德爾塔巴流量計在礦用風(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

2.1 結(jié) 構(gòu)

德爾塔巴流量計有特殊的檢測探頭，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的探頭畫出簡易圖，并對該圖進(jìn)行仿真處理，模擬實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

德爾塔巴流量計是基于差壓式流量計的工作原理，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，直接計算管道內(nèi)流體的流量。

德爾塔巴流量計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 德爾塔巴流量計的工作原理Fig.2 Working principle of Delta flowmeter

3 德爾塔巴流量計在風(fēng)筒測量中的應(yīng)用

差壓流量計憑借其性價比高、安裝和維修方便、使用壽命長等優(yōu)點，在礦用風(fēng)筒檢測中廣泛應(yīng)用。差壓流量計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在風(fēng)筒測量中的優(yōu)勢。

3.1 流量計性能對比

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

表1 流量計在風(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

孔板流量計和文丘里流量計體積大，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就會上升，價格昂貴的同時也不便于拆裝，無論從造價、安裝還是維護(hù)工作量都無法滿足實際要求。德爾塔巴流量計作為插入式流量計，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 德爾塔巴流量計安裝位置

經(jīng)過調(diào)研發(fā)現(xiàn)德爾塔巴流量計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按照1.0%精度進(jìn)行選擇。

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

由于每次試驗風(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 計算），后直管段長度至少為4.8 m。

在此次實際安裝中，測量斷面A 處德爾塔巴流量計前直管段長度為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 實驗注意事項

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

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

（3）隨著實驗使用次數(shù)增加，風(fēng)筒測量系統(tǒng)開機頻繁次數(shù)增加時，在德爾塔巴流量計高壓區(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，可能會導(dǎo)致德爾塔巴流量計探頭的堵塞。

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

4 結(jié) 語

本文通過不同差壓流量計的性能對比，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在風(fēng)筒測試線中安裝位置既能滿足流量計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，表明該流量計在風(fēng)筒測量中的優(yōu)勢。