标准节流装置计算
过程控制工程设计—节流装置、调节阀与差压液位计的计算
.
4
节流装置流速方程 式中
.
5
节流装置流量方程（实际中）
式中，c为考虑实际因素引入的一个系数，它 是管道尺寸、孔板取压方法和雷诺数的函数。
.
6
第一节 节流装置的计算
一、节流装置计算的基本公式及取压方法
1.节流装置原理和基本公式
Qh 0.01252d2
p
1
[m3/h](工作状态)
G h0.01252d2 p1 [kg/h](工作状态)
.
7
第一节 节流装置的计算
2.常用取压方法
IV III II I I II III IV
I～I为角接取压法 II～II为1’’法兰取压法 III～III所示即为理论取压法 IV～IV即为径距取压法
.
8
第一节 节流装置的计算
二、计算中有关参数的确定 P191；1.6；2；2.5； 3.2；4；5；6.3；8乘以10n，n为任 意正整数。
.
10
v 已知角接取压孔板 ，取压方式为角接取压 v 被测介质为水，工况条件如下： v 常用流量(t/h) 45 v 管道内径(mm) 100 v 粘度(Pa.s) 0.000797 v 最大差压(kPa) 90.7029 v 开孔直径比(β) 0.50219 v 求™ 压：力损失(kPa)
™ 雷诺数(ReD)
应力成正比, 其粘度保持恒定与 剪切速率无关。
.
15
非牛顿型流体
不服从牛顿摩擦定律的流体。一般粘性较 大，且随着流动速度而变化。例如石灰乳、泥 浆、污水和许多高分子溶液等。
.
16
第二节 调节阀流通能力的计算
一、调节阀C值计算公式 见P197
Q AF P1 P2
标准节流装置的计算
标准节流装置的计算
在生产过程中，根据实际需要节流装置的计算可归纳为两类。
①流量计算
这类计算命题是在管道、节流装置、取压方式、被测流体参数已知的情况下，根据测得的差压值计算被测介质流量。
这种计算属校核计算，常用在使用现场，如选用节流装置与实际管道不一致时，需要重新计算刻度，以及对流量进行验算等。
要完成已知条件下的流量计算，所依据的基本公式是流量公式。
②设计节流装置
这类计算命题是要根据用户提出的已知条件以及限制要求来设计标准节流装置，属设计计算。
已知条件包括：管道内径及布置情况、被测流体性质与参数、大致流量范围；限制要求包括最小直管段、允许压力损失等。
要设计的工作包括：确定节流件的形式（类型、取压方式）和开孔直径d；确定最小直管段长度并验算；选配差压计；计算最大压力损失并验算；计算流量测量误差。
这类计算命题计算比较复杂，所求未知数多，还需要考
虑技术经济问题，在满足设计已知条件的情况下，设计计算结果不惟一，可以有多种结果。
（4）差压计
差压计与节流装置配套组成节流式流量计。
差压计经导压管与节流装置连接，接受被测流体流过节流装置时所产生的差压信号，并根据生产的要求，以不同信号形式把差压信号传递给显示仪表，从而实现对流量参数的显示、记录和自动控制。
差压计的种类很多，凡可测量差压的仪表均可作为节流式流量计中的差压计使用。
目前工业生产中大多数采用差压变送器。
它们可将测得的差压信号转换为0.02～0.1 MPa的气压信号和4～20mA的直流电流信号。
标准节流装置
标准节流装置节流装置用于测量流量，其工作原理如下：在管道内部装有断面变化的孔板或喷嘴等节流件，当流体流经节流件时由于流束收缩，则在节流件的前后产生静压力差，利用压差与流速的关系可进一步测出流量。
对于未经标定的节流装置，只要它与已经经过充分实验标定的节流装置几何相似和动力学相似，则在已知有关参数的条件下，可以认为节流件前后的静压力差与所流过流体的流量间有确定的数值关系。
因此可以通过压差来测流量。
节流件的形式很多，有孔板、喷嘴、文丘里管、四分之一圆弧孔板、偏心孔板和圆缺孔板等。
有的甚至可用管道上的部件如弯头等所产生的压差来测量流量，但是由于它所产生的压差值较小，影响的因素很多，因此很难测量准确。
