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阿牛巴流量计工作原理及计算公式

时间:2018-07-13
 
阿牛巴(Annubar)流量计(又称笛形阿牛巴流量计)是根据皮托管测速原理发展起来的一种新型差压流量检测元件,它输出为差压信号,与测量差压的仪器仪表配套使用,可准确测量圆形管道、矩形管道中的多种液体、气体和蒸汽(过热蒸汽和饱和蒸汽)的流量,并以其压力损失小、安装方便等优点逐渐取代孔板和其它检测元件,在电力、石油、 化工、轻纺、冶金等工业中得到广泛应用,最重要的是阿牛巴流量计非常好地解决了其它流量计在大口径管道测量上的许多问题。但阿牛巴流量计从设计、制造到安装使用,都要求十分严格,只要其中一个环节稍加不慎,就可造成很大误差。 
1 结构和测量原理
阿牛巴流量计的结构如图1 所示,它有一根沿直径插入管道中的中空金属杆,在迎向流体流动方向有成对的测压孔,一般说来是两对,但也有一对或多对的,其中空金属杆外形似笛子。迎流面的多点测压孔测量的是总压,与全压管相连通,引出平均全压P1,背流面的中心处一般开有一只孔,与静压管相通,引出静压P2。阿牛巴流量计是利用测量流体的全压与静压之差来测量流速的,是一种差压式检测杆流量计,阿牛巴的检测杆输出差压(△p)和流体平均速度(v),可根据经典的伯努利方程得出: 
V= K×(2/ρ×△P)1/2 
式中;△P—全压与静压之差,kPa; 
ρ—流体在工作状态下的密度Kg/m3; 
k—校正系数。 
如果用流量来表示,其流量计算基本公式为 
Qv=K×π/4×D2(2ΔP/р)1/2 
式中:Qv—流经测量管的流体流量m3/h; 
D—测量管内径mm。 
由式(2)可以看出,阿牛巴流量计系统的实质是对差压△P 的测量,其测量原理如图2 所示,这是所有差压式流量计的共同特性,技术是通用的,即采用差压变送器把△P 转换成相应的机械信号或电信号。
2 影响流量计精度的因素和解决措施 
① 阿牛巴流量计的差压式检测杆上各取压孔处的流速是不同的,各取压孔之间存在一定的压力差,这样,各取压孔之间就有介质流动,流动介质中的杂物就会产生埋积,形成堵塞,时间一长就会造成差压损失。目前阿牛巴制造厂虽然声称测量传感器的抗堵塞问题已能解决,但由于各生产工艺的特殊情况,笔者还是建议加装必要的附属设备如杂物过滤装置等,以确保仪表正常工作(可和供货商协商具体的做法)。 
② 从流量的基本公式可知,只要有效地测出检测杆的输出差压△P,就可测出流体的流量值。长期以来检测杆背压检测孔一直只用一个测孔,人们认为检测杆检测孔按规范要求已处于位势流中,而位势流的前题是管道横截面上各点静压均相等,没有横向流动,从这个角度来看,一个背压检测孔已足够。为了防止流体的流量在检测过程中阻塞背压检测孔,可采用多孔的背压取压,这已经开始应用在检测杆流量传感器上。 
③ 流量系数K 不稳定,造成流量不稳定。对圆形截面的检测杆来说,当雷诺数Re 处于105至106之间时,流量系数K 不稳定,它的稳定区域是在雷诺数Re<105和Re>106。这主要是由于圆形截面的阻力件自身存在着“阻力危机”而引起的。流体流经圆管因分离点不同而导致圆管在迎流流体时引起的压力分布不同,从而引起流量系数K 的变化。采用菱形截面的检测杆可以克服圆形截面这一不稳定区。菱形截面无论雷诺数的数值Re 是多少,其分离点都是确定不变的,从而较好地解决了检测杆流量传感器在检测液体、气(汽)体流量时不稳定区的困难。 
④ 阿牛巴流量计根据皮托管测速原理,通过测总静压来推算流量,常用于大口径管道液、气(汽)体流量测量,它产生差压一般都比较小,最小可能只有20Pa~30Pa,为此要尽量避免使用长的引压管,选用高精确度的微差压变送器,如霍尼韦尔、EJA 差压变送器等,最好的方案是采用检测杆、三阀组、差压变送器一体化的直接安装方式,如LG-A 系列一体化智能型阿牛巴流量计,不但可以减少使用引压管而引起的泄漏,还可补偿受温度、压力的变化而变动的差压信号失真等问题。 
3 选型和安装 
① 阿牛巴流量计的机械尺寸是根据安装管道的尺寸量身定制的,其测量范围是根据工艺提供的流量数据计算和标定的。选型时,一定要给制造商提供正确的流量数据和管道尺寸,管道尺寸包括外径和壁厚。流量计必须按标准进行安装,才能保证整个测量系统的测量误差在允许的范围内。 
② 检测杆传感器前部管道必须确保有7D~9D 的直管道长度(此数据各生产厂商提供的资料不一,从3D 至30D 全有),才能使大管道内液、气(汽)体的流速尽量对称分布于轴线。只有这样,测得几点的流速才能推算流经整个截面的流量,否则大管道内液、气(汽)体的流速分布将会很复杂,流量系数K 的波动将会很大,不能保证测量的精确度。但在实际的工艺设计中不可能保证有很长的直管道。笔者认为如确定选用某种形式的阿牛巴流量计,可和供货商商量在保证系统的重复性前提下,尽量缩短直管道,有关资料记载,只要测管直径和工艺管径之比小于1/10,前部管道的直管道长度可降到3D~4D。 

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