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均速管流量計-三普質(zhì)量*

時間:2010/1/22閱讀:1778
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均速管流量計(國外稱AnnbarTorbarProbarverabaritabar……等),問世已三十八年,名稱不同,截面各異,但都是基于皮托管測速原理,以測管道中直線上幾點(diǎn)流速來推算流量的一種插入式流量儀表。它具有結(jié)構(gòu)簡單,價格低廉,裝、拆方便,壓損小。從耗材少、運(yùn)行費(fèi)用低二方面來看都是一種節(jié)能儀表。在當(dāng)前大力倡導(dǎo)建設(shè)節(jié)約型經(jīng)濟(jì)情況下,是一種值得推薦的流量儀表。
一、         基本原理(圖一)

幸好無論管道流速中流速分布多么復(fù)雜,在較長的直管段(一般應(yīng)為30倍直徑)后,在流體的粘性作用下,管內(nèi)的流速分布將呈現(xiàn)對稱于圓心的充分發(fā)展紊流。在這種情況,只需測直徑方向上N個點(diǎn)的流速,就可以準(zhǔn)確地推算流量值。
采用皮托管測速原理,通過測流體的總靜壓,運(yùn)用柏努利方程就可測量流體的流速值。均速管沿管道直徑方向插入管道,流向有數(shù)對總壓孔,由于沉速不等,所測總壓也不相等,在高壓腔內(nèi)平均后,通過高壓線,接入變送器高壓端;背流向一側(cè)有數(shù)對背壓孔,所測背壓(如處于位流各背壓值應(yīng)相等)在低壓腔平均后,通過低壓線接至變速器低壓端,忽略一些影響不大的因素,均速管的流量計算公式可表示為
 
二、主要特點(diǎn)
1、結(jié)構(gòu)簡單、重量輕巧,總共僅10多個零件。
2、適應(yīng)范圍寬闊。可適用于多種流體(氣、液、蒸汽);口徑自25毫米至9,壓力上限可達(dá)40Mpa;溫度上限1000
3、節(jié)能顯著。不可恢復(fù)壓損僅為孔板幾十分之一,年運(yùn)行費(fèi)用為孔板1/401/50
4、安裝簡便。僅需在管道上結(jié)一個約40毫米圓孔,焊上安裝座即可,不斷流型可在低壓情況下,不中斷流程進(jìn)行裝飾。
5、長期穩(wěn)定性好。無可支部件,準(zhǔn)確度不受粘污、腐蝕等的影響。準(zhǔn)確度在可保證直管段長度可達(dá)±1%;在直管段長度達(dá)不到要求時,重復(fù)性也可達(dá)到0.2%,適用于工控系統(tǒng)/
6、準(zhǔn)確度。在直管段長度無法滿足時,由于具有取樣性質(zhì),準(zhǔn)確度難以高于±2%3%,不宜作為計量儀表,特別是貿(mào)易核算收費(fèi)情況。
7、防堵性。早期均速管,背壓僅一細(xì)管,易于堵塞,要求流體潔凈度高,新型均速管背壓采用多點(diǎn),且空腔較大,可改善易堵塞情況。
三、目前常用的幾種均速管
均速管在上世紀(jì)60年代末期推向市場,zui早檢測桿截面開頭為圓形,后發(fā)現(xiàn)流體在雷諾數(shù)Re105時,在圓截面上分離點(diǎn)為78°;而Re106時,分離點(diǎn)將轉(zhuǎn)為130°,當(dāng)Re處于105106之間時,分離點(diǎn)不確定,因而引出流量系數(shù)有近±10%的偏差。在70年代末期,國內(nèi)外逐漸推出了分離點(diǎn)確定的菱形截面檢測桿(國外稱鉆石Diamonr)以取代圓截面。目前常用的有以下幾種:
1、菱形—Ⅰ型(圖2a),由美國DSI公司1978年推出。由于均速管一般應(yīng)使用在位流中,即管道橫截面積有橫向流動,背壓應(yīng)相等,可以僅取一點(diǎn)背壓,用一根內(nèi)徑約3毫米的細(xì)管引至變送器,但現(xiàn)場流體大多不夠潔凈,常有堵塞故障發(fā)生。目前國內(nèi)仍有廠家生產(chǎn),國外早已棄而不用。
2、托巴管(圖2b),由英國托巴(TFL)流量計公司,1985年推出,在圓形檢測桿,??出一個大角形,迫使流體在六角處分離,它與菱形—Ⅰ型早期采用過的忠壓引出管,實(shí)踐證明,不僅沒有什么優(yōu)異的性能,反而增大易于堵塞的弊病,這種結(jié)構(gòu)早被國內(nèi)外生產(chǎn)廠商所淘汰。國內(nèi)某廠推一種產(chǎn)品,亦稱托巴管,其實(shí)就是在每個總壓檢測孔上焊一個彈頭,檢測桿仍為圓形。它既沒有彈頭型控制附面號的優(yōu)點(diǎn),又保留了圓截面分離點(diǎn)不確定的缺點(diǎn)。匠心何在?難以理解!
