专利名称：气(汽)液两相流量和质量含气率的测量方法
技术领域：
本发明涉及一种两相流体的流量和质量含气率的测量方法。
一般认为测量两相流体的流量和质量含气率必须采用两套或两套以上的测量仪表，即组合测量仪表才能实现，但这种测量方法所需仪表较多，造价高，费用大，安装复杂，因此在工业上的应用受到了限制。CN1035364A中公开了一种利用单一孔板进行两相流测量的方法，这在简化测量仪表方面是一个很大进步，所需变送器也是目前现有方法中最少的。但是这种方法的不足之处是要通过查表来确定x值，使在线测量变得难以实现，另外该方法所利用的两相流脉动特性与其它参数相比是微观量，很容易受各种因素的影响，使测量精度降低。
本发明的目的在于避免上述技术的不足之处。在仪表结构上，本方法只需一个仪表，比一般的组合方法简单，而且减少一个待测压力，虽比CN1035354A多一个变送器(靶力变送器)，但引入了宏观参数-差压，有利于提高仪表的抗干扰能力和测量精度，而且数据处理时不用查表，易于实现在线测量。本方法适用于多种气液工质的两相流的测量。
本发明包括如下几个步骤1.用一个靶式流量计(或任何形状的流体阻力测量元件与测力变送器的组合)作为测量元件。2.在靶式流量计的靶片前后的管壁上各钻一个孔(两孔在同一水平线上)，如
图1所示，差压从这两个孔中获取。3.利用一个差压变送器测量该差压。4.靶片所受的冲力用靶力变送器测量，该变送器一般与靶片装在一起。5.所有待测信号通过A/D转换板进入微型计算机。微型计算机对信号进行测量，并根据测得的靶力F、差压△P、压力P、温度T(对常温及湿饱和蒸汽的情况则不需测温)，利用公式(1)、(2)求得两相流体的流量和质量含气率。
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-两相流体质量流量(Kg/s)αc-差压特性流量系数αb-冲力特性流量系数A0-靶片处的流通面积(m2)A-管道的流通面积(m2)g-气体膨胀系数ρg-气相密度(Kg/m3)ρl-液相密度(Kg/m3)△P-差压(Pa)F-靶力(N)Kc-两相差压系数Kb-两相冲力系数x-质量含气率本发明的目的还可以通过以下步骤来达到靶式流量计可以是任何形状的流体阻力测量元件(如圆板、圆缺板、多孔板、网状板、柱体等)与测力变送器的组合。
计算公式(1)、(2)可以用以△P、F为自变量的经验公式代替，或x用经验公式计算，Gm用式(1)计算。
微型计算机可以由单板机或其它处理机代替。
图2为本发明实施测量的流程图。图中，1-进气量测量涡轮，2-混相器，3-质量流量计，4-压力测点，5-温度测点，6-差压测点，7-靶式流量计，8-工况调节阀，9-微型计算机测量系统。
结合实施例对本发明作进一步详述实施例应用本发明的方法测量空气-水两相流量和质量含气率。
图2为本发明实施测量的流程图，靶式流量计装在水平管道上，空气-水两相流在管道内流动，两相流总流量等于单相进水与单相进气流量之和，管道内径D＝50mm，选用市售气动靶式流量计，圆板形靶片，靶片直径d＝35mm，靶片直径与管道内径之比β＝0.7，差压由靶片前后的两个取压点测得，选用灵敏度和精度较高的1151电容式差压变送器和压力变送器测量差压和压力，温度用分度号为BA1的铂热电阻温度计测量(对常温及湿饱和蒸汽的情况则不需测温)。测得的差压、压力、靶力、温度信号经变送器送入A/D转换器、微型计算机中，微型计算机对各量进行巡回检测，每采样100次，利用下式求均值，该均值作为一个实验点。
式中A表示待测量，Ai是待测量A的第i个测量值。
为实现在线测量，气、液两相的密度根据测量范围分别利用压力、温度回归出计算式，在测得压力、温度后即可直接计算出各相密度。将得到的各相密度及差压、靶力代入式(1)、(2)中，计算出气(汽)液两相流量和质量含气率。微型计算机对数据处理完毕后，能够根据要求自动显示、记录流量和质量含气率，并可给出各待测参数的测量值。
计算举例1已知差压△P＝1601.9Pa靶力F＝2.867N压力 P＝0.201×108Pa温度T＝290.28K求空气-水两相流体流量和质量含气率。
