插入式均速管毕托管流量计
对冶金企业的生产、生活用水实行按表 计量考核管理，是节水节能工作中一个重要 环节。为了寻求较为简便易行的水流量计量 手段，水城钢铁厂'自1978年以来，进行了插入式均速管毕托管流量计的研制工作。 提出了插入式均速管毕托管流量计的结构设 计；试制了一批口径分别为150、200、250、 300、500mm的均速毕托管流量计，其中30 余套在本厂和一些兄弟单位安装试用。
经过三年多来的现场应用和贵州省计量 测试所对部分样机的测试表明运行情况良 好，计量性能达到研制设计要求，取得了初 步效果，并在1982年底鉴定，现在该流量计 已由水城钢铁厂电修厂投入试生产。
经过三年多来的现场应用和贵州省计量 测试所对部分样机的测试表明运行情况良 好，计量性能达到研制设计要求，取得了初 步效果，并在1982年底鉴定，现在该流量计 已由水城钢铁厂电修厂投入试生产。
均速管毕托管流量计的主要技术指标及适用条件如 下：
1. 主要技术指标见表1。
2. 适用条件
工作压力：0.3—10kgf/cm2;
水 温：0—50迫；
7k 质：（差压式）适用 于清水及悬浮物少于500 mg//,'无大颗粒杂质的工 业水计量；（分 流式）只适用于清水计 量。
3. 安装要求
（1 ）表前应有不小于10倍管径的直 管段，表后应有5倍管径的直管段。
（2）均速毕托管的附件短管4 （见 后图4）与输水管保持垂直:。
二、均速管毕托管流量计原理和构造
1. 主要技术指标见表1。
2. 适用条件
工作压力：0.3—10kgf/cm2;
水 温：0—50迫；
7k 质：（差压式）适用 于清水及悬浮物少于500 mg//,'无大颗粒杂质的工 业水计量；（分 流式）只适用于清水计 量。
3. 安装要求
（1 ）表前应有不小于10倍管径的直 管段，表后应有5倍管径的直管段。
（2）均速毕托管的附件短管4 （见 后图4）与输水管保持垂直:。
二、均速管毕托管流量计原理和构造
运用毕托管和绕流圆柱体水测速管（简 称水测速管）来测量水流速，具有结构简单 等优点。但普通毕托管或水测速管一次只能 测试管道截面上某一点的瞬时流速。如用毕 托管来测试水流量，通常要在管道横截面的 不同位置处分别测出若干点的流速，辅以均 化计算导出平均流速及流量。也有采用水测 速管只测管轴处最大流速值，再乘以平均流 速与最大流速之比（实验数），导出平均流 速，从而计算流量。这些方法由于测点多、 流量推算繁复，在非稳定流、雷诺数变化较 大时，误差也较大，故作为固定式水流量计 量器具，在生产上很少采用。
通过实验，在探索分析紊流状态时圆形 压力输水管内水流速分布规律的基础上，我 们将只有一对感压孔的普通毕托管（或水测 速管）变换改造成具有多对感压孔的均速毕 托管，达到了直接测试管道内平均水流速的 目的（图1）。
根据绕流原理，潜没于水流体中的柱体 物（如图2所示圆柱体），在一定的雷诺数 （Red）变化区间内，水流沿物体表面绕 行，到达分离点以后，附面层脱离，物体尾
通过实验，在探索分析紊流状态时圆形 压力输水管内水流速分布规律的基础上，我 们将只有一对感压孔的普通毕托管（或水测 速管）变换改造成具有多对感压孔的均速毕 托管，达到了直接测试管道内平均水流速的 目的（图1）。
根据绕流原理，潜没于水流体中的柱体 物（如图2所示圆柱体），在一定的雷诺数 （Red）变化区间内，水流沿物体表面绕 行，到达分离点以后，附面层脱离，物体尾
| 型 号 及 规 格 |
测量范围 m3/h |
参考上限差压 mmH2O |
基本误差限 | |
|
JBL—H 型 (差压式) |
Dgl50 Dg200 Dg250 Dg300 Dg400 Dg500 Dg600 |
