德爾塔巴流量計(jì)在礦用風(fēng)筒通風(fēng)性能測試中的應(yīng)用

高 姍，鄭 鑫，趙歡歡

（1.河北煤炭科學(xué)研究院有限公司，河北 邢臺 054000；2.河北邁安檢測服務(wù)有限公司，河北 邢臺 054000）

1 概 況

風(fēng)筒通風(fēng)性能主要指漏風(fēng)率和風(fēng)阻，是風(fēng)筒通風(fēng)質(zhì)量的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，也是判定產(chǎn)品質(zhì)量好壞的依據(jù)。以正壓風(fēng)筒通風(fēng)阻力測試為例，依據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)，測量斷面A 和測量斷面B 之間的風(fēng)阻h 計(jì)算公式為：

式中：△pAB為測量斷面A、B 之間的靜壓差；ρA、ρB為測量斷面的空氣密度；qmA、qmB為測量斷面的質(zhì)量流量；AA、AB為測量斷面的截面積。

故測量斷面處壓差測量是通風(fēng)阻力測量過程中的關(guān)鍵，測量裝置的正確選型及安裝也是測量數(shù)據(jù)準(zhǔn)確可靠的保障。

2 德爾塔巴流量計(jì)

2.1 結(jié) 構(gòu)

德爾塔巴流量計(jì)有特殊的檢測探頭，該探頭前后段有分布不均勻的取壓口，檢測探頭的長度能夠橫穿管道內(nèi)部且與管道垂直，本文針對德爾塔巴流量計(jì)的探頭畫出簡易圖，并對該圖進(jìn)行仿真處理，模擬實(shí)際中探頭前后段的速度云圖，如圖1 所示。從圖中可以看出，德爾塔巴流量計(jì)探頭截面形狀大約為四邊形，該四邊形橫截面能使高低壓區(qū)的分界更明顯，從而產(chǎn)生了前后段不同的差壓值。

圖1 德爾塔巴流量計(jì)探頭橫截面流速圖Fig.1 Cross-sectional velocity diagram of Delta flowmeter probe

2.2 工作原理

德爾塔巴流量計(jì)是基于差壓式流量計(jì)的工作原理，通過特殊探頭插入管道內(nèi)，該探頭前后兩段有分布不均勻的取壓孔，并通過二次儀表對兩端的取壓孔進(jìn)行測量并計(jì)算得到前后段的壓力平均值，根據(jù)流體的流量特性，在管道內(nèi)流體的速度分布是接近于管道外徑流速越慢，接近于管道中心流速越快，基于此情況形成差壓，并通過二次儀表顯示，直接計(jì)算管道內(nèi)流體的流量。

德爾塔巴流量計(jì)檢測探頭長度等于管道內(nèi)徑，探頭前后兩段分布著一排不均勻的孔，分別是高壓孔和低壓孔，迎流面的取壓孔為高壓，背流面的取壓孔為低壓，高壓孔對應(yīng)的引壓孔（+）和低壓孔對應(yīng)的引壓孔（-）如圖2 所示。通過差壓變送器分別測量兩段高壓孔和低壓孔的壓力值，并分別計(jì)算平均值，得到探頭前后端之間的差壓值，帶入式（1）得到相應(yīng)流量值。

圖2 德爾塔巴流量計(jì)的工作原理Fig.2 Working principle of Delta flowmeter

3 德爾塔巴流量計(jì)在風(fēng)筒測量中的應(yīng)用

差壓流量計(jì)憑借其性價(jià)比高、安裝和維修方便、使用壽命長等優(yōu)點(diǎn)，在礦用風(fēng)筒檢測中廣泛應(yīng)用。差壓流量計(jì)主要包含用于測量管道內(nèi)差壓信號的一次裝置（檢測件）和用于顯示和轉(zhuǎn)換的差壓信號的二次儀表。隨著科技的發(fā)展，差壓式流量計(jì)的外觀、尺寸、精度和出入口參數(shù)等方面一直在不斷更新。對不同流量計(jì)在風(fēng)筒測量中的能力進(jìn)行對比和分析，并表明德爾塔巴流量計(jì)在風(fēng)筒測量中的優(yōu)勢。

3.1 流量計(jì)性能對比

目前煤礦企業(yè)廣泛使用的差壓流量計(jì)大概為德爾塔巴流量計(jì)、孔板流量計(jì)、文丘里流量計(jì)和皮托管流量計(jì)，在礦用風(fēng)筒檢測實(shí)驗(yàn)平臺中對這幾種流量計(jì)的性能進(jìn)行對比，結(jié)果見表1。

表1 流量計(jì)在風(fēng)筒檢測中性能對比Table 1 Performance comparison of flowmeter in air duct detection

