1、综述

锥形流量计是一种新型的可精确测量各种雷诺数的高精度流量计，可满足各种介质的应用条件要求其操作原理同其它各种类型的差压原理相同，都是基于密封管道中的能量守恒定理，锥形流量计由于具有****的设计结构，因而性能更优。

锥形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，负压口位于椎体的末端，通过测量两者之间差压，根据伯努利方程即可计算出管道中的流量，椎体位于管线中心，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。

锥形流量计可测量各种工况（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*高850℃，*大压力42.0MPa。若用特殊结构材质，温度压力还可以更高。可测量*高雷诺数500万，*低雷诺数8000甚至更低。产生满刻度差压信号从*低小于0.1千帕到*高几十千帕。

法兰取压型锥形流量计（VF），采用实心椎体截流体，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。

2、工作原理

锥形流量计是一种差压型的流量仪表。以差压原理设计的流量仪表已经有了一百多年的应用历史了，差压型流量计是基于密封管道中的能量转换原理，也就是说对于稳定流体，管道压力与管道中的介质流速的平方根成反比：速度增加压力会下降，当介质接近椎体时，其压力为P1，在介质通过椎体的节流区时，速度会增加压力会降低为P2，如图1所示，P1和P2都通过锥形流量计的取压口引到后接差压变送器上，流速发生变化时，锥形流量计的两个取压口之间的差压值会增大或缩小。当流速相同时，若节流面积大，则产生的差压值也大，β值等于锥体的节流面积除以管道内径的截面积（可换算成两者之间的直径比）。

3、主要计算公式：

锥体的外形是通过多年的连续试验、评估和改进后得出的，是此类流量计的*佳外形。能在不同的工况中使用。我们可以借助管道流速曲线来理解锥形流量计的性能。如果介质通过一个很长的管道，而且在管道中没有受到任何阻碍和干扰，那它的流速分布将很均匀。靠近管壁的流速几乎为零，而管道中心的流速将达到*大。（如图2）当我们将锥体悬挂在管线中心时，锥体将直接同流体的高速区接角，迫使高速区的流体同近管壁低速区的流体混合从而使流速均匀化，这样测出流体的流速更加准确。

在现实工况中，流速是很难分布均匀的，很多情况都会造成流体分布的不均匀。管道上的任何变化都可能对流体造成影响：如弯头、阀门、缩径、扩径、泵、三通等等。而锥形流量计利用锥体对流速分布曲线进行重新塑造（如图3），经过锥体“整流”后的流体分布趋于均匀，可保证仪表在恶劣的条件下获得较高的测量精度。这样使得锥形流量计的应用范围更加宽阔。

上游干扰造成流速曲线不规格

1.精度，重复性

锥形流量计正压孔取在锥体上游的管壁上，取压位置选在理想流体的等速区域，符合伯努利定理，正压信号稳定；负压孔位于锥体尾部中心，正好落在下游压力*小的区域，由于锥体中心对称的结构，使得锥尾中心区域流场呈现相对静态，流体节流后在负压区只出现高频低幅的小漩涡，使得负压信号波动很小，输出差压信号稳定，传感器精度优于读数的±0.5%，重复性为±0.1%，贸易计量型精度为±0.3%（图4）。

2.量程比，压损

锥形流量计正常情况下量程比为10:1，选择合适的参数可以做到30:1。在同样的β值下，锥形流量计永久压力损失约为孔板的1/5～1/10，（图5）可大大降低运行能耗。

3.安装要求

由于锥形流量计可以改变流体流速曲线，因此该流量计对上、下游直管段的要求小。一般情况下，对于管道式法兰连接的，不需要直管段，而对于直接插入式的其要求是：上游直管段：0-3D；下游直管段：0-1D（图6）。

4.刻度差压值

锥形流量计刻度差压大，并可灵活选择。如在电厂测风、钢厂测煤气等低流速场合，其刻度差压是各种均速管、文丘里、弯管的10～15倍，能真正保证测量的稳定和精度。

5.无滞留死区

锥形流量计另一大特点是自吹扫式结构设计，无滞留死区。介质流过锥体时会加速，不断冲刷正压取压孔、锥体外壁、锥体附近管壁，而负压取压孔则被一小段不流动介质所隔离、脏污杂质进不去，因此锥形流量计可用于各种含杂质、易结晶的脏污介质，如焦炉煤气、高炉煤气等长期使用不宜堵。VF法兰取压式锥形流量计则采用密封锥体加双法兰取压，可用于高粘度、含杂质、易结垢的特殊脏污介质，如渣油、原油、回炼油、水煤浆、苯、液态硫磺等，在测量精度、稳定性、直管段要求等方面，均远远优于楔式流量计。