25—200 50—400 60—500 100—800 160—1250 250—2000 360—3000 |
860 940 690 830 660 660 710 |
基本误差限为流最上 限值的土 1.5% |
|
JBL- I 型 (分流式) |
Dgi50 Dg200 Dg250 Dg300 |
60—200 120—400 160—500 270—800 |
基本误差限为上限流 量值的±2.5% |
|
A-探头（差压感受元件）
图2柱体在水流体中的绕流示意图
部形成涡流低压区，迎、背流面间产生压强 差AP。在5x 102<Red<2x 105区间，即在 称之为牛顿区的涡流压差阻力区内，压强差 △P与水流速的平方根成近似线性关系。
AP = C – V – ~~ （ 1 ）
图3圆柱体阻力系数曲线
式中-C——阻力系数，牛顿区内C近似为 常数（图3）；
V-——流体重度（kg/m3） 式（1）可写成V=J器•!/花 （2） 即水流速与柱体迎、背流面之间压强差平方 根成正比。
断面为桥墩形的柱体探头（即差压感受 元件）A位于输水管横截面中心线上（见图 1）,探头的迎流面和背流面各有一排（9孔） 成对称分布的感压孔，分别与正负导压管连 通。由于输水管内水流体与静止柱体探头相
V・d 对运动，产生绕流。绕流雷诺数Red = %-, 其中P为水流体运动粘度,V为水流速。流 量计探头迎流面上诸感压孔承受流体全压。 因水流速在管道直径方向非均匀分布，故探 头各感压孔承受的全压值也不相等。这些数 值不等的全压值在正压联通管内自动平衡。 平衡后正压管内的全压值为P”以水柱高 Hi表示，则Fh=导；位于涡流低压区的背 流面感压孔承受流体低压，同样，在负压管 内自动平衡后的低压值为Pz,以水柱高Hz 表 7K , H 2
&——探头后驻点无因次压力，为负 值
a-a2用流速系数a表示，又因a?为负 值，须a = «1-a2 = a1 + | a2 \ 代入式（3）
式（4）与式（2）比较，物理含义相 同，a相当于式（2）中的阻力系数C,探 头的几何形状、工艺参数择定后，a为常 数。
在常温下，输水■体积流量
Q = 3600- co* V （m3/h） 式中q一_输水管横断面积
则 。=3600,兰?~・J夸h
令36。。•平
必——仪表流量常数
0 = ^ ■/ h
经实验证明，只要感压孔沿圆管直径向 紊流范围内按一定规律分布，正负导压管内 的水压强差h与管道内平均水流速可保持以 下函数关系：
=（% 一 口2）
(m)
(3)
图4流量计构造
1 .输水管，2.探头，3.分流水表；4,短管，
5.正压导管，6.负压导管，7.闸阀；8.闸阀,
9 .平衡阀；10.差压变送器；11开方器$ 12 ,电 子电位差计；13 .旋塞阀
式中 V-—输水管内平均水流速;
p
静压水头;
%——探头前驻点无因次压力;
42
图4流量计构造
1 .输水管，2.探头，3.分流水表；4,短管，
5.正压导管，6.负压导管，7.闸阀；8.闸阀,
9 .平衡阀；10.差压变送器；11开方器$ 12 ,电 子电位差计；13 .旋塞阀
V-——流体重度（kg/m3） 式（1）可写成V=J器•!/花 （2） 即水流速与柱体迎、背流面之间压强差平方 根成正比。
断面为桥墩形的柱体探头（即差压感受 元件）A位于输水管横截面中心线上（见图 1）,探头的迎流面和背流面各有一排（9孔） 成对称分布的感压孔，分别与正负导压管连 通。由于输水管内水流体与静止柱体探头相