結(jié)合應(yīng)用實(shí)例，風(fēng)筒通風(fēng)性能檢測裝置測量斷面A 和測量斷面B 的測量位置如圖3 所示。圖中標(biāo)號2 為測試風(fēng)筒，風(fēng)筒直徑300～1 600 mm，根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)要求，測量斷面A 和B 串接在測試風(fēng)筒中間，并且兩斷面間距不少于50 m，所以測量斷面A 和B 的直徑也需要隨風(fēng)筒直徑進(jìn)行變換。

圖3 風(fēng)筒通風(fēng)性能測量裝置示意圖Fig.3 Schematic diagram of ventilation performance measuring device for air duct

孔板流量計(jì)和文丘里流量計(jì)體積大，在大管徑應(yīng)用場合使用具有一定局限性，對于這些直徑大于800 mm 以上的管徑，孔板本身、文丘里噴嘴以及兩邊加持的法蘭造價(jià)就會(huì)上升，價(jià)格昂貴的同時(shí)也不便于拆裝，無論從造價(jià)、安裝還是維護(hù)工作量都無法滿足實(shí)際要求。德爾塔巴流量計(jì)作為插入式流量計(jì)，結(jié)構(gòu)簡單，安裝方便而且便于拆裝、存放，對直管段前后要求較低，因此選擇德爾塔巴流量計(jì)作為測量斷面A 和B 位置的流量測量裝置。

3.2 德爾塔巴流量計(jì)安裝位置

經(jīng)過調(diào)研發(fā)現(xiàn)德爾塔巴流量計(jì)的前后直管段的長度不同對測量結(jié)果的精度有影響，表2 中給出了不同精度下，德爾塔巴流量計(jì)安裝位置處前后直管段的要求，依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)要求測量精度應(yīng)不低于1.0%，所以在安裝位置選擇時(shí)按照1.0%精度進(jìn)行選擇。

表2 德爾塔巴流量計(jì)安裝位置要求Table 2 Installation position requirements of Delta flowmeter

由于每次試驗(yàn)風(fēng)筒直徑不同，需要根據(jù)不同風(fēng)筒直徑，更換變徑管道（圖3 中序號1 位置），對于前后有管道放大-收縮和收縮-放大的流量計(jì)位置對直管段要求相同，若要達(dá)到1%測量精度，德爾塔巴流量計(jì)安裝位置處前直管段長度至少為6.4 m（按照最大風(fēng)筒直徑1 600 mm 計(jì)算），后直管段長度至少為4.8 m。

在此次實(shí)際安裝中，測量斷面A 處德爾塔巴流量計(jì)前直管段長度為25 m，后直管段長度為50 m，測量斷面B 處德爾塔巴流量計(jì)前直管段長度為50 m，后直管段長度為25 m，充分保證了測量精度1%要求下直管段要求。

3.3 實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)

（1）風(fēng)筒測量時(shí)，風(fēng)筒檢測管道占地面積較大，接觸外界環(huán)境足夠大，不能保證測試實(shí)驗(yàn)室是無塵實(shí)驗(yàn)室，成本較高，空氣中有直徑較小的顆粒能夠直接進(jìn)入德爾塔巴流量計(jì)的取壓孔內(nèi)，因此隨著實(shí)驗(yàn)次數(shù)的增加，德爾塔巴流量計(jì)中探頭中取壓孔容易堵住。

（2）當(dāng)管道處于停止檢測時(shí)，由于空氣中粉塵分子的布朗運(yùn)動(dòng)，管道內(nèi)部取壓孔有可能堵住。

（3）隨著實(shí)驗(yàn)使用次數(shù)增加，風(fēng)筒測量系統(tǒng)開機(jī)頻繁次數(shù)增加時(shí)，在德爾塔巴流量計(jì)高壓區(qū)形成的瞬間，管道內(nèi)直徑較小顆粒大概率進(jìn)入取壓孔，可能會(huì)導(dǎo)致德爾塔巴流量計(jì)探頭的堵塞。

針對以上3 種情況，解決方法是隨著時(shí)間的增加，應(yīng)定期清理德爾塔巴流量計(jì)的取壓孔。

4 結(jié) 語

本文通過不同差壓流量計(jì)的性能對比，結(jié)合風(fēng)筒通風(fēng)性能測試需求，選取德爾塔巴流量計(jì)作為測量斷面A 和測量斷面B 處的流量測量儀器。經(jīng)過分析確定德爾塔巴流量計(jì)在風(fēng)筒測試線中安裝位置既能滿足流量計(jì)對于前后直管段長度要求又能滿足標(biāo)準(zhǔn)對于測量精度的要求，表明該流量計(jì)在風(fēng)筒測量中的優(yōu)勢。