在本实施例测量范围内，空气、水的密度可用下式计算ρg＝1.0009 (P)/(RT)ρl＝-5.4×10-3(T-273.15)2+1.35×10-2(T-273.15)+1000.29式中压力P的单位是Pa，温度T的是K，R＝287.12是空气气体常数。
管道内径D＝50mm靶片直径d＝35mmαb＝0.5166，αc＝0.7055，Kb＝2.65，Kc＝-1.431.根据P，T求各相密度ρg＝2.445 Kg/m3ρl＝998.87 Kg/m32.根据式(1)求Gm，计算过程从略，得Gm＝0.07023 Kg/s＝252.83Kg/h3.根据式(2)求x，计算过程从略，得x＝0.8723单相实测流量为246.05Kg/h，误差为2.75%。
单相实测质量含气率为0.8997，误差为3.04%。
计算举例2已知差压△P＝1416.7Pa靶力F＝2.954N压力 P＝0.209×106Pa
温度T＝291.22K求空气-水两相流体流量和质量含气率。
在本实施例测量范围内，空气、水的密度可用下式计算ρg＝1.0009 (P)/(RT)ρl＝-5.4×10-3(T-273.15)2+1.35×10-2(T-273.15)+1000.29式中压力P的单位是Pa，温度T的是K，R＝287.12是空气气体常数。
管道内径D＝50mm靶片直径d＝35mmαb＝0.5166，αc＝0.7055，Kb＝2.65，Kc＝-1.431.根据P，T求各相密度ρg＝2.538Kg/m3ρl＝998.68Kg/m32.根据式(1)求Gm，计算过程从略，得Gm＝0.09209 Kg/s＝331.53Kg/h3.根据式(2)求x，计算过程从略，得x＝0.6552单相实测流量为321.26Kg/h，误差为3.20%。
单相实测质量含气率为0.6740，误差为2.97%。
本发明的方法只需一个靶式流量计仪表结构简单，价格便宜，测量精度高，可用于多种气液工质的两相流的测量，也可用于单相流体的流量及压力的测量。
权利要求
1.一种只利用一个靶式流量计测量气(汽)液两相流体的流量和质量含气率的方法，其特征在于利用两相流体流过靶式流量计的靶片时会产生差压△P及对靶片的冲力F这两个特性，与压力P和温度T一起，建立两个与流量和质量含气率相关的方程，从中解出流量和质量含气率的显式表达式(1)、(2)，全部参数的采集与处理用微型计算机及A/D转换器完成。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--两相流体质量流量(kg/s)xc--差压特性流量系数αb--冲力特性流量系数Ao--靶片处的流通面积(m2)A--管道的流通面积(m2)g--气体膨胀系数ρg--气相密度(kg/m3)ρ1--液相密度(kg/m3)△P--差压(Pa)F--靶力(N)Kc--两相差压系数Kb--两相冲力系数x--质量含气率
2.根据权利要求1所述方法，其特征在于所用靶式流量计可以是任何形状的流体阻力测量元件(圆板、圆缺板、多孔板、网状板、柱体等)与测力变送器的组合。
3.根据权利要求1所述方法，其特征在于公式(1)、(2)是以△P、F为自变量的经验公式表示的Gm、x显式形，或x用经验公式表示，Gm用式(1)表示。
4.根据权利要求1所述方法，其特征在于差压通过在靶片前后管壁上开孔而获得。
5.根据权利要求1所述方法，其特征在于微型计算机可以由单板机或其它处理机代替。
全文摘要
本发明提供一种根据靶式流量计的冲力特性和差压特性，利用单一的靶式流量计，一套差压测量仪表进行气(汽)液两相流体的流量和质量含气率的测量，可用于多种介质的气(汽)液两相流体的测量，空气-水的实验结果表明，测量误差小于4％。
文档编号G01F1/34GK1076777SQ92108359
公开日1993年9月29日 申请日期1992年3月26日 优先权日1992年3月26日
发明者付丰, 曹伟武, 郁鸿凌 申请人:上海机械学院