V・d 对运动，产生绕流。绕流雷诺数Red = %-, 其中P为水流体运动粘度,V为水流速。流 量计探头迎流面上诸感压孔承受流体全压。 因水流速在管道直径方向非均匀分布，故探 头各感压孔承受的全压值也不相等。这些数 值不等的全压值在正压联通管内自动平衡。 平衡后正压管内的全压值为P”以水柱高 Hi表示，则Fh=导；位于涡流低压区的背 流面感压孔承受流体低压，同样，在负压管 内自动平衡后的低压值为Pz,以水柱高Hz 表 7K , H 2
&——探头后驻点无因次压力，为负 值
a-a2用流速系数a表示，又因a?为负 值，须a = «1-a2 = a1 + | a2 \ 代入式（3）
式（4）与式（2）比较，物理含义相 同，a相当于式（2）中的阻力系数C,探 头的几何形状、工艺参数择定后，a为常 数。
在常温下，输水■体积流量
Q = 3600- co* V （m3/h） 式中q一_输水管横断面积
则 。=3600,兰?~・J夸h
令36。。•平
必——仪表流量常数
0 = ^ ■/ h
经实验证明，只要感压孔沿圆管直径向 紊流范围内按一定规律分布，正负导压管内 的水压强差h与管道内平均水流速可保持以 下函数关系：
=（% 一 口2）
(m)
(3)
图4流量计构造
1 .输水管，2.探头，3.分流水表；4,短管，
5.正压导管，6.负压导管，7.闸阀；8.闸阀,
9 .平衡阀；10.差压变送器；11开方器$ 12 ,电 子电位差计；13 .旋塞阀
式中 V-—输水管内平均水流速;
p
静压水头;
%——探头前驻点无因次压力;
42
图4流量计构造
1 .输水管，2.探头，3.分流水表；4,短管，
5.正压导管，6.负压导管，7.闸阀；8.闸阀,
9 .平衡阀；10.差压变送器；11开方器$ 12 ,电 子电位差计；13 .旋塞阀
流量Q与均速毕托管测差压h平方根成 正比。输水管径一定，标定a值（或H值）， 只要测出差压h、即可导出流量Q。
流量计构造如图4所示。探头2插在输 水管中，在其截面的径向位置。探头感受的 流量差压信号经导压管5（ + ）、6（一）引出， 推动分流水表或其他形式的二次仪表进行流 量显示和积算。
为便于维修和定期校验，流量计带有管 头0 （焊接固定在输水管上）、旋塞阀、外套 管、盘根座等动密封止水装置及螺杆压入紧 固装置，均速毕托管可在管道不停水的情况 下装入或拆卸。
按配用不同形式的二次仪表，流量计分 分为差压式和分流式两种类型：
1. JBL-I型差压式流量计 以均速 毕托管作为流量计一次传感元件，配以差压 变送器、电子开方器、电子电位差计，或配 差压变送器、开方积算器等DDZ系列电动单 元组合仪表，实现流量信号变送、转换、显 示、积算等目的（图5）。
图5差压式流量计示意图
2. 分流式流量计以高灵敏 度的YST5容积式水表或电子水表及Dgl5 旋翼式水表作为分流表，指示累计水量（参 见图4 ）。将水表进出口接头拧在闸阀7上与 导压管5、6串联，在压差h推动下，水从探 头迎流面感压孔进入正压导管，通过分流表 及负压导管再由探头背流面感压孔流出，返 回主管道。
根据测试的分流管路阻力特性，在给定 的量程范围内，分流表通过的累计水量q与 相同时间内输水管通过的累计水量Q*成正 比，即
Qs-Kq K——倍率系数
通过流量检定装置标定了每台流量计的 倍率系数K,便可根据分流表秒表量q按上 式推算出相应考核期内输水管过水量Q" 这种分流式流量计的特点在于构造简 单，有一定的精度。但受分流管路阻力特性 和分流表自身下限流量的制约，要求输水管 内平均水速不小于0.8〜lm/s,为此分流 式流量计适合用于水泵扬水量或下限流速在 0.8-lm/s以上的清水输水管道累计水量测 试。I型和I型流量计的均速毕托管 部分结构相同。
感压孔在探头上的取孔位置、孔数、孔 径及探头截面形状的选择应考虑以下要求：