3、菱型—Ⅱ型
總壓、背壓檢測孔均采用24對,在高、低壓腔中平均后,分別引至差壓變送器高低壓端。美國DSI上世紀(jì)末期(1984年)推出的Probar產(chǎn)品(圖2C-1)由三個型材(一個菱形、二個三角形)組合成檢測桿。而德國的intra-automation公司于上世紀(jì)90年代推出了一體化結(jié)構(gòu)(圖2C2),稱為Itabar的產(chǎn)呂,檢測有內(nèi)用隔板分為高低二個壓力腔,強(qiáng)度好,不易泄漏,且采用高強(qiáng)度耐熱鋼后,耐壓可達(dá)40Mpa,耐溫可達(dá)100ProbarItabar的檢測桿都采取了復(fù)合結(jié)構(gòu),可將溫度變送器插入檢測桿組成一體化智能質(zhì)量流量計。
4、彈頭型(圖2D
1992年由美國Veris公司推出,稱為Verbar(威力巴)。
Verbar在其彈頭前端表面做了粗糙處理(X/Ks200),認(rèn)為處理后可保證形成紊流附面層,提高測量準(zhǔn)確度。附面層由層流轉(zhuǎn)變?yōu)槲闪麟m會影響準(zhǔn)確度,但這種影響相對其他因素來說是微不足道的,而彈頭形及靜壓點(diǎn)的位置,卻使其輸出差壓相對其他類型均速管偏低不少,影響了它在低密度、低流速情況下的選用。
5T型(圖2E
T型結(jié)構(gòu)正對流向2001年由美國DSI公司推出,有二排密集的總壓檢測孔(直徑約2mm)或取壓槽,背流回一測采用了二排背壓孔。認(rèn)為這樣的設(shè)計可獲得“更多”的速度分布,有利于提高準(zhǔn)確度。其實(shí)總壓孔即或是密集到變成了槽口,也只能測管道中某一直徑方向的流速。而在直管道不夠長,直徑方向上的流速頒不足以反映整個截面時,這種設(shè)計毫無意義。用槽口代替總壓孔,在幾十年前就出現(xiàn)過,并未推行說明沒有實(shí)用價值,其次,采用較小的總壓孔(或槽)卻易于堵塞。事實(shí)上并非廠商所說T形檢測桿正前方形成了高壓區(qū),粉塵不易進(jìn)入。如真是這樣,汽車擋風(fēng)玻璃板上還有用雨刷的必要嗎?