应用最多的是标准节流装置孔板、喷嘴和文丘里管。
标准节流装置是由节流件、取压装置和节流件上游第一个阻力件、第二个阻力件、下游第一个阻力件以及它们间的直管段所组成。
标准节流装置同时规定了它所适应的流体种类、流体流动条件以及对管道条件、安装条件、流体参数的要求。
1．标准节流件及其取压装置目前国际上规定的标准节流件有下列几种：①标准孔板。
可以采用角接取压、法兰取压、D(D为管道直径)和D／2取压方式。
②喷嘴。
其形式有ISA 1932喷嘴和长径喷嘴两种。
它们的取压方式不同，ISA 1932喷嘴采用角接取压法；而长径喷嘴的上游取压口在距喷嘴入口端面1D处，下游取压口在距喷嘴入口端面的0．50D处。
③文丘里管。
根据收缩段是呈圆锥形或是呈圆弧形，又可分为古典文丘里管和文丘里喷嘴。
古典文丘里管上游取压口位于距收缩段与入口圆筒相交平面的1／2D处；文丘里喷嘴上游取压口与标准喷嘴相同。
它们的下游取压口分别在距圆筒形喉部起始端的O．5D处和O．3d(d为孔径)处。
(1)标准孔板1)孔板本体标准孔板的形状如图4—1所示。
它是带有圆孔的板，圆孔与管道同心，直角入口边缘非常锐利。
标准孔板的开孔直径d是一个非常重要的尺寸，对制成的孔板，应至少取4个大致相等的角度测得直径的平均值。
标准节流装置的设计计算
标准节流装置的设计计算
设计一个标准节流装置，需要进行以下几个计算步骤：
1. 确定流量需求：首先需要确定所需的流量，即希望通过节流装置的液体或气体的流量，单位可以是立方米/小时或升/分钟等。
2. 指定节流装置的类型：根据所需的流量和应用要求，选择合适的节流装置类型，如孔板、节流阀、喷嘴等。
3. 计算节流装置的压力差：根据所选节流装置的类型和流量需求，计算所需的压力差。
这可以通过流量方程或实验数据得出。
4. 节流装置的尺寸计算：根据已知的流量和压力差，计算合适的节流装置尺寸。
对于孔板、节流阀等装置，可以根据标准图表或公式计算出合适的尺寸。
5. 设计节流装置的材料和结构：根据应用环境和流体物性，选择合适的材料和结构设计，确保装置的耐腐蚀性和可靠性。
6. 系统优化和验证：根据实际情况对设计进行优化，可以通过实验或模拟计算验证节流装置的性能和可行性。
需要注意的是，这只是一个一般的设计计算流程，具体的标准节流装置的设计计算还需根据具体情况进行。
节流装置设计计算书
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标准节流装置的计算
选取差压上限
� �
� � �
考虑到用户对压力损失的要求，拟选用喷嘴 ∆P max = 3 δp =3×59 = 177 kPa，取∆P max = 160 kPa； 正常流量下的差压∆P ∆P = (200 / 250)2 ×160 = 102.4 kPa 求不变量A2
qm 200000 = = 0.5099748 2 2 0.004 D ∆Pρ 0.004 × 222.44 × 102400 × 38.3475
38
迭代计算结果
n X β C ε δ E 1 0.5099748 0.6740097 0.9451122 0.9945451 3.085992×10−2 6.051584×10−2 2 0.5427955 0.6922027 0.9399362 0.9938432 2.654433×10−3 5.205304×10−3 3 0.5458869 0.6922027 0.9399362 0.9938235 1.806021×10−5 3.541580×10−5 4 0.5458080 0.6922131 0.9399332 0.9938234 0 0
2012-3-1
1
39
�
�
求d: d = Dβ = 222.44×0.6922131 = 153.975882 (mm) C 验算流量 q = 0.004 1 − β εd ∆Pρ