1. 在欲定的流量量程范围内，a为足 够准确的近似常数。
2. 获取较强的压差信号，以利提高测 试灵敏度。
• 3.兼顾分流式流量计的功能需要，感 压孔径大小适当，具有足够的进出水流通面 积。
' 经对几种不同形状的探头及布孔方案试 验比较，最后选择了图1、4所示方案，探头 迎、背向各开9个感压孔，在士0.75R范 围内均匀对称分布。按此方案加工制作的 Dgl50-500不同规格探头置于相应口径导 管中，放在大口径流量标准装置上，进行了 系数a值的实测标定,在流速0.355-3.265 m/s范围内，各流量点a值相对误差均在士 1.2%以内。表1为Dg300mm规格探头流速 系数a实测数据。
根据每台均速管标定的a值及使用要 求，可按下式确定配套差压变送器上限量程 差压值 hg（mmHzO）。
hg=6.376 x 106 .以言1– （mmHzO）
43
流量计构造如图4所示。探头2插在输 水管中，在其截面的径向位置。探头感受的 流量差压信号经导压管5（ + ）、6（一）引出， 推动分流水表或其他形式的二次仪表进行流 量显示和积算。
为便于维修和定期校验，流量计带有管 头0 （焊接固定在输水管上）、旋塞阀、外套 管、盘根座等动密封止水装置及螺杆压入紧 固装置，均速毕托管可在管道不停水的情况 下装入或拆卸。
按配用不同形式的二次仪表，流量计分 分为差压式和分流式两种类型：
1. JBL-I型差压式流量计 以均速 毕托管作为流量计一次传感元件，配以差压 变送器、电子开方器、电子电位差计，或配 差压变送器、开方积算器等DDZ系列电动单 元组合仪表，实现流量信号变送、转换、显 示、积算等目的（图5）。
图5差压式流量计示意图
2. 分流式流量计以高灵敏 度的YST5容积式水表或电子水表及Dgl5 旋翼式水表作为分流表，指示累计水量（参 见图4 ）。将水表进出口接头拧在闸阀7上与 导压管5、6串联，在压差h推动下，水从探 头迎流面感压孔进入正压导管，通过分流表 及负压导管再由探头背流面感压孔流出，返 回主管道。
根据测试的分流管路阻力特性，在给定 的量程范围内，分流表通过的累计水量q与 相同时间内输水管通过的累计水量Q*成正 比，即
Qs-Kq K——倍率系数
通过流量检定装置标定了每台流量计的 倍率系数K,便可根据分流表秒表量q按上 式推算出相应考核期内输水管过水量Q" 这种分流式流量计的特点在于构造简 单，有一定的精度。但受分流管路阻力特性 和分流表自身下限流量的制约，要求输水管 内平均水速不小于0.8〜lm/s,为此分流 式流量计适合用于水泵扬水量或下限流速在 0.8-lm/s以上的清水输水管道累计水量测 试。I型和I型流量计的均速毕托管 部分结构相同。
感压孔在探头上的取孔位置、孔数、孔 径及探头截面形状的选择应考虑以下要求：
1. 在欲定的流量量程范围内，a为足 够准确的近似常数。
2. 获取较强的压差信号，以利提高测 试灵敏度。
• 3.兼顾分流式流量计的功能需要，感 压孔径大小适当，具有足够的进出水流通面 积。
' 经对几种不同形状的探头及布孔方案试 验比较，最后选择了图1、4所示方案，探头 迎、背向各开9个感压孔，在士0.75R范 围内均匀对称分布。按此方案加工制作的 Dgl50-500不同规格探头置于相应口径导 管中，放在大口径流量标准装置上，进行了 系数a值的实测标定,在流速0.355-3.265 m/s范围内，各流量点a值相对误差均在士 1.2%以内。表1为Dg300mm规格探头流速 系数a实测数据。
根据每台均速管标定的a值及使用要 求，可按下式确定配套差压变送器上限量程 差压值 hg（mmHzO）。
hg=6.376 x 106 .
