阿牛巴流量計工作原理及計算公式

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、原理、安裝和應用等方面，分析了運行過程中出現(xiàn)的故障，并提出了采取的解決措施，使其滿足計量精度的要求。
關鍵詞：阿牛巴流量計 安裝 檢測桿 標定

引 言

阿牛巴（Annubar）流量計（又稱笛形阿牛巴流量計）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，與測量差壓的儀器儀表配套使用，可準確測量圓形管道、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)中得到廣泛應用，最重要的是阿牛巴流量計非常好地解決了其它流量計在大口徑管道測量上的許多問題。但阿牛巴流量計從設計、制造到安裝使用，都要求十分嚴格，只要其中一個環(huán)節(jié)稍加不慎，就可造成很大誤差。

1 結(jié)構和測量原理

圖1 阿牛巴流量計結(jié)構
阿牛巴流量計的結(jié)構如圖1 所示，它有一根沿直徑插入管道中的中空金屬桿，在迎向流體流動方向有成對的測壓孔，一般說來是兩對，但也有一對或多對的，其中空金屬桿外形似笛子。迎流面的多點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，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，阿牛巴流量計系統(tǒng)的實質(zhì)是對差壓△P 的測量，其測量原理如圖2 所示，這是所有差壓式流量計的共同特性，技術是通用的，即采用差壓變送器把△P 轉(zhuǎn)換成相應的機械信號或電信號。

圖2 測量原理圖
2 影響流量計精度的因素和解決措施

① 阿牛巴流量計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，流動介質(zhì)中的雜物就會產(chǎn)生埋積，形成堵塞，時間一長就會造成差壓損失。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測孔，人們認為檢測桿檢測孔按規(guī)范要求已處于位勢流中，而位勢流的前題是管道橫截面上各點靜壓均相等，沒有橫向流動，從這個角度來看，一個背壓檢測孔已足夠。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。對圓形截面的檢測桿來說，當雷諾數(shù)Re 處于105至106之間時，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”而引起的。流體流經(jīng)圓管因分離點不同而導致圓管在迎流流體時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）體流量時不穩(wěn)定區(qū)的困難。
3 選型和安裝

① 阿牛巴流量計的機械尺寸是根據(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)計算和標定的。選型時，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。流量計必須按標準進行安裝，才能保整個測量系統(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）體的流速盡量對稱分布于軸線。只有這樣，測得幾點的流速才能推算流經(jīng)整個截面的流量，否則大管道內(nèi)液、氣（汽）體的流速分布將會很復雜，流量系數(shù)K 的波動將會很大，不能保測量的精確度。但在實際的工藝設計中不可能保有很長的直管道。筆者認為如確定選用某種形式的阿牛巴流量計，可和供貨商商量在保系統(tǒng)的重復性前提下，盡量縮短直管道，有關資料記載，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流向，偏差不大于7°，如圖3 所示。


檢測桿應沿管道直徑方向插入到底，如圖4 所示。


對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）。高低引壓管應處于同一平面上；對于水平管道，測量時向下側(cè)傾斜安裝（圖5b）。


流量計能否準確測量和其使用壽命的長短與是否安裝正確有直接的關系，一旦流量計安裝完畢，則影響流量計精度的系統(tǒng)誤差就會始終相伴，很難從軟件上消除。正確的安裝方式可參照差壓式流量計安裝規(guī)范進行，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，檢測桿不得松動與泄漏。管道振動和流體沖擊會使檢測桿固定頭松動脫落，造成檢測桿斷裂損壞，影響準確測量和造成經(jīng)濟損失。

3 標定問題

為能保阿牛巴流量計的精確度，最好還是在現(xiàn)場進行實流標定。盡管每支阿牛巴都由制造廠在中國氣象局的風洞中進行了標定，已給出了儀表系數(shù)，但在風洞均勻流場下游，不能提供多種規(guī)格和足夠長的直管段，也難以實施準確的標定。又由于現(xiàn)場管徑較大(DN1000mm 以上)，而且標定時管路的參比條件、流體種類、環(huán)境等與實際測量的流體不同，特別是現(xiàn)場直管段長度不夠，工藝條件較復雜，管道粗糙度對流速分布系數(shù)的影響隨使用時間的改變很難掌握，流量計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數(shù)據(jù)。據(jù)有關資料要求，一般可在現(xiàn)場直接校驗確定。而現(xiàn)場校驗存在的問題較多，因而難免在測量中產(chǎn)生附加誤差。計量部門可根據(jù)新裝并正常運行時的計量數(shù)據(jù)、生產(chǎn)狀況、產(chǎn)量等因素作為參考，將儀表計量檢測數(shù)據(jù)升華為計量結(jié)算數(shù)據(jù)。

5 應用注意事項

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

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