[导读] 介绍一种新型插入式差压流量计，阐述了该流量计的工作原理、结构、性能特点和应用情况，并与孔板式流量计进行了比较。
在工业上流量计的种类很多，即使是长期从事流量测量的专业人员，为选择一款最合适的流量计也会颇费斟酌。我部于1999年选用美国VERIS公司生产的Verabar（威力巴）均速流量探头，测量高炉煤气。经过五年多实践应用，该测量系统运行稳定、可靠，很好地解决了高炉煤气测量的难题。
1 工作原理及结构特点
威力巴是一种遵循伯努利方程的差压式均速管流量计。
式中：Q为体积流量；K为流体系数；C为流体常数；DP为差压式发生器产生的差压。
20世纪60年代美国出现了最早的商业用均速管流量计，经过近半个世纪的发展演变，均速管流量计形成了自己的一整套成熟理论，并且由于结构简单，装拆方便，其适用性非常广泛。纵观整个均速管的发展史，期间出现了各种式样的均速管，这些均速管之间的区别主要在于探头截面形状和低压取压孔位置的设计，因为这是影响均速管性能的最主要因素。
威力巴在这两方面的独特设计，使得其在整个均速管行业中处于领先的地位。
① 截面为子弹头形状（如图1所示）
美国VERIS公司根据临界流体动力学、空气动力学原理设计了子弹头形状的探头截面。子弹头截面形状所受到的牵引力最小，并使得流体与探头的分离点固定。
威力巴采用完整的金属腔一体化结构，避免了其它探头的三片式结构导致的腔室间渗漏，保证了长期精度并有助于提高探头的量程上限。探头表面进行粗糙处理并设置防淤槽，这种特殊设置可以控制探头表面的边界层，在较大范围内变化的流速下，保证了流体在探头表面的边界层都呈紊流状态，使得流体在低流速时探头仍可获得稳定精确的信号，延伸了探头量程下限。
② 低压取压孔位于探头侧后两边，探头与流体分离点之前
这种设计既避免了低压孔受涡流影响，又避免了低压孔被堵，使低压信号更稳定、精确。这是威力巴能本质防堵的关键所在，也是其性能优于其它各类均速管的奥妙所在。一般情况下，灰尘、沙子和颗粒在涡街力的作用下，集中在探头的后部。这就是为什么秋天的树叶总是集中在背风的房子后面的原因。其它的均速管由于低压取压孔取在探头尾部真空区，在涡街力的作用下，探头的低压取压孔很快地被涡流带来的杂质堵死。威力巴的独特设计，使低压取压孔位于探头侧后两边，流体分离点和尾迹区的前部。这种设计从本质上防止了堵塞并且能产生一个非常稳定的信号。
2 技术性能指标及软件支持
2.1 技术指标
长期测量精度：士1.0%
重复精度：士0.1%
适用压力：0~40MPa
适用温度：-180℃~+550℃
量程比：大于10：1
适用测量介质：气体、液体、蒸汽
测量管道：38~12000mm各种材质的方管、圆管
2.2 流体系数
所有的均速管流量计都是遵循伯努利方程的，在伯努利方程中系数也是反映某种均速管流量计性能的重要依据。除威力巴以外，其它所有的均速管生产厂家都是先到流体实验室测出他们产品的流体系数，然后在±1.0%的误差内想出一个符合这些试验数据的公式来。显然这样的做法是不科学的。
美国VERIS公司基于物理学、空气动力学和流体力学等理论，先从理论上推导出流体系数K的模型公式，然后再去流体实验室做各种流体实验，最终验证了系数精度在士0.5%之内。找到一种能够精确预测流体系数的方法是很重要的，因为探头通常是应用在未经实验检验过的流体介质、流体条件和管道尺寸情况下的。如果单凭实验室里有限的试验数据，怎么能代表现场复杂的工况情况呢?
威力巴的流体系数主要取决于探头尺寸、取压孔位置和探头截面与管道截面的面积比，是一个与流体雷诺数变化无关的常数。由此保证了威力巴探头的测量精度。
2.3 软件支持
美国VERIS公司开发了一款计算软件，每支探头使用前，都要根据流体条件进行差压计算和温度、压力分析，以准确的数据保证选用二次仪表及流量测量的准确。软件中结构共振分析程序对每一支探头都会模拟工况流体条件进行共振分析，保证了探头在实际应用中有足够的强度。
3 威力巴与孔板的比较
在使用威力巴前，莱钢的高炉煤气测量基本都使用孔板，孔板作为一种历史悠久的流量计，其测量理论成熟可靠，但其缺点也是众所周知的。孔板使用时间一长，精度会急剧下降，需要定期检测和清洗。像高炉煤气这样脏的介质，孔板的这一缺点会显得异常明显。
我部于1999年开始使用威力巴测量高炉煤气，经过五年的实践和摸索，威力巴与孔板相比，主要体现了以下一些优势。
① 安装极其简单、快捷，只需进行较小尺寸的焊接。安装费用比孔板至少节约了60%。管径越大，在安装上节约的费用越多。
② 威力巴采用非收缩节流设计，比孔板的永久压损至少低了95%以上。
③ 威力巴有“在线型”，即在不停产的情况下，可以方便地安装、维护，而不影响生产工艺的连续运行。
④ 威力巴和孔板相比更节能，详见表1。
表1 威力巴和孔板能耗比较表
压差信号/KPa
压力损失/KPa
损失功率kW
年运行费用/元
威力巴
1.080
0.0324
0.2275
1088
孔板
5.625
3.0938
27.65
135640
4 结束语
均速管流量计完全可以取代孔板来使用，我部之所以选择威力巴来代替孔板，主要还是看重其如上面所述的独特设计，具有广泛的应用前景。