基于调节阀的流量测量方法研究

摘要

提出了一种基于调节阀的流量测量方法,利用管路系统中现有的调节阀,不添加其它阻力原件来测量流量。该方法以调节阀的流量特性曲线为基础,通过测量调节阀前后的差压,计算获得流经调节阀的流体流量,分别采用仿真和实验方法,研究了所提出的流量测量方法的可行性和测量效果。
　　采用CFD仿真技术验证了测量方法的可行性。对于调节阀前后压力采样点的选定,确定了阀前相对较靠近阀体,阀后相对较远离阀体的原则。对于稳态流量测量,仿真结果测量误差控制在约3％以下,仿真结果同样表明误差大小与工况变化无相关性。对于非稳态流量测量,通过定性的仿真研究发现调节阀快速启闭过程中,开始阶段的流量变化滞后于开度变化,随后流量变化速率显著加快。
　　完成基于调节阀的水流量测量实验系统设计,包括硬件设计和软件设计两部分。硬件系统设计包括管道布置与连接、取压孔设置、压力变送器选型、调节阀执行机构信号通讯、电磁流量计和累积流量罐数据采集等,实现了一个完整的闭合回路流量测量管路系统。软件系统利用多线程技术采用Python语言实现了界面设计以及设备通信,该软件可实现数据采集和控制信号发送的并发运行、数据自动采集和存储等功能。
　　分别在稳态和非稳态调节阀阀芯开度下进行了水流量测量实验研究。实际压力采样点的选定证明其位置选择与仿真结果相一致,即采用前近后远采样点时实验效果最好。此时,稳态流量测量的精度较高,总体误差在4.5%以下。稳态实验表明,较大的阀前后差压以及较小的阀门开度时获得的流量测量精度最佳。采用正弦信号、三角信号、随机信号作为阀芯运动轨迹输入,近似模拟调节阀真实工况情况下的阀芯运动规律,采用与累积流量罐测得的累积流量值之差作为误差参考值。三种阀芯运动规律对应的累积流量误差分别为1.13%、3.95%、2.82%,实验结果间接证明了基于调节阀的流量测量方法在非稳态流量测量时也有具有较好的测量精度。

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图和附表清单

1绪论

1.1背景和意义

1.2研究现状

1.3主要研究内容

2基于调节阀的流量测量理论

2.1调节阀介绍

2.2基于调节阀的流量测量方法

2.3本章小结

3仿真研究

3.1 CFD仿真方法概述

3.2 CFD仿真工具链

3.3几何建模

3.4网格划分

3.5求解参数设置

3.6压力采样点的选定

3.7调节阀的流量特性曲线

3.8稳态流量测量仿真研究

3.9非稳态流量测量仿真研究

3.10本章小结

4实验系统设计

4.1总体设计

4.2硬件系统设计

4.3软件系统设计

4.4本章小结

5实验与结果分析

5.1压力采样点的选定

5.2调节阀的流量特性曲线

5.3稳态流量测量实验研究

5.4非稳态流量测量实验研究

5.5本章小结

6全文总结与展望

6.1总结

6.2展望

参考文献

作者简历