1 概述
內(nèi)藏式環(huán)型錐體節(jié)流裝置為我公司專利產(chǎn)品，專利號：（ZL200820222786.1），并已獲得多項專利技術(shù)。廣泛應(yīng)用于冶金、石化、電力行業(yè)中各類煤氣、煙氣、空氣、天然氣等低壓力大管徑流量的精確計量。
以孔板、噴嘴、經(jīng)典文丘里管等為代表的標準差壓式流量計，應(yīng)用于流量檢測愈多年。而這些結(jié)構(gòu)類型的流量計由于自身結(jié)構(gòu)上的缺陷，在投運一段時間后，其入口邊緣的尖銳度就開始遭到破壞，從而帶來一些重大缺陷。如：流出系數(shù)不穩(wěn)定、線性差、重復(fù)性不高、準確度因受諸多因素的影響也不高、易積污和易被磨損、壓損較大、量程比小、現(xiàn)場安裝要求條件高、要求前后直管段過長等。
如何改善標準節(jié)流裝置在使用過程中的種種缺陷，對此行業(yè)內(nèi)人士對節(jié)流裝置的優(yōu)化改進工作一直沒有中斷過，我公司從事流體力學研究的專業(yè)技術(shù)人員經(jīng)過大量的流體力學理論研究和國家重點大型風洞實驗驗證，提出內(nèi)藏式環(huán)型錐體節(jié)流裝置理論，它是利用在測量管道中同軸方向安裝的尖圓錐體及相應(yīng)取壓口。這種結(jié)構(gòu)由于流體不是被迫收縮到管道中心軸線附近，并且也不再是一個阻擋物(節(jié)流件)，令流體突然改變流動方向，而是利用這種新穎的內(nèi)藏式環(huán)型錐體節(jié)流裝置，對流體逐漸朝管道內(nèi)壁的收縮（節(jié)流），使內(nèi)藏式環(huán)型錐體節(jié)流裝置具有了一系列獨特的優(yōu)點。這種流量計在其節(jié)流件的下游只會產(chǎn)生高頻微幅的喘流（小渦流），因而差壓變送器所測量的差壓(△P)信號是低噪聲信號，這樣在大管徑低壓力的取壓孔處可以測得靈敏度(分辨率)優(yōu)于2.5mm水柱的壓力。這就使只用一個差壓變送器就獲得很寬的量程比（量程比大于15:1）和很好的重復(fù)性（重復(fù)性優(yōu)于±0.1%）。這種流線性的尖圓錐可使流體很流暢，且其阻力很小，經(jīng)過尖圓錐導(dǎo)流架后，流場波動干擾很小，因而壓損可以忽略不計，由于采用等分面積法和多點多孔取壓，再經(jīng)大量風洞的實驗驗證，其安裝要求前后直管段大大縮短，一般上游直管段要求0～3D,下游要求直管段0～1.5D即可。
而對于介質(zhì)壓力更低、流量更小、流速更慢的煤氣、煙氣等較贓介質(zhì)的流量
測量。我公司科研人員又推出在管道壓力、溫度、流量等介質(zhì)工作狀態(tài)不變的情況下，通過提高管道內(nèi)介質(zhì)的流速，進而改變管道內(nèi)流場的分布，使由之前的緩慢流速變成漸快流速。再經(jīng)大量的風洞實驗驗證，又推出既能產(chǎn)生較大差壓信號，降低壓力損失，又能節(jié)省前后安裝直管段，大大提高測量精度的新型差壓式流量計——內(nèi)藏式環(huán)型錐體節(jié)流裝置（Z型）專利號：ZL201020105772.9。
2 測量原理
內(nèi)藏式環(huán)型錐體節(jié)流裝置（V型、M型）測量原理
流體經(jīng)過內(nèi)藏式環(huán)型錐體節(jié)流裝置錐體導(dǎo)流架自動整流，在其尖圓錐的喉部，此處流速加劇，成為最大，截面積處靜壓力最低，測得這個截面積上的靜壓點，再取其尖圓錐正面迎著氣流的方向駐點處總壓，因其速度為零，測得等面積上的總壓為最大值，這兩點形成差壓。再由伯努利方程求出管道內(nèi)真實流量。同時，可根據(jù)流體的流速大小而設(shè)計計算尖圓錐的大小，改變差壓量程，保證測量精度，波動干擾也很小。
內(nèi)藏式環(huán)型錐體節(jié)流裝置（Z型）測量原理
當流體通過內(nèi)藏式環(huán)型錐體節(jié)流裝置時，經(jīng)過前收縮段改變被測介質(zhì)流速，再通過取壓喉部整流二次抽吸加速作用，再經(jīng)過后擴散段逐漸恢復(fù)壓力損失，測得流經(jīng)內(nèi)藏式環(huán)型錐體節(jié)流裝置的前后取壓接口的動態(tài)壓力，形成壓力差，結(jié)合流體力學理論和大量風洞實驗，得出數(shù)學模型，從而得出管道內(nèi)介質(zhì)真實流量。
內(nèi)藏式環(huán)型錐體節(jié)流裝置數(shù)學模型
內(nèi)藏式環(huán)型錐體節(jié)流裝置與其它差壓式流量計測量的本質(zhì)原理是一樣的，都遵循封閉管道內(nèi)流體的連續(xù)性方程（質(zhì)量守恒）和伯努利方程（能量守恒）定律。其數(shù)學模型如下：
a、氣體可膨脹性系數(shù)ε
如果被測介質(zhì)是氣體，則必須使用氣體可膨脹系數(shù)ε來修正伯努利方程。這是因為在節(jié)流件兩端由于壓力變化所造成的氣體密度ρ的變化并不適用于液體。對于氣體必須用ε乘以C（即用ε來修正流出系數(shù)C）。對于內(nèi)藏式環(huán)型錐體節(jié)流裝置的ε的計算公式如下：
ε=1-（0.649+0.696β4）· △P/k ·P1
公式中：
ΔP ：一般指在常用流量下，內(nèi)藏式環(huán)型錐體節(jié)流裝置的常用差壓；
β ：內(nèi)藏式環(huán)型錐體節(jié)流裝置的等效直徑比；
k ：被測介質(zhì)（可壓縮流體）的等熵指數(shù)；
P1：工況下節(jié)流件上游取壓孔處可壓縮流體的絕對壓力；
ΔP與P1應(yīng)取相同的壓力單位。
對于每一個內(nèi)藏式環(huán)型錐體節(jié)流裝置，在流量公式中所采用的流出系數(shù)C是通過流量標定所獲得的。C的典型數(shù)值范圍是0.75～0.85。對氣體或蒸汽介質(zhì)的可膨脹系數(shù)ε可按上式計算。
b、根據(jù)流體力學伯努利方程和連續(xù)性方程的基本原理及大量的國家重點風洞實驗研究，內(nèi)藏式環(huán)型錐體節(jié)流裝置的計算模型（帶壓力、溫度自動補償）可歸納為：
QN = k1u(t)+ k2
QN: 被測氣體的標準體積流量 單位：Nm3/h
t : 被測氣體溫度 單位：℃
P : 被測氣體工作壓力 單位：Pa
Ph: 當時當?shù)卮髿鈮? 單位：Pa
ΔP : 內(nèi)藏式環(huán)型錐體節(jié)流裝置所測差壓 單位：Pa
u(t): 氣體動力粘度的溫度修正函數(shù)，對某一氣體此函數(shù)已固定 單位：Pa·S
k1: 與工藝管道幾何 結(jié)構(gòu)相關(guān)的常數(shù)，無量綱
k2: 經(jīng)風洞實驗后標定系數(shù)，無量綱