[導(dǎo)讀] 介紹了威力巴流量計的工作原理、計算方法、基本結(jié)構(gòu)、性能特點(diǎn)和應(yīng)用情況。
隨著企業(yè)管理工作的不斷加強(qiáng)，對流量計的穩(wěn)定、準(zhǔn)確、可靠要求也越來越高，各種不同的流量計被廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)中。傳統(tǒng)的孔板式流量計由于節(jié)流裝置壓損大、磨損嚴(yán)重、安裝管段長、難于拆洗、量程比小、大管徑安裝困難等缺點(diǎn)逐步被新型流量計取代。威力巴流量計為美國VERIS公司推出的差壓式、速率平均式流量傳感器，獨(dú)特的結(jié)構(gòu)徹底解決了傳統(tǒng)均速管存在的問題。其精度、重復(fù)精度、可靠性、防堵性已達(dá)到一個新的高度，是較為理想的插入式差壓流量計。
1 測量原理
威力巴流量計為差壓式流量計，其測量原理和其他差壓式流量計相同，遵循伯努利方程（能量守恒定律）和流體連續(xù)方程（質(zhì)量守恒定律）。當(dāng)流體流過探頭時，在其前部產(chǎn)生一個高壓分布區(qū)，高壓分布區(qū)的壓力略高于管道的靜壓。根據(jù)伯努利方程原理，流體流過探頭時速度加快，在探頭后部產(chǎn)生一個低壓分布區(qū)，低壓分布區(qū)的壓力略低于管道的靜壓。流體從探頭流過后在探頭后部產(chǎn)生部分真空，并且在探頭的兩側(cè)出現(xiàn)漩渦，充滿管道的流體流經(jīng)管道內(nèi)的威力巴探頭，在探頭的前、后側(cè)產(chǎn)生壓力差（或稱差壓）。威力巴流量計均速流量探頭能精確地檢測到由流體的平均速度所產(chǎn)生的平均差壓。流體的流速越大，產(chǎn)生的差壓越大。通過測量差壓的實(shí)測值，能確定流過威力巴探頭的流量大小。流量測量式為
（1）
式中qv——流體的體積流量，m3/s
K——工作狀態(tài)下威力巴的流量系數(shù)
Y&UPSilon;——工作狀態(tài)下流體流過威力巴時的流束膨脹系數(shù)（對不可壓縮流體Yυ=1，可壓縮性流體，Yυ<1）；
S——工作狀態(tài)下管道橫截面積，m2；
Δp——差壓，Pa
ρ——工作狀態(tài)下的流體密度，kg/m3。
根據(jù)式（1），只要確定流量系數(shù)就可以直接計算流體的體積流量。
2 流量系數(shù)K的確定
根據(jù)空氣動力學(xué)、流體力學(xué)、邊界層理論和實(shí)際流體測試數(shù)據(jù)，VERIS公司建立了威力巴流量計探頭的流量系數(shù)K的數(shù)學(xué)分析模型：
（2）
式中Cb——探頭尺寸；
βυ——探頭截面與管道截面的面積比；
C∞——取壓孔位置。
K主要取決于探頭尺寸、取壓孔位置和探頭截面與管道截面的面積比，其變化與流體雷諾數(shù)變化無關(guān)，精度可達(dá)±0.5%，比其他流量計精確度高。
3 威力巴流量計技術(shù)特點(diǎn)
威力巴是一種彈頭型斷面的均速管。威力巴（探頭）迎向流體的取壓孔讀取高壓信號；側(cè)后兩面的取壓孔讀取低壓信號。通過引壓管將威力巴探頭測得的差壓信號與差壓變送器連接，變成電信號傳至二次儀表（計算機(jī)系統(tǒng)），構(gòu)成流量測量系統(tǒng)。
3.1 流量系數(shù)穩(wěn)定
威力巴流量計彈頭型斷面的探頭有明顯的拐點(diǎn)，使流體通過探頭后流體分離點(diǎn)固定，流量系數(shù)K的穩(wěn)定性好。威力巴探頭成功應(yīng)用了流體邊界層理論研究的成果。在探頭前端表面進(jìn)行粗糙化處理并加防淤槽，相當(dāng)于加入一個紊流發(fā)生器，使探頭不再形成邊界層流而始終保持邊界紊流，降低流體牽引力和渦街脫落力，并使流體產(chǎn)生穩(wěn)定的流線，從而使流量系數(shù)K更加穩(wěn)定。
3.2 防堵塞性好
