[导读] 本文以船用通风系统空气流量测量为基础，介绍一种新颖的差压式流量计，阐述了该流量计的工作原理、基本结构、性能特点和安装方法，对应用过程进行了分析，对应用的效果进行了总结。突出了该流量计在船用流量测量中的优势和应用前景。
1 引言
船用通风系统需要稳定的空气流量，以保证可靠的工作性能。目前我国现有的气体流量计，主要有孔板流量计、旋涡流量计和质量流量计等。从应用角度看，这些流量计均存在着不同的问题。孔板流量计有国家标准，用标准节流件、变送器和智能显示仪表组成，工作可靠、耐用，但是安装、调试、维护及使用不方便。而旋涡流量计比较先进，但安装也有一定的困难，而且防震性能较差，抗干扰能力差；质量流量计造价较高，运行要求直管段太长，不适合在舰船上使用。
VERIS公司推出了一种新型的均速流量计，称为威力巴（Verabar）流量计，但其性能与传统均速管流量计又有较大的改进。现就使用威力巴流量计测量空气流量的情况做一些探讨。
2 威力巴流量计工作原理
威力巴流量计是一种差压式、速率平均式传感器，把传感器插入管内的流体，通过传感器在流动的流体中所产生的差压进行流量测量，如图1。
威力巴流量计产生差压的原理如图2。和其他形状的均速管相比，威力巴探头部分有比较明显的差别，威力巴探头采用了根据空气动力学原理设计的子弹头外形，之所以这样改进，是因为其他形状的探头会存在一定的缺陷，如圆形探头有多个流体分离点，造成流量系数不稳定；菱形探头虽然流体分离点固定，但由于尖锐的边缘会产生很大的流体牵引力，引起探头震动和产生脉动的噪声信号；空气动力学形状探头由于高压区范围小，对流体迎角非常敏感，导致实际测量精度不可靠，测量误差大于10%。而威力巴探头这种子弹头形防渗漏单体探头，其流体分离点固定，并且克服了菱形探头的缺点，这样就有利于稳定流量系数，同时，威力巴探头采用了前部表面粗糙处理和防淤槽（在粗糙化表面和光滑表面的交界处加一条浅槽）。这样，无论对于高速还是低速流体，都会产生湍流边界层。使其达到降低牵引力和涡街脱落力的目的，并在很宽的流量范围内保证了精确的流量系数。这就相当于有了一个湍流发生器。使产生的差压信号更加稳定，其流量检测误差达±1.0%，重复性达±0.1%，量程比为10:1。
从图2中可以看出，流量计的低取压孔位于探头侧后两边，此区域是流体与探头分离点之前、远离涡流波动区域。这样的构造既保证了测量准确度，也使其在防堵方面得到非常大的改进。因为在探头的前部，高静压区绕着探头，使高压孔不会堵塞。而低压孔取在探头侧后两边，由于湍流发生器的作用，流体从表面斜而过，保护了低压孔不会被惊动，从而达到防堵的作用。如果把低压孔取在低压波动区域，就会增加堵塞的可能性，影响测量准确度。
威力巴传感器取得的差压与流量的关系如下：
（1）
C＇=N*k*YV*D2 （2）
式中：
qv— 体积流量，m3；
N— 线性常数，与管道内径有关；
K— 流量系数；
Yv— 膨胀系数；
D— 管道内径，mm；
ΔP— 传感器测得的差压，kPa；
P1— 绝对压力，MPa；
t1— 工作温度，K；
z— 流体压缩系数。
3 威力巴流量计测量时所需最小流速
威力巴流量计测量流体时，如果所测量的流体流速小于最小流速，测量精度下降3%~5%。威力巴流量计测量时所需最小流速要求见下表：
流体 最小差压（kPa） 最小流速（m/s） 气体 0.025 4.5 液体 0.25 0.6 蒸气 0.38 9.7
4 威力巴流量计的安装
威力巴流量计安装方便，与孔板流量计相比省时省钱。威力巴只需用专用工具在管道上钻一个马鞍形的孔，进行简单焊接，且与管道直径大小关系不大，而孔板需要一个2倍管道圆周的焊接。以安装DN250管道的流量计为例，威力巴流量计只进行10cm的焊接，同样的管道，安装孔板需要进行160cm焊接，焊接量仅为孔板的1/16。
5 威力巴流量计的运行效果
威力巴流量针的传感器对流体基本上没有压缩，压力损失非常小，如果使用孔板，节流装置对流体有极大的压缩，使能量损失很大。经过论证，威力巴流量计的运行能耗仅为孔板的5%左右。下面是威力巴流量计测量某船用通风系统空气流量的实例计算，从中可看出使用威力巴流量计的优越性。
流体条件：测量介质为空气，管径φ200mm，压力500Pa，温度20℃，测量流量1000m3/h。
由威力巴公司提供的软件计算出此时威力巴探头产生的压差：
ΔP=0.08509KPa
压力损失：
δP=O.03×ΔP=O.0025527kPa
为了补偿压损，必须增加动力设备，由威力巴探头所造成的损失功率：
（3）
为了方便计算，将各项的单位换算为常用的单位如下：
（设Ps的单位为瓦特，1W=1kg·m2/s3）
（4）
设风机的有效功率为80%，则损失的总功率为：
（5）
在工况条件下：
（6）
因此，（5）式变为：
式中：
QM— 流体质量流量，kg/h；
δp— 威力巴的压损，kPa；
ρ— 流体密度，kg/m3；
T— 流体温度，T；
P— 流体压力，kPa；
V— 流体体积，m3；
Qv— 流体的体积流量，Nm3/h。
所以，由威力巴探头所造成的损失功率：
从上述可知：威力巴流量探头压力损失小、损失功率小、节省能源，从而达到降低对风机出口压力和功率的要求。还可降低噪音，改善舰员的生活环境。
6 结束语
威力巴流量计以其卓越的长期高精度、简单方便的安装、较低的直管段要求、低压损、低能耗、抗干扰和高抗振能力，在舰船的各流量测量系统中将得到广泛应用。但任何事物都有其缺点，威力巴流量计也不例外，由于它对流体的压缩很小，因此，它取得的差压较小，对流速低的流体的测量效果不很理想。