuǎn)換器、微型計算機(jī)中，微型計算機(jī)對各量進(jìn)行巡回檢測，每采樣100次，利用下式求均值，該均值作為一個實(shí)驗點(diǎn)。
式中A表示待測量，Ai是待測量A的第i個測量值。
為實(shí)現(xiàn)在線測量，氣、液兩相的密度根據(jù)測量范圍分別利用壓力、溫度回歸出計算式，在測得壓力、溫度后即可直接計算出各相密度。將得到的各相密度及差壓、靶力代入式(1)、(2)中，計算出氣(汽)液兩相流量和質(zhì)量含氣率。微型計算機(jī)對數(shù)據(jù)處理完畢后，能夠根據(jù)要求自動顯示、記錄流量和質(zhì)量含氣率，并可給出各待測參數(shù)的測量值。
計算舉例1已知差壓△P＝1601.9Pa靶力F＝2.867N壓力 P＝0.201×108Pa溫度T＝290.28K求空氣-水兩相流體流量和質(zhì)量含氣率。
在本實(shí)施例測量范圍內(nèi)，空氣、水的密度可用下式計算ρg＝1.0009 (P)/(RT)ρl＝-5.4×10-3(T-273.15)2+1.35×10-2(T-273.15)+1000.29式中壓力P的單位是Pa，溫度T的是K，R＝287.12是空氣氣體常數(shù)。
管道內(nèi)徑D＝50mm靶片直徑d＝35mmαb＝0.5166，αc＝0.7055，Kb＝2.65，Kc＝-1.431.根據(jù)P，T求各相密度ρg＝2.445 Kg/m3ρl＝998.87 Kg/m32.根據(jù)式(1)求Gm，計算過程從略，得Gm＝0.07023 Kg/s＝252.83Kg/h3.根據(jù)式(2)求x，計算過程從略，得x＝0.8723單相實(shí)測流量為246.05Kg/h，誤差為2.75%。
單相實(shí)測質(zhì)量含氣率為0.8997，誤差為3.04%。
計算舉例2已知差壓△P＝1416.7Pa靶力F＝2.954N壓力 P＝0.209×106Pa
溫度T＝291.22K求空氣-水兩相流體流量和質(zhì)量含氣率。
在本實(shí)施例測量范圍內(nèi)，空氣、水的密度可用下式計算ρg＝1.0009 (P)/(RT)ρl＝-5.4×10-3(T-273.15)2+1.35×10-2(T-273.15)+1000.29式中壓力P的單位是Pa，溫度T的是K，R＝287.12是空氣氣體常數(shù)。
管道內(nèi)徑D＝50mm靶片直徑d＝35mmαb＝0.5166，αc＝0.7055，Kb＝2.65，Kc＝-1.431.根據(jù)P，T求各相密度ρg＝2.538Kg/m3ρl＝998.68Kg/m32.根據(jù)式(1)求Gm，計算過程從略，得Gm＝0.09209 Kg/s＝331.53Kg/h3.根據(jù)式(2)求x，計算過程從略，得x＝0.6552單相實(shí)測流量為321.26Kg/h，誤差為3.20%。
單相實(shí)測質(zhì)量含氣率為0.6740，誤差為2.97%。
本發(fā)明的方法只需一個靶式流量計儀表結(jié)構(gòu)簡單，價格便宜，測量精度高，可用于多種氣液工質(zhì)的兩相流的測量，也可用于單相流體的流量及壓力的測量。
權(quán)利要求
1.一種只利用一個靶式流量計測量氣(汽)液兩相流體的流量和質(zhì)量含氣率的方法，其特征在于利用兩相流體流過靶式流量計的靶片時會產(chǎn)生差壓△P及對靶片的沖力F這兩個特性，與壓力P和溫度T一起，建立兩個與流量和質(zhì)量含氣率相關(guān)的方程，從中解出流量和質(zhì)量含氣率的顯式表達(dá)式(1)、(2)，全部參數(shù)的采集與處理用微型計算機(jī)及A/D轉(zhuǎn)換器完成。Gm=B2GC-B1GbA1-A2(1)x=A2GC-A1GbB1Gb-B2GC(2)]]>式中 Ga= εaaA02 △P ρ0,A1= εKCρω/ρ1, B1=1-A1Gb=abA2Fρ0, A2=Kbρ0/ρ1, B2=1-A2]]>Gm--兩相流體質(zhì)量流量(kg/s)xc--差壓特性流量系數(shù)αb--沖力特性流量系數(shù)Ao--靶片處的流通面積(m2)A--管道的流通面積(m2)g--氣體膨脹系數(shù)ρg--氣相密度(kg/m3)ρ1--液相密度(kg/m3)△P--差壓(Pa)F--靶力(N)Kc--兩相差壓系數(shù)Kb--兩相沖力系數(shù)x--質(zhì)量含氣率
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述方法，其特征在于所用靶式流量計可以是任何形狀的流體阻力測量元件(圓板、圓缺板、多孔板、網(wǎng)狀板、柱體等)與測力變送器的組合。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述方法，其特征在于公式(1)、(2)是以△P、F為自變量的經(jīng)驗公式表示的Gm、x顯式形，或x用經(jīng)驗公式表示，Gm用式(1)表示。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述方法，其特征在于差壓通過在靶片前后管壁上開孔而獲得。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述方法，其特征在于微型計算機(jī)可以由單板機(jī)或其它處理機(jī)代替。
全文摘要
本發(fā)明提供一種根據(jù)靶式流量計的沖力特性和差壓特性，利用單一的靶式流量計，一套差壓測量儀表進(jìn)行氣(汽)液兩相流體的流量和質(zhì)量含氣率的測量，可用于多種介質(zhì)的氣(汽)液兩相流體的測量，空氣-水的實(shí)驗結(jié)果表明，測量誤差小于4％。
文檔編號G01F1/34GK1076777SQ92108359
公開日1993年9月29日 申請日期1992年3月26日 優(yōu)先權(quán)日1992年3月26日
發(fā)明者付豐, 曹偉武, 郁鴻凌 申請人:上海機(jī)械學(xué)院