2
m
4
=
0.004 × 0.93993
1 − 0.692214 = 19999819 . ( kg / h)
�
× 0.99382 × 153.9759 2 102400 × 38.3475
A1 = 0.004
节流装置
节流装置节流装置由节流元件、测量管段（节流元件前后的直管段）与取压装置等三部分组成。
节流装置分为标准节流装置和非标准节流装置两大类。
标准节流装置中，节流元件的结构形式、尺寸和技术要求等均已标准化（我国现行标准为GB／T2624--1993），对取压方式、取压装置以及对节流元件前后直管段的要求也有相应规定，有关计算数据都经过大量的系统实验而有统一的图表可供查阅。
按标准规定设计制造的节流装置，不必经过单独标定即可投入使用。
①标准节流装置的适用条件a．流体必须是牛顿流体，在物理学和热力学上是均匀的、单相的，或者可认为是单相的流体，如混合气体，溶液，分散性粒子小于0.1／μm的胶质溶液，含有不超过2％（质量成分）均匀分散的固体微粒的气体以及不超过5％（体积成分）均匀分散气泡的液体流，均可按单相流体考虑，但其密度应取平均密度。
b．流体必须充满管道和节流装置且连续流动，流经节流元件前流动应达到充分紊流，流束平行于管道轴线且无旋转，流经节流元件时不发生相变。
c．流动是稳定的或随时间缓变的，不适用于脉动流和临界流的流量测量，流量变化范围亦不能太大（一般最大流量与最小流量之比值不超过3：1）。
②标准节流元件的结构形式标准节流元件有孔板、喷嘴和文丘里管。
工业上最常用的是孔板，其次是喷嘴，文丘里管使用较少。
a．标准孔板标准孔板是一块具有与管道同心圆形开孔的圆板，如图1所示，迎流一侧是有锐利直角t入口边缘的圆筒形孔，顺流的出口呈扩散的锥形。
标准孔板的各部分结构尺寸、粗糙度在“标准”中都有严格的规定。
它的特征尺寸是节流孔径d，在任何情况下，应使d>12.5 mm，且直径比卢应满足0.20≤β≤0.75；节流孔厚度E应在0.005D与0.02D（D为管道直径）之间；孔板厚度E应在e与0.05D之间；扩散的锥形表面应经精加工，斜角F应为450±150。
标准孔板结构简单，加工方便，价格便宜；但对流体造成的压力损失较大，测量精度较低，而且一般只适用于洁净流体介质的测量。
标准节流装置的取压方式
标准节流装置的取压方式标准节流装置是一种用于控制流体流速的装置，通常应用于管道系统中。
在工业生产和生活中，我们经常会遇到需要控制流体流速的情况，而标准节流装置的取压方式对于其正常运行起着至关重要的作用。
本文将介绍标准节流装置的取压方式，以帮助读者更好地了解和掌握相关知识。
1. 静压取压方式。
静压取压方式是最常见的一种取压方式。
在这种方式下，通过在管道中设置静压取压装置，利用管道内流体的静压力来进行测量。
静压取压方式适用于流体为液体的情况，其原理简单、操作方便，但需要考虑流体的密度和静压力的转换关系。
2. 动压取压方式。
动压取压方式是另一种常见的取压方式。
在这种方式下，通过在管道中设置动压取压装置，利用管道内流体的动压力来进行测量。
动压取压方式适用于流体为气体的情况，其原理基于质量守恒和动量守恒定律，需要考虑流体的密度和流速的关系。
3. 差压取压方式。
差压取压方式是一种常用的取压方式。
在这种方式下，通过在管道中设置差压取压装置，利用管道内流体的压力差来进行测量。
差压取压方式适用于需要测量流体流速的情况，其原理基于流体动能定理和伯努利方程，需要考虑流体的密度和流速的关系。
4. 涡街取压方式。
涡街取压方式是一种新型的取压方式。
在这种方式下，通过在管道中设置涡街取压装置，利用管道内流体的涡街效应来进行测量。
涡街取压方式适用于需要测量高粘度流体的情况，其原理基于流体的旋转运动和动能转换，需要考虑流体的黏度和流速的关系。
5. 超声波取压方式。
超声波取压方式是一种高精度的取压方式。