四、定位——適用于檢測、監(jiān)控系統(tǒng)
均速管優(yōu)點(diǎn)不少,如節(jié)能、結(jié)構(gòu)簡單、安裝方便……,但正所福“福兮禍所伏,禍兮福所倚”,這些優(yōu)點(diǎn)也不可避免地帶來一些不足之處,如準(zhǔn)確度不夠高,易堵塞……待。如前所述,均速管是一種插入式,具有取樣性質(zhì)的儀表,在直管段不能達(dá)到要求時,無論采用什么形式的檢測桿都難以達(dá)到廠商所宣傳的±1%度,而重復(fù)性卻可優(yōu)于0.5%
20多年前,W·Rahmeyer等人已進(jìn)行了驗(yàn)證。他們將均速管安裝在阻力件(閥門、彎頭φ……)后2/2D,即在非充分發(fā)展紊流條件下進(jìn)行系統(tǒng)地試驗(yàn)。試驗(yàn)表明,在直管段小于45D時,流量系數(shù)的偏差可達(dá)到±8%以上,而重復(fù)性卻可優(yōu)于1%。說明了對于均速管這種取樣性質(zhì)的儀表,直管段長度對其準(zhǔn)確度的影響至關(guān)重要。而對重復(fù)性的影響卻微不足道!
在實(shí)際應(yīng)用中,由于均速管特別適用于大管道,一般情況都難以保證足夠長的直管段,即無法具有較高的準(zhǔn)確度,均速管在流程工業(yè)中還有無立足之地?儀表一般有以下三種用途:①用于貿(mào)易、經(jīng)濟(jì)核算的計量,準(zhǔn)確度應(yīng)放在*。
②用于工控系統(tǒng)信號源頭的檢測,重復(fù)性是主要的。
③用于監(jiān)控工藝流程是否正常工作,可靠性是優(yōu)先考慮的。
例如:對于一個鍋爐的燃燒系統(tǒng),必需測空氣流量來調(diào)控燃料量,以保證*的空氣燃料比。這時如用均速管測空氣,只要它的輸出能反映空氣的變化,二者呈一一對應(yīng)的單值函數(shù)關(guān)系,不隨意變化,即重復(fù)性好就可以了。至于空氣的量,人們無需知道。其次,均速管也適用于監(jiān)控工藝流程是否正常,如我國西氣東輸,木直徑的干線流量計,并不涉及計量收費(fèi)問題,在96支干線流量計,就采用了50支均速管,占52%
在大口徑的流量檢測,監(jiān)控系統(tǒng)中,均速管以其顯著的節(jié)能效果,優(yōu)異的性價比,常作為儀表。
五、小結(jié)——揚(yáng)長避短,各取所需。
流量儀表由于影響因素較多,相應(yīng)的品種也十分多,當(dāng)前還沒有一種流量儀表可取代其他儀表而一統(tǒng)天下,對于每一種儀表來說都只能揚(yáng)長避短,在己之長的領(lǐng)域中發(fā)揮作用。業(yè)界專家憂慮地指出,由于準(zhǔn)確度不夠,均速管作為計量、貿(mào)易結(jié)算的基礎(chǔ)尚不牢靠,并建議:Ⅰ將國內(nèi)外均速管檢測件選用一種作為標(biāo)準(zhǔn)形式Ⅱ建立流量系數(shù)數(shù)據(jù)庫;Ⅲ對現(xiàn)場安裝條件進(jìn)行試驗(yàn)研究。這些建議看來誘人,但實(shí)施卻不現(xiàn)實(shí),實(shí)施一項(xiàng)性的標(biāo)準(zhǔn)化計劃由誰組織?我國二十多年改制將一切研究所都推向了市場,無人過問基礎(chǔ)性研究,要實(shí)施這樣一個計劃,由誰埋單?
近年來,有些流量儀表發(fā)展很快,據(jù)“Flow·Research”報告分析,近年來超聲及哥氏流量計發(fā)展很快,年銷售增長率分別為10.4%ey 6.9%。這二種儀表準(zhǔn)確度都可達(dá)到±0.5%,*可以勝任計量、貿(mào)易結(jié)算。均速管的研究,生產(chǎn)廠商應(yīng)克服“爾有弊帚,學(xué)之千金”的心態(tài),一定要將這種插入式儀表應(yīng)用到計量、貿(mào)易結(jié)算領(lǐng)域,能不斷總結(jié)應(yīng)用中的問題,勇于創(chuàng)機(jī)關(guān)報,能在檢測、監(jiān)控領(lǐng)域中充分用好均速管,就是很大的貢獻(xiàn).

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