德尔塔巴流量计在矿用风筒通风性能测试中的应用

高 姗，郑 鑫，赵欢欢

（1.河北煤炭科学研究院有限公司，河北 邢台 054000；2.河北迈安检测服务有限公司，河北 邢台 054000）

1 概 况

风筒通风性能主要指漏风率和风阻，是风筒通风质量的基础数据，也是判定产品质量好坏的依据。以正压风筒通风阻力测试为例，依据国家标准，测量断面A 和测量断面B 之间的风阻h 计算公式为：

式中：△pAB为测量断面A、B 之间的静压差；ρA、ρB为测量断面的空气密度；qmA、qmB为测量断面的质量流量；AA、AB为测量断面的截面积。

故测量断面处压差测量是通风阻力测量过程中的关键，测量装置的正确选型及安装也是测量数据准确可靠的保障。

2 德尔塔巴流量计

2.1 结 构

德尔塔巴流量计有特殊的检测探头，该探头前后段有分布不均匀的取压口，检测探头的长度能够横穿管道内部且与管道垂直，本文针对德尔塔巴流量计的探头画出简易图，并对该图进行仿真处理，模拟实际中探头前后段的速度云图，如图1 所示。从图中可以看出，德尔塔巴流量计探头截面形状大约为四边形，该四边形横截面能使高低压区的分界更明显，从而产生了前后段不同的差压值。

图1 德尔塔巴流量计探头横截面流速图Fig.1 Cross-sectional velocity diagram of Delta flowmeter probe

2.2 工作原理

德尔塔巴流量计是基于差压式流量计的工作原理，通过特殊探头插入管道内，该探头前后两段有分布不均匀的取压孔，并通过二次仪表对两端的取压孔进行测量并计算得到前后段的压力平均值，根据流体的流量特性，在管道内流体的速度分布是接近于管道外径流速越慢，接近于管道中心流速越快，基于此情况形成差压，并通过二次仪表显示，直接计算管道内流体的流量。

德尔塔巴流量计检测探头长度等于管道内径，探头前后两段分布着一排不均匀的孔，分别是高压孔和低压孔，迎流面的取压孔为高压，背流面的取压孔为低压，高压孔对应的引压孔（+）和低压孔对应的引压孔（-）如图2 所示。通过差压变送器分别测量两段高压孔和低压孔的压力值，并分别计算平均值，得到探头前后端之间的差压值，带入式（1）得到相应流量值。

图2 德尔塔巴流量计的工作原理Fig.2 Working principle of Delta flowmeter

3 德尔塔巴流量计在风筒测量中的应用

差压流量计凭借其性价比高、安装和维修方便、使用寿命长等优点，在矿用风筒检测中广泛应用。差压流量计主要包含用于测量管道内差压信号的一次装置（检测件）和用于显示和转换的差压信号的二次仪表。随着科技的发展，差压式流量计的外观、尺寸、精度和出入口参数等方面一直在不断更新。对不同流量计在风筒测量中的能力进行对比和分析，并表明德尔塔巴流量计在风筒测量中的优势。

3.1 流量计性能对比

目前煤矿企业广泛使用的差压流量计大概为德尔塔巴流量计、孔板流量计、文丘里流量计和皮托管流量计，在矿用风筒检测实验平台中对这几种流量计的性能进行对比，结果见表1。

表1 流量计在风筒检测中性能对比Table 1 Performance comparison of flowmeter in air duct detection

结合应用实例，风筒通风性能检测装置测量断面A 和测量断面B 的测量位置如图3 所示。图中标号2 为测试风筒，风筒直径300～1 600 mm，根据国家标准要求，测量断面A 和B 串接在测试风筒中间，并且两断面间距不少于50 m，所以测量断面A 和B 的直径也需要随风筒直径进行变换。

图3 风筒通风性能测量装置示意图Fig.3 Schematic diagram of ventilation performance measuring device for air duct

孔板流量计和文丘里流量计体积大，在大管径应用场合使用具有一定局限性，对于这些直径大于800 mm 以上的管径，孔板本身、文丘里喷嘴以及两边加持的法兰造价就会上升，价格昂贵的同时也不便于拆装，无论从造价、安装还是维护工作量都无法满足实际要求。德尔塔巴流量计作为插入式流量计，结构简单，安装方便而且便于拆装、存放，对直管段前后要求较低，因此选择德尔塔巴流量计作为测量断面A 和B 位置的流量测量装置。

3.2 德尔塔巴流量计安装位置

经过调研发现德尔塔巴流量计的前后直管段的长度不同对测量结果的精度有影响，表2 中给出了不同精度下，德尔塔巴流量计安装位置处前后直管段的要求，依据标准要求测量精度应不低于1.0%，所以在安装位置选择时按照1.0%精度进行选择。

表2 德尔塔巴流量计安装位置要求Table 2 Installation position requirements of Delta flowmeter

由于每次试验风筒直径不同，需要根据不同风筒直径，更换变径管道（图3 中序号1 位置），对于前后有管道放大-收缩和收缩-放大的流量计位置对直管段要求相同，若要达到1%测量精度，德尔塔巴流量计安装位置处前直管段长度至少为6.4 m（按照最大风筒直径1 600 mm 计算），后直管段长度至少为4.8 m。

在此次实际安装中，测量断面A 处德尔塔巴流量计前直管段长度为25 m，后直管段长度为50 m，测量断面B 处德尔塔巴流量计前直管段长度为50 m，后直管段长度为25 m，充分保证了测量精度1%要求下直管段要求。

3.3 实验注意事项

（1）风筒测量时，风筒检测管道占地面积较大，接触外界环境足够大，不能保证测试实验室是无尘实验室，成本较高，空气中有直径较小的颗粒能够直接进入德尔塔巴流量计的取压孔内，因此随着实验次数的增加，德尔塔巴流量计中探头中取压孔容易堵住。

（2）当管道处于停止检测时，由于空气中粉尘分子的布朗运动，管道内部取压孔有可能堵住。

（3）随着实验使用次数增加，风筒测量系统开机频繁次数增加时，在德尔塔巴流量计高压区形成的瞬间，管道内直径较小颗粒大概率进入取压孔，可能会导致德尔塔巴流量计探头的堵塞。

针对以上3 种情况，解决方法是随着时间的增加，应定期清理德尔塔巴流量计的取压孔。

4 结 语

本文通过不同差压流量计的性能对比，结合风筒通风性能测试需求，选取德尔塔巴流量计作为测量断面A 和测量断面B 处的流量测量仪器。经过分析确定德尔塔巴流量计在风筒测试线中安装位置既能满足流量计对于前后直管段长度要求又能满足标准对于测量精度的要求，表明该流量计在风筒测量中的优势。