阿牛巴流量計(jì)工作原理及計(jì)算公式

摘 要：介紹了一種適合大口徑管道測量的流量儀表----阿牛巴，從其結(jié)構(gòu)、原理、安裝和應(yīng)用等方面，分析了運(yùn)行過程中出現(xiàn)的故障，并提出了采取的解決措施，使其滿足計(jì)量精度的要求。
關(guān)鍵詞：阿牛巴流量計(jì) 安裝 檢測桿 標(biāo)定

引 言

阿牛巴（Annubar）流量計(jì)（又稱笛形阿牛巴流量計(jì)）是根據(jù)皮托管測速原理發(fā)展起來的一種新型差壓流量檢測元件，它輸出為差壓信號(hào)，與測量差壓的儀器儀表配套使用，可準(zhǔn)確測量圓形管道、矩形管道中的多種液體、氣體和蒸汽（過熱蒸汽和飽和蒸汽）的流量，并以其壓力損失小、安裝方便等優(yōu)點(diǎn)逐漸取代孔板和其它檢測元件，在電力、石油、 化工、輕紡、冶金等工業(yè)中得到廣泛應(yīng)用，最重要的是阿牛巴流量計(jì)非常好地解決了其它流量計(jì)在大口徑管道測量上的許多問題。但阿牛巴流量計(jì)從設(shè)計(jì)、制造到安裝使用，都要求十分嚴(yán)格，只要其中一個(gè)環(huán)節(jié)稍加不慎，就可造成很大誤差。

1 結(jié)構(gòu)和測量原理

圖1 阿牛巴流量計(jì)結(jié)構(gòu)
阿牛巴流量計(jì)的結(jié)構(gòu)如圖1 所示，它有一根沿直徑插入管道中的中空金屬桿，在迎向流體流動(dòng)方向有成對(duì)的測壓孔，一般說來是兩對(duì)，但也有一對(duì)或多對(duì)的，其中空金屬桿外形似笛子。迎流面的多點(diǎn)測壓孔測量的是總壓，與全壓管相連通，引出平均全壓P1，背流面的中心處一般開有一只孔，與靜壓管相通，引出靜壓P2。阿牛巴流量計(jì)是利用測量流體的全壓與靜壓之差來測量流速的，是一種差壓式檢測桿流量計(jì)，阿牛巴的檢測桿輸出差壓（△p）和流體平均速度（v），可根據(jù)經(jīng)典的伯努利方程得

由式（2）可以看出，阿牛巴流量計(jì)系統(tǒng)的實(shí)質(zhì)是對(duì)差壓△P 的測量，其測量原理如圖2 所示，這是所有差壓式流量計(jì)的共同特性，技術(shù)是通用的，即采用差壓變送器把△P 轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的機(jī)械信號(hào)或電信號(hào)。

圖2 測量原理圖
2 影響流量計(jì)精度的因素和解決措施

① 阿牛巴流量計(jì)的差壓式檢測桿上各取壓孔處的流速是不同的，各取壓孔之間存在一定的壓力差，這樣，各取壓孔之間就有介質(zhì)流動(dòng)，流動(dòng)介質(zhì)中的雜物就會(huì)產(chǎn)生埋積，形成堵塞，時(shí)間一長就會(huì)造成差壓損失。目前阿牛巴制造廠雖然聲稱測量傳感器的抗堵塞問題已能解決，但由于各生產(chǎn)工藝的特殊情況，筆者還是建議加裝必要的附屬設(shè)備如雜物過濾裝置等，以確保儀表正常工作（可和供貨商協(xié)商具體的做法）。

② 從流量的基本公式可知，只要有效地測出檢測桿的輸出差壓△P，就可測出流體的流量值。長期以來檢測桿背壓檢測孔一直只用一個(gè)測孔，人們認(rèn)為檢測桿檢測孔按規(guī)范要求已處于位勢(shì)流中，而位勢(shì)流的前題是管道橫截面上各點(diǎn)靜壓均相等，沒有橫向流動(dòng)，從這個(gè)角度來看，一個(gè)背壓檢測孔已足夠。為了防止流體的流量在檢測過程中阻塞背壓檢測孔，可采用多孔的背壓取壓，這已經(jīng)開始應(yīng)用在檢測桿流量傳感器上。

③ 流量系數(shù)K 不穩(wěn)定，造成流量不穩(wěn)定。對(duì)圓形截面的檢測桿來說，當(dāng)雷諾數(shù)Re 處于105至106之間時(shí)，流量系數(shù)K 不穩(wěn)定，它的穩(wěn)定區(qū)域是在雷諾數(shù)Re<105和Re＞106。這主要是由于圓形截面的阻力件自身存在著“阻力危機(jī)”而引起的。流體流經(jīng)圓管因分離點(diǎn)不同而導(dǎo)致圓管在迎流流體時(shí)引起的壓力分布不同，從而引起流量系數(shù)K 的變化。采用菱形截面的檢測桿可以克服圓形截面這一不穩(wěn)定區(qū)。菱形截面無論雷諾數(shù)的數(shù)值Re 是多少，其分離點(diǎn)都是確定不變的，從而較好地解決了檢測桿流量傳感器在檢測液體、氣（汽）體流量時(shí)不穩(wěn)定區(qū)的困難。
3 選型和安裝

