均速管流量测量评述

　　0　引言

　　均速管是基于皮托管(Pitot)测速原理发展起来的新型流量检测元件,它是由美国迪特里希标准公司(Dieterich Standard Inc)在60年代中期研制的产品,并注册了商标Annubar(中文音译阿牛巴、阿纽巴).均速管70年代随成套设备引入我国,由于制作简单、计算方便,国内制造厂已多达数十家.迪特里希标准公司将近期产品的一次检测元件称为1295型阿牛巴均速皮托管(Annubar Averaging Pitot tube),将配有差压变送器的均速管流量计称为ProBar体积流量计(ProBar Volumetric Flowmeter).美国威里斯(VERIS)公司也将其均速管检测元件的产品商标称为Verabar(威力巴).英国托巴流量计公司(TFL)将其1985年推出的均速管检测元件的产品称为TORBAR(托巴),将配有差压变送器的均速管流量计称为TRIBAR流量计.

　　与孔板等标准节流装置比较,均速管有以下特点:结构简单,易于加工,价格低廉;不可恢复的阻力损失小,大体只相当于标准节流装置的百分之几;安装工作量小,费用低,维护量小;性能稳定,不致因孔板边缘变形、磨损、正负压室间渗漏及杂质堆积导致长期使用精度降低;由于有多个检测孔的均压作用,因而降低了对直管段的要求.随管径增大,均速管的上述优势更加明显.

　　但均速管不是一种标准节流装置,试验数据相对较少,产品如不单独标定,精度不高;早期产品结构不合理,流量系数不稳定;早期产品检测脏污介质时测孔可能堵塞.这些都是测速管未能大量使用的主要原因.随着对均速管检测技术的深入研究,在检测杆形状、表面处理、材质、安装附件、流量计成套供货等方面均有新的发展,上述不足之处已有改进,本文将介绍这些新的发展.

　　1　检测杆

　　1.1　断面形状

　　均速管检测杆断面形状最早是圆形,因其取材方便.但很快就发现圆形均速管的流量系数K值在雷诺数Re <时基本不变,而在之间时,K值增大且分散,分散度约为±10%.进一步的研究表明:上述现象是由流体过圆管时分离点位置不固定造成的.由于均速管流量计算公式中流量与K值成正比,因而K值±10%的分散性将造成流量测量10%的误差.令人关心的是,K值分散性大的这段雷诺数范围对应的流体流速正是大多数气体在管道中正常流速值.

　　由此出现了菱形断面均速管,它突出的优点就是流体分离点的位置固定在菱形两侧尖锐的拐点上,因而其流量系数K值固定,流量测量精度也就大大提高了.目前迪特里希标准公司推出的1295型均速管采用的就是菱形断面,国内也有天津自动化仪表十厂、浙江杭州半山计量仪表厂,江苏江阴节流装置厂等生产菱形断面均速管.

　　随后又有人研究符合空气动力学原理的机翼形(或称流线形)断面的均速管,其流畅的外形与流体的流线吻合,检测杆尾部扩散区涡流作用小,阻力损失更小.国内学者姚春荣的专利是在尾端开负压取压孔,而江阴节流装置厂生产的三曲线机翼式测风装置,其核心仍是由多个机翼形均速管组成,而负压取压孔改在机翼形侧边断面最宽处(即流体流速最高处),以减少含尘气体可能引起的堵塞现象.机翼形断面均速管在前端按近圆形,分离点也是不固定的,而且当安装不正或因管道上游流体扰动引起流体方向与机翼中心不重合时,将产生一个提升力,使流线紊乱,分离点极不稳定,流量系数变化很大.