金属管浮子流量计的工作原理如图1所示,流体自下而上流经孔板与锥形浮子形成环形流通面积时,因流体被节流,锥形浮子上下游两端产生压差,锥形浮子受此压差影响形成一上升力。当上升力大于浸在流体中锥形浮子重量时,锥形浮子就会上升,此时环形流通面积随之增大,流体流速随之下降,锥形浮子上下两端压差降低,上升力也随之减小,当锥形浮子受到的作用力达到平衡时,便会稳定在某一高度。由锥形浮子上升高度确定的环形流通面积与流量成正比,因此检测此位置就可以求得流量。
浮子流量计的体积流量公式为:
式中:QV为体积流量,α为流出系数,A为环形流通面积,g为重力加速度,Vf为浮子体积,ρ为流体密度,ρf为浮子密度,Af为浮子最大迎流面积。
浮子流量计指示器部分主要分为指针指示型和液晶数显型。指针指示型中的刻度盘可以直观显示出流量输出的分布情况,本文以指针指示型为分析研究对象。由工作原理可知,当流量显示输出为绝对均匀分布时,浮子上升高度也是绝对均匀的,利用上述理论计算公式,分析此时锥形浮子的锥面形状。
根据改进前已有的流量选型表,各流量段有对应的浮子号即浮子尺寸已知,浮子材质选用不锈钢316L,测量介质为水,因此公式中的浮子密度、浮子体积、流体密度和浮子最大迎流面积为已知量,流出系数为常数,将这些量合并为一个固定的数值K,即简化后的公式为:
由简化后的公式(2)可知,流量与环形流通面积之间为一一对应的线性关系。环形流通面积是由孔板内径和锥形浮子外径形成,孔板内径为已知固定值,变化的环形流通面积主要通过锥形浮子控制,锥浮子外径是变量,即
式中:R为孔板内径,r为锥浮子外径。把公式(3)带入公式(2)中:
令KπR2=a,Kπ=b,公式化简为:
此公式为抛物线曲线。通过上述的推导,分析出当流量显示输出为绝对均匀时,金属管浮子流量计的锥面形状应为抛物线。
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