节能仪表——均速管流量计
毛新业
四川自控工程专业委员会
均速管流量计(国外称Annbar,Torbar,Probar,verabar,itabar……等),问世已三十八年,名称不同,截面各异,但都是基于皮托管测速原理,以测管道中直线上几点流速来推算流量的一种插入式流量仪表.它具有结构简单,价格低廉,装,拆方便,压损小.从耗材少,运行费用低二方面来看都是一种节能仪表.在当前大力倡导建设节约型经济情况下,是一种值得推荐的流量仪表.
基本原理(图一)
流量Q是单位时间s内通过管道某一截面A的流体体积m3(或质量kg),即Q= m3/s=m2·m/s=A·V
流量也可变换为管道截面A与流速V的乘积,但工业管道中的流速通常不是常数,只有桴截面划为许多单元面积Ai,乘以通过Ai的流速Vi,即流量Q=.但这种方法过于繁琐.幸好无论管道流速中流速分布多么复杂,在较长的直管段(一般应为30倍直径)后,在流体的粘性作用下,管内的流速分布将呈现对称于圆心的充分发展紊流.在这种情况,只需测直径方向上N个点的流速,就可以准确地推算流量值.
采用皮托管测速原理,通过测流体的总静压,运用柏努利方程就可测量流体的流速值.均速管沿管道直径方向插入管道,流向有数对总压孔,由于沉速不等,所测总压也不相等,在高压腔内平均后,通过高压线,接入变送器高压端;背流向一侧有数对背压孔,所测背压(如处于位流各背压值应相等)在低压腔平均后,通过低压线接至变速器低压端,忽略一些影响不大的因素,均速管的流量计算公式可表示为
Q=AJO2〔ΔP/δ〕……①
式中①Q为流量(m3/n);A为系数取决于各参数的单位;
P为管道内很能够(m);ΔP,平均后的高低压之差(Pa);
δ流体密度(kg/m3).
二,主要特点
1,结构简单,重量轻巧,总共仅10多个零件.
2,适应范围宽阔.可适用于多种流体(气,液,蒸汽);口径自25毫米至9米,压力上限可达40Mpa;温度上限1000℃.
3,节能显著.不可恢复压损仅为孔板几十分之一,年运行费用为孔板1/40～1/50.
4,安装简便.仅需在管道上结一个约40毫米圆孔,焊上安装座即可,不断流型可在低压情况下,不中断流程进行装饰.
5,长期稳定性好.无可支部件,准确度不受粘污,腐蚀等的影响.准确度在可保证直管段长度可达±1%;在直管段长度达不到要求时,重复性也可达到0.2%,适用于工控系统/
6,准确度.在直管段长度无法满足时,由于具有取样性质,准确度难以高于±2%～3%,不宜作为计量仪表,特别是贸易核算收费情况.
7,防堵性.早期均速管,背压仅一细管,易于堵塞,要求流体洁净度高,新型均速管背压采用多点,且空腔较大,可改善易堵塞情况.
三,目前常用的几种均速管
均速管在上世纪60年代末期推向市场,最早检测杆截面开头为圆形,后发现流体在雷诺数Re106时,分离点将转为130°,当Re处于105～106之间时,分离点不确定,因而引出流量系数有近±10%的偏差.在70年代末期,国内外逐渐推出了分离点确定的菱形截面检测杆(国外称钻石Diamonr)以取代圆截面.目前常用的有以下几种:
1,菱形—Ⅰ型(图2a),由美国DSI公司1978年推出.由于均速管一般应使用在位流中,即管道横截面积有横向流动,背压应相等,可以仅取一点背压,用一根内径约3毫米的细管引至变送器,但现场流体大多不够洁净,常有堵塞故障发生.目前国内仍有厂家生产,国外早已弃而不用.
2,托巴管(图2b),由英国托巴(TFL)流量计公司,1985年推出,在圆形检测杆, 出一个大角形,迫使流体在六角处分离,它与菱形—Ⅰ型早期采用过的忠压引出管,实践证明,不仅没有什么优异的性能,反而增大易于堵塞的弊病,这种结构早被国内外生产厂商所淘汰.国内某厂推一种专利产品,亦称托巴管,其实就是在每个总压检测孔上焊一个弹头,检测杆仍为圆形.它既没有弹头型控制附面号的优点,又保留了圆截面分离点不确定的缺点.匠心何在 难以理解!
3,菱型—Ⅱ型
总压,背压检测孔均采用2～4对,在高,低压腔中平均后,分别引至差压变送器高低压端.美国DSI上世纪末期(1984年)推出的Probar产品(图2C-1)由三个型材(一个菱形,二个三角形)组合成检测杆.而德国的intra-automation公司于上世纪90年代推出了一体化结构(图2C—2),称为Itabar的产吕,检测有内用隔板分为高低二个压力腔,强度好,不易泄漏,且采用高强度耐热钢后,耐压可达40Mpa,耐温可达100℃.Probar及Itabar的检测杆都采取了复合结构,可将温度变送器插入检测杆组成一体化智能质量流量计.

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