6.长期稳定性

锥形流量计独特的流线形锥体节流时具有“流线体边界层效应”，使脏污流体不会磨损节流缘，其β值可保证长期不变，整个仪表无可动部件，因此无需重复标定，具有长期稳定性。

7.尺寸

由于锥形流量计锥体****的设计，使得其β值范围广。标准β值范围为：0.45、0.55、0.65、0.75、0.85。

8.混合器

由于锥形流量计的独特结构，在很多情况下，它被作为混合器作使用。

9.结构形式

锥形流量计主要有八种结构形式：1.管道式、2.对夹式、3.法兰取压式、4.插入式、5.直接焊接式、6.保温夹套式、7.防腐式、8.方管式。

1.应用参数

用户需要提供正确的参数以供选型计算用。我单位的选型软件中有很多流体的典型数据可供用户在选型计算时选用。

2.通用计算公式

各参数的单位可在计算程序中灵活转换成其它单位

3.液体计算公式

4.可压缩介质的计算公式（气体和蒸汽）

5.Y-气体膨胀系数的简化公式应用范围

上述公式中，用于应操作温度下的等熵指数计算K2和K3，因此不需要对等熵指数的变化进行修正，如果不行，也可以用上述Y膨胀系数对△P和P进行校正中的公式进行计算。

6.选型计算

每台锥形流量计在制造前都要根据工艺参数进行选型计算，确定锥体大小，从而确定了这台流量计的固有性能。口径计算确定了差压值，测量范围，测量精度，压力损失以及推荐的β值。

7.校验

每台锥形流量计在出厂前都应进行标定。如果不能进行实际标定，也必须进行模拟标定，我单位多年来收集的测试数据可精确估算出仪表的Cf值。

8.部件材质

锥形流量计用的所有部件材质都是经过严格筛选的合格产品，保证流量计的长时间连续工作。

9.三阀组

锥形流量计与差压变送器之间应安装三阀组。用于变送器在线调校。

10.差压变送器、流量计算机

我单位可成套提供差压变送器和流量计算仪，组成流量测量系统。还可以提供温度变送器和压力变送器用于测量流体质量流量。

1.安全要求

任何人在安装、检查或维护锥形流量计时都应对管道的结构及系统地压力必须有清晰正确的认识。起吊仪表时应该小心，若起吊、下落不正确可能损伤仪表。

在调校仪表时，必须使用合适且正确的工具。

在调整及折装仪表时，应确保管道的压力已经完全卸掉-千万不可带压拆卸仪表。

开车前必须检查所有的连接是否牢固，必须与流量计保持一定的距离，避免事故发生。

2.开箱、检验

流量计到货后应进行开箱检查，防止流量计或配件在运输过程中被损坏。若碰到随机文件或流量计有问题，请同代理商联系。

3.流量计安装定位

每台锥形流量计的侧面贴有方向标签标明流体的流向，安装时应特别注意。对大多数口径而言，两个取压口之间的距离为2.12，高压口位于上游，低压口位于下游，请参考图8，安装时请注意方向及高、低压取压口的位置。

4.配管要求

安装时建议上游直管段为0-3D，下游直管段为0-1D，D代表所安装管道的公称直径。由于锥形流量计的整流作用，当流量计邻近1个90°弯管或邻近不在同一平面的2个90°弯管时，流量计的精度不受影响。锥形流量计还可安装在比它本身稍微大一些的管道上。在这类管线上安装时，请向代理咨询。

5.取压口的方向

对于水平管道上安装的锥形流量计，取压口位于管线的侧上方，即位于时钟3点或9点的位置。如果安装在竖直管线上，则对取位口的方位不作要求。

（1）介质为洁净液体时

（2）介质为干燥洁净气体时

（3）介质为蒸气体时

6.引压管

尽可能安装好引压管，当没有介质流通时，不会产生差压信号。详情请参考有关安装使用手册。

注意：若被测介质为气体或蒸汽，可能介质会在引压管中凝结，请注意以下两点：

1.引压管线应水平走一段距离以保证竖直管线同仪表之间有足够的距离，确保垂直管线内没有蒸汽。

2.对于一些流量计需垂直安装的场所，在引压管线的安装方面尤其需要注意。

7.三阀组

请参考三阀组的安装、使用及维护手册。

8.差压变送器

请参阅不同厂家的差压变送器上的具体安装、使用及维护手册。

9.温度和压力传感器

请参阅不同厂家的具体安装、使用及维护手册。

10.安装检查要点

（1）差压变送器的满量程是否正确。

（2）差压变送器零点是否已经调整。

（3）差压变送器和流量计算仪的设置是否正确。

（4）引压管是否吹扫了。

（5）引压管是否有泄漏。

（6）阀组是否关闭。

（7）锥形流量计的高压端是否在低压端的前面。