在这种方式下，通过在管道中设置超声波取压装置，利用超声波在流体中的传播速度来进行测量。
超声波取压方式适用于需要非接触式测量的情况，其原理基于超声波在流体中的传播速度和频率的关系，需要考虑流体的密度和温度的影响。
总结：标准节流装置的取压方式有多种，每种方式都有其适用的场景和特点。
在实际应用中，需要根据具体情况选择合适的取压方式，并严格按照相关标准和规范进行操作，以确保取压的准确性和可靠性。
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节流装置设计指导书
题目：节流装置设计指导书
学生：
指导教师：
专业班级：
能源科学与工程学院2016年12月
目录
第一章．节流装置的设计计算命题
1.1设计所给命题
第二章．节流装置的设计计算
2.1节流装置设计计算命题
2.2设计计算（孔径计算）的方法
2.2.1已知条件
2.2.2辅助计算
2.2.3计算
2.3计算公式
2.3.1流量公式
2.3.2雷诺数计算式
2.3.3节流件开孔直径d和管道经D计算式
2.3.4可膨胀性系数计算式
2.3.5迭代计算法
第三章．具体计算过程
3.1给定条件
（1）工作状态下流体流量测量围上限值
（2）工作状态下管道径D
（3）工作状态下水的密度、粘度μ
（4）计算
（5）管道粗糙度
（6）确定差压上限值
3.2计算
（1）求
（2）迭代计算
（3）求，计算
（4）求，计算
（5）求d值
（6）验算流量
（7）求值
（8）确定加工公差
（9）确定压力损失
（10）根据和管路系统，可得直管长
一、节流装置的设计计算命题 1．1设计所给命题
①被测流体：水
②流体流量：m ax m q =500t/h ；mcom q =400t/h ；m in m q =200t/h ③工作压力：p 1=14.6Mpa （绝对） ④工作温度：t 1=220℃ ⑤20℃时的管道径：D 20=233mm
⑥管道材料：20#
钢，新的无缝钢管，管道材料热膨胀系数λD =12.78×10-6mm/mm ·℃
⑦允许的压力损失：不限
⑧管道敷设： ⑨选用法兰取压标准孔板配DBC 型电动差压变送器
二、节流装置的设计计算 2.1节流装置设计计算命题
①已知节流装置型式，管道径D ，节流件开孔直径d 被测流体参数ρ、μ，根据测得的差压值Δp ，计算被测流体流量m q 或v q 。
②已知管道径D ，被测流体参数ρ、μ，管道布置条件，选择流量围，差压测量上限m ax p ∆，节流装置型式，计算节流件开孔直径d 。
③已知管道径D ，节流件开孔直径d ，被测流体参数ρ、μ，管道布置条件，节流装置型式，流量围，计算差压值p ∆。
④已知节流装置型式，直径比β，压值p ∆，流量m q 或v q ，被测流体参数ρ、μ，计算管道径D 和节流件开孔直径d 。
命题①为现场核对投用流量计的测量值；命题②为新装设计节流装置的设计计算，一般设计计算就是指此命题，命题③用于现场核对差压计的测量值；命题④用以确定现场需要的管道尺寸。
2.2设计计算（孔径计算）的方法
2.2.1已知条件
①被测流体（混合介质的组分百分数）。
②流体流量：最大m ax m q （或max v q ）；常用mcom q （或vcom q ）（可取0.8m ax m q ）；最小m in m q 。
③节流件上流取压孔处被测流体的工作压力（绝对）。
④节流件上流取压孔处被测流体的工作温度t 1。
⑤20℃时的管道径D 20。
⑥管道材料及材料热膨胀系数λD ，表面状况；节流件材料及材料热膨胀系数λD
⑦允许的压力损失Δω。
⑧管道敷设情况，上、下流阻力件类型及直管段长度。
⑨采用的节流装置型式。
2.2.2辅助计算
①根据max m q （或max v q ）确定流量标尺上限值m q （或v q ）。
②计算工作状态下管径D 。
③求被测流体工作状态下粘度μ、等熵指数κ和密度ρ1。
④计算Re Dcom 。
