V锥流量计

V锥流量计是在管道中心处悬挂一锥形节流件，锥形件阻碍介质的流动，重塑流速曲线，在锥形性的下游可立即形成低压区，管道上游的正压同经节流件节流后的下游的负压之间有一差压，将正、负压用取压口取出，正压口位于管道的上游，负压口位于锥体的末端，通过测量两者之间差压，根据伯努力方程即可计算出管道中的流量，锥体位于管线中心，可对所测介质的流速曲线进行优化,因此测量精度高，对仪表上、下游的直管段要求低。
V锥流量计又称内锥流量计、V锥、锥形流量计，是一种新型差压流量计，和其它类型的差压流量计的基本原理相同，都是基于密封管道中的能量守恒原理，XT-LVZ系列V锥流量计的设计，扩大了流量测量范围，并避免了传统差压流量计的一些局限性，工作性能更优。XT-LVZ系列V锥流量计是在管道中心悬挂一个锥形截流件，锥形件阻碍介质流动，重塑流速曲线，测量介质包括水、蒸汽、空气、天然气、氮气、焦炉煤气和有机气体等。介质条件可从深低温到超临界状态。工作温度450℃，压力25Mpa，可测量雷诺数为5*106，雷诺数为8*103甚至更低。产生满刻度差压信号从小于0.1 千帕到几十千帕。可测量各种工况(温度和压力)条件下的气相、混合气相、液相、多相液体、气液两相(湿气、液相质量比≤5%)、粉末、高粘度、高流速、脏污、含有固体悬浮颗粒的液相、溶液振动、电磁干扰等介质的流量。流体的条件可从深低温到超临界状态。工作温度850℃，压力42.0MPa。若用特殊结构材质，温度压力还可以更高。可测量雷诺数500万，雷诺数8000甚至更低。产生满刻度差压信号从小于0.1千帕到几十千帕。

法兰取压型V锥流量计(VF)，采用实心锥体截流体，并在管壁用法兰取压，配上远传差压变送器，可有效防止取压口的堵塞，适合于含有固体颗粒粉尘介质、高粘度液体及脏污介质。

特点：
流量计精度：±0.5％、±1.0％、±1.5％系统精度须参照应用条件及二次表的精度。
重复性好：优于±0.1%
量程比宽：正常情况下为10：1，若有必要也可加大。
直管段要求低：流量计前0~3D 直管段、后0~1D 直管段即可保证测量精度。实验证明，V锥流量计可以接近单弯管或不同平面的双弯管而对精度影响很小。
长期稳定性好：锥体的外形设计保证流体在流经锥体时是一种渐变的过程，无突变，β值可保持长期不变，仪表可长期使用不需标定。
信号稳定：所有差压流量计都会有“信号波动”，也就是说即使流体非常稳定，通过一次节流元件产生的信号也会有波动。对孔板而言，在节流件后形成的旋涡较长，这些长的旋涡会产生高幅、低频波动信号，这些信号会对差压表的读数造成干扰。而锥形流量计会在其下游形成小旋涡，产生低幅、高频波动信号。
压损小：由于没有突出的挡板，因此锥形流量计的压力损失比孔板低3/4。
无滞留死区：锥体的“吹扫式”设计不存在死区，因此在锥体上不会堆积流体碎片、粘渣或杂质。
混合器作用：V 锥流量计的下游所产生的旋涡是短旋涡，可在下游将介质混合，因此，目前V锥形流量计在作为流量计工作的同时，还可在很多场合用做静态搅拌器，可迅速而充分的将介质搅拌均匀。

结构形式：
具体外形结构见图：

V锥流量计工作原理

（1）对流体的均速作用

流体在管道中流动实际上是这样一种状态，当流体流动不受任何阻碍和干扰达到充公发展状态时，其速度分布为：越靠近管道中心流速越快，在中心处达到、越靠近管壁流速越慢，在管壁处接近零。大多数流量仪表测量流量涉及到流速时，由于无法改变这种快慢不均的状态，只能忽略管道中流速有快慢之分的实际情况而假设流速是均等的。而v锥流量计由于锥形体处在管道中心，它直接把流体从高速流动的中心部位分开，使流速快的流体分别向四周流速慢的流体靠拢并拉动它们混合一起流动，这种快慢混合的结果就是：原本流速快慢的差别消失了，流体变成了真正的均匀流动。流体流速被均匀化所带来的好处就是：测量信号真实反映了被测流体的实际值，并使得在低流速时 v锥流量计前后仍能产生足够准确的差压，随着流速的降低，这种作用更加显著，而这种情况对于传统的差压式流量计可能早已不能测量了。

（2）具有很强的抗干扰（旋涡流）能力

大家都知道流体流动遇到阻挡物时会产生“旋涡流”，这就是的“卡曼旋涡”现象，涡街流量计就是基于这个原理工作的。同样道理象孔板、锥体等节流件在管道中也是阻挡物，在节流件后部除了产生静压力外必然也会产生旋涡流。然而这个旋涡流对于涡街流量计来讲是有用的信号对于差压式仪表来讲却是有寄存器的干扰，见（图4）。这个干扰在节流件下流（负压端）会产生“信号跳动“现象，它会严重干扰正常信号的测量。锥形的结构是边壁节流，节流件后部产生干扰流的分布是等量相反（对称分布）而相互抵消，因此使干扰程度大大减轻。而孔板等传统节流件是中心节流，产生的干扰流方向直接指向取压口，严重干扰了测量信号，特别是小流量时干扰甚至大于测量信号而无法正常工作。经过大量的试验和科学检测证明：孔板负压端产生的是“高幅度低频率跳动”，而锥形体负压端产生的是“低幅度低频率跳动”。