① 阿牛巴流量計(jì)的機(jī)械尺寸是根據(jù)安裝管道的尺寸量身定制的，其測量范圍是根據(jù)工藝提供的流量數(shù)據(jù)計(jì)算和標(biāo)定的。選型時(shí)，一定要給制造商提供正確的流量數(shù)據(jù)和管道尺寸，管道尺寸包括外徑和壁厚。流量計(jì)必須按標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行安裝，才能保整個(gè)測量系統(tǒng)的測量誤差在允許的范圍內(nèi)。

② 檢測桿傳感器前部管道必須確保有7D～9D 的直管道長度（此數(shù)據(jù)各生產(chǎn)廠商提供的資料不一，從3D 至30D 全有），才能使大管道內(nèi)液、氣（汽）體的流速盡量對(duì)稱分布于軸線。只有這樣，測得幾點(diǎn)的流速才能推算流經(jīng)整個(gè)截面的流量，否則大管道內(nèi)液、氣（汽）體的流速分布將會(huì)很復(fù)雜，流量系數(shù)K 的波動(dòng)將會(huì)很大，不能保測量的精確度。但在實(shí)際的工藝設(shè)計(jì)中不可能保有很長的直管道。筆者認(rèn)為如確定選用某種形式的阿牛巴流量計(jì)，可和供貨商商量在保系統(tǒng)的重復(fù)性前提下，盡量縮短直管道，有關(guān)資料記載，只要測管直徑和工藝管徑之比小于1/10，前部管道的直管道長度可降到3D～4D。

③ 檢測桿傳感器的總壓孔必須正對(duì)流向，偏差不大于7°，如圖3 所示。


檢測桿應(yīng)沿管道直徑方向插入到底，如圖4 所示。


對(duì)于垂直管道檢測桿可安裝在管道水平面沿管道圓周360°的任何位置上（圖5a）。高低引壓管應(yīng)處于同一平面上；對(duì)于水平管道，測量時(shí)向下側(cè)傾斜安裝（圖5b）。


流量計(jì)能否準(zhǔn)確測量和其使用壽命的長短與是否安裝正確有直接的關(guān)系，一旦流量計(jì)安裝完畢，則影響流量計(jì)精度的系統(tǒng)誤差就會(huì)始終相伴，很難從軟件上消除。正確的安裝方式可參照差壓式流量計(jì)安裝規(guī)范進(jìn)行，這里不再贅述。

④ 檢測桿通過接頭固定在管道上，擰緊接頭后，檢測桿不得松動(dòng)與泄漏。管道振動(dòng)和流體沖擊會(huì)使檢測桿固定頭松動(dòng)脫落，造成檢測桿斷裂損壞，影響準(zhǔn)確測量和造成經(jīng)濟(jì)損失。

3 標(biāo)定問題

為能保阿牛巴流量計(jì)的精確度，最好還是在現(xiàn)場進(jìn)行實(shí)流標(biāo)定。盡管每支阿牛巴都由制造廠在中國氣象局的風(fēng)洞中進(jìn)行了標(biāo)定，已給出了儀表系數(shù)，但在風(fēng)洞均勻流場下游，不能提供多種規(guī)格和足夠長的直管段，也難以實(shí)施準(zhǔn)確的標(biāo)定。又由于現(xiàn)場管徑較大(DN1000mm 以上)，而且標(biāo)定時(shí)管路的參比條件、流體種類、環(huán)境等與實(shí)際測量的流體不同，特別是現(xiàn)場直管段長度不夠，工藝條件較復(fù)雜，管道粗糙度對(duì)流速分布系數(shù)的影響隨使用時(shí)間的改變很難掌握，流量計(jì)所處的管段前后阻力件之間直管段長度不足所引起的儀表系數(shù)變化的修正系數(shù)目前還缺乏成熟的試驗(yàn)數(shù)據(jù)。據(jù)有關(guān)資料要求，一般可在現(xiàn)場直接校驗(yàn)確定。而現(xiàn)場校驗(yàn)存在的問題較多，因而難免在測量中產(chǎn)生附加誤差。計(jì)量部門可根據(jù)新裝并正常運(yùn)行時(shí)的計(jì)量數(shù)據(jù)、生產(chǎn)狀況、產(chǎn)量等因素作為參考，將儀表計(jì)量檢測數(shù)據(jù)升華為計(jì)量結(jié)算數(shù)據(jù)。

5 應(yīng)用注意事項(xiàng)

① 應(yīng)足夠重視流量儀表結(jié)構(gòu)和工作原理,特別是一件新穎的儀表,使用前要充分的了解它的結(jié)構(gòu)和工作原理,才能對(duì)其進(jìn)行正確的安裝，并對(duì)使用過程中出現(xiàn)的問題作出準(zhǔn)確的判斷和排除，杜絕盲目性。

② 注重流量儀表的維護(hù)保養(yǎng)，是提高儀表的使用壽命和準(zhǔn)確度的重要措施，儀表維護(hù)及技術(shù)人員一定要養(yǎng)成良好的操作習(xí)慣。