⑤根据管道种类、材料和管道表面状况，求Ra 或K 值。
⑥求Ra/D 或K/D 值，检查Ra/D 或K/D 值是否符合标准的要求。
⑦确定差压上限值m ax p ∆，若流体为气体应检查是否符合标准1
p p
∆≤0.25的要
求。
⑧求com p ∆，一般com p ∆=0.64m ax p ∆。
⑨确定差压计（或差压变送器）的类型。
2.2.3计算
①根据mcom q 、D 、ρ1、com p ∆求A 2
1
2
224ρπcom mcom
p D
q A ∆=
②根据节流装置型式确定β0公式。
③用迭代法求β值，进行迭代计算，直到1--n n ββ<0.0001为止。
④求d 值，d=D n β。
⑤验算流量
124'
24
1ρπ
βεcom mcom p d C q ∆-=
流量值偏差 100'
⨯-=mcom
mcom mcom m
q q q q δ%
若±=m q δ0.2%，则计算合格，否则需检查原始数据，重亲新计算。
⑥求d 20值
)
20(120-+=
t d
d d λ
⑦确定d 20加工公差，Δd 20=±0.0005d 20 ⑧求压力损失Δω
⑨根据β值、阻流件类型确定节流装置上游侧直管段长度。
⑩计算流量测量不确定度Eqm （或Eqv ）。
2.3计算公式
2.3.1流量公式
（2-1）
（2-2）
式中
、
-分别为质量流量（kg/s ）和体积流量（m 3
/s ）；
C-流出系数； -可膨胀性系数； d-节流件开孔直径，m ； -直径比，
；
D-管道经，m ； -被测流体密度，kg/m 3
； -差压，Pa 2.3.2雷诺数
计算式
（2-3）
（2-4）
式中-管道经，m；
-流体流动粘度，Pa·s；
其余符号同上。
2.3.3节流件开孔直径d和管道经D计算式
（2-5）
（2-6）式中、-分别为20℃下节流件开孔直径和管道经；
、-分别为节流件材料热膨胀系数和管道材料热膨胀系数；
t-工作温度；
其余符号同上。
2.3.4可膨胀性系数计算式
（1）孔板可膨胀性系数计算式
（2-7）式中-直径比，；
-等熵指数；
-节流件上游侧流体静压力，Pa；
-节流件下游侧流体静压力，Pa；
适用围：
（2）喷嘴文丘里管膨胀性系数计算式
（2-8）
式中-压力比，；
-节流件下游侧流体静压力，Pa；
其余符号同上。
适用围：。
2.3.5迭代计算法
节流装置设计计算4个命题不能用直接计算法求解，需用迭代计算法求解。
现以命题②的迭代计算方法为例加以说明。
①式（2-1）和式（2-2）用变换为下式
（2-9）
（2-10）
②把2已知值组合在方程的一边，将未知值放在方程的另一边
（2-11）
（2-12）
为已知量组合的不变量。
由式（2-13）可求得
（2-13）下面对式（2-13）进行迭代。
1.计算
根据已知条件、、、、等，由式（2-11）和式（2-12）计算出，令，C取某固定值，则式为
（2-14）2.计算
由、、代入公式计算；由、、D代入C公式计算；将、、代入式（2-13）计算出。
3.计算
由、、代入公式计算；由、、D代入C公式计算；
将、、代入式（2-13）计算出。
若满足（一般）,则迭代可停止，通常进行2-3次迭代即可。
三、具体计算过程
3.1给定条件
（1）工作状态下流体流量测量围上限值
（2）工作状态下管道径D
（3）工作状态下水的密度、粘度μ
（4）计算
（且≥）
（5）管道粗糙度
管道粗糙度符合要求
（6）确定差压上限值
设，，代入
圆整到系列值，取，故
3.2计算
（1）求
（2）迭代计算
取
将，代入
（3）求，计算
将，代入
（4）求，计算
将，代入
，迭代停止
（5）求d 值
（6）验算流量
%2.00100'±<≅⨯-=mcom
mcom mcom q q q δ，合格 （7）求值
节流件材料为1Cr18Ni9Ti ，
故取
（8）确定加工公差
（9）确定压力损失
（10）根据和管路系统，可得直管长。