（3）对流体的整流功能

绝大多数流量仪表要求足够长的前后直管段，目的就是为了使流体流动状态成为充分发展管流以复现实验条件下的流动状态。然而这种苛刻的要求常常由于复杂的现场（如各种阀门、弯头、缩径、扩径、泵等）而不能满足，所带来的结果必然是测量误差的增大。因此，绝大多数流量仪表很难在不满足直管段条件下取得准确的测量值。
而 锥型（形）流量计却不同，由于它边缘节流的特殊结构，使得流体在遇到V形节流件时，被强迫按照“管壁与节流件之间由宽逐渐变窄的狭长通道”内流动，该通道可以等效为一个管式整流器，经过这个通道后，各种干扰流的变化为：不规范流动——被迫在规定的通道流动——变成规范流动。因此它能够对上游处因各种外界因素引起的不规则的流动畸变自动进行矫正整流，从而使达到测量区的流动形成了规则的流动。因此只需极短的直管段也能取得准确的测量值，由此大大减轻了用户的工作量和投资，这是大多数流量仪表无法相比拟的。
（4）节流件耐磨损的特点

我们都知道节流式差压仪表的测量精度是靠它的“几何尺寸”保证的，这一点锥形与孔板是一样的。但是由于孔板测量关键部位易磨损，它的测量误差随着使用时间在缓慢变大。而从 锥型（形）流量计的节流件结构可以看出：其关键的节流边缘是处在节流件后部的钝角，并顺着流体方向。当流体流过节流件表面和管壁间的通道时，会形成“边界层效应”，该效应会使流体到达测量部位前，逐渐离开了节流边缘一个微小的距离，这样就使被测流体不与节流件关键部位接触，因此就不可能有磨损情况发生，其关键部位的几何尺寸（β值）就能保持长期不变。所以不用重复标定也能长期稳定工作。

（5）自清洁功能

如前所述，由于流体在靠近管壁处的流速变慢极容易使脏污物等沉淀或附着在管壁上，对于孔板等传统差压仪表还会在前面堆积。那么流体在塔形流量计流动时会是一种怎样的情况？当流体进入测量管并流过节流件四周的通道时，由于该通道是管壁与节流件间形成的由宽逐渐变窄的通道，它迫使流体流动速度高于管道其他部位并逐渐加快，在到达节流件测量的关键部位时流速，从而对管壁、节流件表面附近形成了吹扫冲刷作用，所有脏污杂物不可能在这里停留或附着，所以不会产生脏污的积垢，更不存积垢死角。v 锥型（形）流量计这一的吹扫式设计，决定了它用在高炉煤气、焦炉煤气等脏污流体测量中，不会使粉尘、焦油等脏物在节流件和管壁附近堆积，附着及堵塞取压孔。

（6）强大的防堵功能

上述介绍的锥形流量计的自清洁功能，当流体属于特脏型或含有大量粉尘杂质时，常规的V 型（形）流量计有时也不能解决，国内外实际使用中，时有发生因堵塞取压孔而导致测量失败的事例。
为此我公司经过多次试验已于去年研制成功具有可控加热的v锥型（形）流量计；具有喷涂特殊材料涂层的v型（形）锥流量计；具有多孔取压的v型锥（形）流量计；专用于高炉、焦炉煤气等特脏污流体流量的测量。

（7）在设计计算上比标准节流件准确

对这个问题下面以计算孔板为例来说明。
在孔板计算中用户必须把管道直径“D”值提供给计算者，D参数是设计孔板的一个重要数据，因此标准中对它有严格的规定：要求在节流件前（0～0.5）D长度上，至少取3个截面测出12个数据，然后取其平均值作为D值来计算孔板。然而这个规定在实际中很难做到，因为大多数情况都是在原有的工艺管道上后安装v锥流量计，不可能为了测量D值而停车割开管道，大多数习惯上都是以公称直径报给设计者（除非连同直管段一道购买加工）。我们知道管道的尺寸通常是以公称值来标注的，而钢管产品是按外径和壁厚系列组织生产的。不同的壁厚可以导致同一系列的钢管直径相差达十毫米之多，以这样不准确D值来计算节流件，其结果就是“假值真算”，再高级的计算软件算出来结果也是不会准确的。
v锥流量计，是把测量管和连接法兰整体焊接在一起的一个产品，虽然D值的要求也很严格，但是这个工作是由仪表制造厂家来做的。测量管是在制造厂进行准确测量或者进行机械加工来达到所要求数值，根本不需要用户再为管道的D值是否精确而为难，用户只要把管道的壁厚系列提供给仪表厂以便选配同系列的测量管就可以。由于v锥形流量可以把D值控制的非常精确，从而避免了孔板等差压式仪表因D值不准确而带来的计算上的误差。
（8）压力损失小

v锥流量计的结构特点是流线型节流件，采用“逐渐节流方式”工作，不同于孔板等传统差压式仪表“突然节流”的工作方式，所以它的压力损失小，约是孔板的1/3。因此对于那些“低压力、大流量”流体测量来讲，比传统差压式仪表有很大的优越性。

V锥流量计选型

V锥流量计应用范围：

洁净气/液体

脏污气/液体

腐蚀性液体

粘性液体

磨蚀浆液

含纤维浆液

低流速流体

蒸汽（气）

高温流体

低温流体

不充满管道

非牛顿流体

明渠

V锥

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孔板

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文丘里管

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喷嘴

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匀速管

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弯管

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○：设计 ◎：在一定的条件下可用 √ ：通常可用 ╳：不适用