灰塵、沙子和顆粒在渦街力的作用下，集中在探頭的尾部。其他均速管探頭由于低壓取壓孔取在探頭尾部，在渦街力的作用下，探頭很快被渦街力帶來的雜質(zhì)堵塞。雖然可以采取增設(shè)吹掃裝置等措施，但無法從根本上解決堵的問題，因而影響正常計量。
威力巴探頭的高壓測孔因彈頭形狀的前部較寬，形成高壓區(qū)，阻止流體中固體顆粒的進(jìn)入。低壓取壓孔取在側(cè)后兩邊，在流體與探頭的分離點(diǎn)之前，避開了渦流影響的半真空區(qū)域，避免了渦流帶來的雜質(zhì)對取壓孔的堵塞。其防堵塞性能優(yōu)于其他均速管探頭。正是威力巴探頭獨(dú)特的防堵設(shè)計，為煤氣等較臟流體的準(zhǔn)確測量提供了應(yīng)用空間。
3.3 一體化結(jié)構(gòu)高精度取壓
獨(dú)有高強(qiáng)度子彈頭形單片雙腔結(jié)構(gòu)，使其內(nèi)部成一體化結(jié)構(gòu)，避免了信號滲漏，提高了探頭結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，能夠保持長期的高精度測量。
3.4 測得真實(shí)的平均流速
威力巴探頭插入管道后，探頭通過流體的整個速度剖面。探頭上有多個取壓孔，其位置經(jīng)面積積分后確立。通過多孔均速取壓，所測信號能反映流體截面真實(shí)的平均流速。即使直管不足夠長或流體波動較大，也能準(zhǔn)確測得真實(shí)流量。
3.5 性能指標(biāo)
威力巴探頭具有量程比寬、管道的永久性壓力損失低、安裝方便、基本免維護(hù)、使用壽命長等特點(diǎn)，可用于38~12000mm各種材質(zhì)的圓管、方管的流量測量。常規(guī)產(chǎn)品工作壓力為10MPa，工作溫度為427°C。特殊產(chǎn)品工作壓力為40MPa，工作溫度為800°C。
4 威力巴流量計安裝
4.1 威力巴探頭安裝
為了得到精確的流量測量，要選取合理的安裝位置，滿足威力巴流量計直管段的要求。一般前直管段為管道直徑的10倍，后直管段為管道直徑的5倍。核實(shí)正確的管道流向，區(qū)分水平管和垂直管以及測量介質(zhì)對探頭的安裝要求。對空氣和氣體類介質(zhì)，威力巴安置在圓管上部160°的任何方位；對于液體和蒸汽類介質(zhì)，威力巴探頭安置在圓管下部160°的任何方位。對于液體可使任何氣泡回流到管道中；對于蒸汽允許冷凝水進(jìn)入儀器管道流入冷凝管道中。對于垂直管道，威力巴可安裝在圍繞垂直管道的任何方位（要滿足直管段的要求）。
4.2 差壓變送器安裝
對于液體和蒸汽類介質(zhì)，變送器必須安置在低于威力巴的位置。對于空氣和氣體類介質(zhì)，變送器必須安置在高于威力巴的位置。
5 威力巴流量計的應(yīng)用
由于威力巴流量計具有安裝方便、壓損小、基本免維護(hù)、使用壽命長等特點(diǎn)，在電廠得到了廣泛應(yīng)用。康平電廠在凝結(jié)水流量、小機(jī)進(jìn)汽流量、凝結(jié)水補(bǔ)水流量及鍋爐側(cè)水流量等多處選用了威力巴流量計。
威力巴流量計計算書中介紹了傳感器型、支撐結(jié)構(gòu)、探頭規(guī)格和差壓接管方式以及主要參數(shù)計算。對于小機(jī)進(jìn)汽流量，經(jīng)過溫度補(bǔ)償后流量公式為
（3）
式中ρ為溫度和壓力參數(shù)。由于密度差壓的微小變化，對流量會引起大幅的變化，對于溫度、壓力、差壓的測量精度要求就非常嚴(yán)格。溫度可以采用高精度的熱阻，壓力和差壓必須選用高精度的變送器和差壓變送器。威力巴流量計對流體的壓縮很小，取得的差壓也較小。對于差壓的測量，盡量選用精度高量程適合的差壓變送器。
6 結(jié)束語
本文闡述了威力巴流量計的工作原理及其在生產(chǎn)中的應(yīng)用。威力巴流量計具有穩(wěn)定的流量系數(shù)、高精度取壓、管道永久性壓力損失低、安裝方便、基本免維護(hù)等特點(diǎn)。缺點(diǎn)為流量計由于對流體的壓縮很小，取得的差壓較小，對流速很低的流體測量效果不是很理想。另外，威力巴流量計對于溫度、壓力、差壓的測量要求高，應(yīng)當(dāng)選擇高精度變送器、差壓變送器和熱阻。