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式中：Qg——上限流量值（m3/h）；
D 输水管内径（mm）
D 输水管内径（mm）
表2 Dg300mm探头流速系数a实测数据
| 序 号 |
平均流速 m/s |
Red | On |
仪表流速系数 a |
(Zn ^—(Z _ . °= a % |
| 1 | 0.355 | 9.8X104 | 1.660 | + 1.2% | |
| 2 | 0.648 | 17.9X104 | 1.660 | + 1.2% , | |
| 3 | 1.259 | 34.8X10、 | 1.630 | 1.640 | -0.61% |
| 4 | 1.870 | 51.8X104 | 1.630 | -0.61% | |
| 5 | 2.490 | 68.9X104 | 1.646 | + 0.36% | |
| 6 | 3.146 | 87 x IO' | 1.643 | + 0.18% |
三、实验数据及经济效益
为核定精度等级，委托贵州省计量测试 所将6套不同口径规格的均速毕托管差压式 流量计，在开封流量中心站的大口径流量标 准装置上进行了计量性能的测试。（标准装 置系统精度为士0.2%）。实测结果表明，被 检流量的基本误差限均小于量程上限的士 1.5%。表3列举了 Dg300口径流量计的部分 测试数据。
分流式流量计的精度系用标准表法测 试，（以精度±0.5%的涡轮流量计为标准 表）。表4列举了口径150mm分流式流量计测 试数据。
为核定精度等级，委托贵州省计量测试 所将6套不同口径规格的均速毕托管差压式 流量计，在开封流量中心站的大口径流量标 准装置上进行了计量性能的测试。（标准装 置系统精度为士0.2%）。实测结果表明，被 检流量的基本误差限均小于量程上限的士 1.5%。表3列举了 Dg300口径流量计的部分 测试数据。
分流式流量计的精度系用标准表法测 试，（以精度±0.5%的涡轮流量计为标准 表）。表4列举了口径150mm分流式流量计测 试数据。
表3均速毕托管流量计测试记录
型号：规格：Dg300mm
型号：规格：Dg300mm
| 流量标准值 | 流量计 | 艳对误差 | 上限流宜 | 精 度 | ||
| 序 | 号 | Qi S/h) |
指示流量 Qz （m3/h） |
2\Q = Q2—Qi (m3/h) |
Qmax (m3/h) |
AQmax »z 。一 c % M i max |
| 1 | 90.5 | 89 | -1.5 | |||
| 上 | 2 | 164.9 | 164.6 | -0.3 | ||
| 3 | 321.2 | 319.7 | -1.5 | |||
| 行 | 4 | 476.2 | 473.9 | -2.3 | ||
| 程 | 5 | 632.7 | 634.6 | + 1.9 | 800.80 | |
| 6 | 800.8 | 796.9 | -3.9 | + 0.2% | ||
| 下 | 6 | 800.6 | 796.9 | -3.7 | —0.5% | |
| 5 | 648.3 | 646.7 | -1.6 | |||
| 行 | 4 | 475.8 | 473.9 | -1.9 | ||
| 程 | 3 | 324.5 | 323.3 | -1.2 | ||
| 2 | 164.1 | 164.6 | + 0.5 |
该流量计的特点及经济效益分析如下：
1.能直接、准确地反映出平均流速水 头参数。测量探头无活动部件，因而仪表具 有良好的复现性。采取多对感压孔迎背流向 对称布置，可获取相当于平均流速水头L6 倍以上的差压信号，有利于提高测试灵敏 度。
2. 阻力损失小。常用的测量水的孔板 差压流量计压力损失一般在70~120mmHg 范围内，均速毕托管的压力损失约为前者的 2%,可忽略不计。对于用水量大的冶金、化 工、电力等行业而言，可节约大量输水电 耗。
3, 采用插入式结构，均速毕托管直接
|
插在输水管上，可在管道不停水情况下拆卸 或装入，便于维修及定期清洗、校验。.
4. 有较宽的量程比。一般^^板差压流 量计量程比为3 ： 1〜4 : 1,均速毕托管差压 式流量计可达5 : 1~8 : lo
5. 结构简单，无须敷设旁通管道与阀 门组，建设投资与运行费用明显低于其他类 型的流量计。
6. 设计加工定型后，系数“、K值等 技术参数可按使用件进行计算，有利于实现
，标准化、系列化。
除上述特点外，均速毕托管作为水流量 计量器具也还存在一些问题有待进一步研究 解决，如扩大分流式流量计的测试量程比、 完善有关规程和标准等。