1 引言

 

    由于受流量探頭的理論研究和制造技術(shù)的限制，早期的均速管的探頭形狀必須是完全對(duì)稱(chēng)的。到了20世紀(jì)90年代，流量探頭的研制技術(shù)得到了進(jìn)一步發(fā)展，出現(xiàn)了幾種較好的改進(jìn)形式，子彈頭形探頭便是其中之一。它的探頭結(jié)構(gòu)為一體化的單片雙腔金屬結(jié)構(gòu)。子彈頭形探頭的出現(xiàn)，是將流體動(dòng)力學(xué)理論應(yīng)用在探頭的精度、測(cè)量范圍、信號(hào)穩(wěn)定性和防堵性能的分析中。

 

    2 均速管流量探頭測(cè)量原理及存在問(wèn)題

 

    均速管和孔板等其它差壓流量傳感器一樣都遵循伯努利方程：

 

    

 

    其中：Q—管道內(nèi)的體積流量；K—流量系數(shù)；C—流量常數(shù)（常數(shù)）；DP—差壓。

 

 

 

圖1 均速管流量探頭

 

    在現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用中，由于介質(zhì)的不純凈，利用差壓原理進(jìn)行流量測(cè)量的均速管流量計(jì)普遍存在取壓口堵塞的問(wèn)題。一般情況下，灰塵、沙子和顆粒在渦流的作用下，集中在探頭的后部。早期的均速管流量計(jì)，無(wú)論是最初采用圓形探頭的皮托管、隨后出現(xiàn)的鉆石Ⅰ型探頭、鉆石II型探頭，還是橢圓形探頭，低壓取壓孔都取在探頭尾部低壓區(qū)，在渦流的作用下，探頭的低壓取壓孔很快地被渦流帶來(lái)的雜質(zhì)堵死，會(huì)影響到差壓測(cè)量的準(zhǔn)確和穩(wěn)定。

 

    3 子彈頭形均速管探頭的防堵塞設(shè)計(jì)

 

    子彈頭形均速管流量探頭以其卓越的防堵設(shè)計(jì)，使均速管流量探頭的防堵水平達(dá)到了新的高度。

 

    3.1 高壓取壓孔不會(huì)被堵

 

    探頭的前部形成高壓區(qū)，壓力略高于管道靜壓，阻止了顆粒進(jìn)入。在探頭的高壓取壓孔處流體的速度是零，沒(méi)有物體會(huì)進(jìn)入取壓孔。如圖2剛開(kāi)機(jī)時(shí)，流體在管道靜壓作用下，進(jìn)入彎管，很快形成了壓力平衡的狀態(tài)。當(dāng)壓力平衡狀態(tài)形成以后，彎管進(jìn)口處壓力比較高，流體將繞道而行，不再進(jìn)入彎管中。

 

 

 

圖2 流路原理

 

    3.2　低壓取壓孔實(shí)現(xiàn)本質(zhì)防堵

 

    子彈頭型均速管的獨(dú)特設(shè)計(jì)，使低壓取壓孔位于探頭側(cè)后兩邊，流體分離點(diǎn)和尾跡區(qū)的前部。這種設(shè)計(jì)從本質(zhì)上防止了堵塞并且能產(chǎn)生一個(gè)非常穩(wěn)定的信號(hào)（見(jiàn)圖3）。

 

 

 

圖3　防堵原理示意圖

 

    連續(xù)工作的子彈頭形均速管從根本上杜絕了堵的可能，但是在以下情況下，仍要注意防堵：

 

    （1）當(dāng)引壓管泄漏，探頭高壓平衡區(qū)遭到破壞，雜質(zhì)中直徑較小的顆粒就有可能進(jìn)入取壓孔。

 

    （2）當(dāng)管道處于停產(chǎn)時(shí)，由于分子的布朗運(yùn)動(dòng)，顆粒小的雜質(zhì)有可能進(jìn)入取壓孔。

 

    （3）系統(tǒng)頻繁開(kāi)停機(jī)，在高壓區(qū)形成的瞬間，顆粒小的雜質(zhì)有可能進(jìn)入取壓孔，日積月累，就有可能造成探頭的堵塞。

 

    （4）介質(zhì)中含有大量的焦油、藻類(lèi)生物，或者含有纖維狀的物質(zhì)，也有可能造成探頭的堵塞。

 

    4 子彈頭形均速管流量計(jì)性能指標(biāo)

 

    測(cè)量精度：近似±1%

    重復(fù)精度：±0.1%

    適用壓力：0~40MPa

    適用溫度：-180℃~550℃

    測(cè)量上限：取決于探頭強(qiáng)度

    測(cè)量下限：取決于測(cè)量最小差壓要求

    量程比：大于10∶1

    適用管徑：38mm~9，000mm圓管、方管適用介質(zhì)：滿管、單向流動(dòng)的、單相的氣體、蒸汽和粘度不大于10厘泊的液體