對冶金企業(yè)的生產(chǎn)、生活用水實行按表 計量考核管理，是節(jié)水節(jié)能工作中一個重要 環(huán)節(jié)。為了尋求較為簡便易行的水流量計量 手段，水城鋼鐵廠'自1978年以來，進行了插入式均速管畢托管流量計的研制工作。 提出了插入式均速管畢托管流量計的結構設 計；試制了一批口徑分別為150、200、250、 300、500mm的均速畢托管流量計，其中30 余套在本廠和一些兄弟單位安裝試用。
經(jīng)過三年多來的現(xiàn)場應用和貴州省計量 測試所對部分樣機的測試表明運行情況良 好，計量性能達到研制設計要求，取得了初 步效果，并在1982年底鑒定，現(xiàn)在該流量計 已由水城鋼鐵廠電修廠投入試生產(chǎn)。
經(jīng)過三年多來的現(xiàn)場應用和貴州省計量 測試所對部分樣機的測試表明運行情況良 好，計量性能達到研制設計要求，取得了初 步效果，并在1982年底鑒定，現(xiàn)在該流量計 已由水城鋼鐵廠電修廠投入試生產(chǎn)。
均速管畢托管流量計的主要技術指標及適用條件如 下：
1. 主要技術指標見表1。
2. 適用條件
工作壓力：0.3—10kgf/cm2;
水 溫：0—50迫；
7k 質：（差壓式）適用 于清水及懸浮物少于500 mg//,'無大顆粒雜質的工 業(yè)水計量；（分 流式）只適用于清水計 量。
3. 安裝要求
（1 ）表前應有不小于10倍管徑的直 管段，表后應有5倍管徑的直管段。
（2）均速畢托管的附件短管4 （見 后圖4）與輸水管保持垂直:。
二、均速管畢托管流量計原理和構造
1. 主要技術指標見表1。
2. 適用條件
工作壓力：0.3—10kgf/cm2;
水 溫：0—50迫；
7k 質：（差壓式）適用 于清水及懸浮物少于500 mg//,'無大顆粒雜質的工 業(yè)水計量；（分 流式）只適用于清水計 量。
3. 安裝要求
（1 ）表前應有不小于10倍管徑的直 管段，表后應有5倍管徑的直管段。
（2）均速畢托管的附件短管4 （見 后圖4）與輸水管保持垂直:。
二、均速管畢托管流量計原理和構造
運用畢托管和繞流圓柱體水測速管（簡 稱水測速管）來測量水流速，具有結構簡單 等優(yōu)點。但普通畢托管或水測速管一次只能 測試管道截面上某一點的瞬時流速。如用畢 托管來測試水流量，通常要在管道橫截面的 不同位置處分別測出若干點的流速，輔以均 化計算導出平均流速及流量。也有采用水測 速管只測管軸處流速值，再乘以平均流 速與流速之比（實驗數(shù)），導出平均流 速，從而計算流量。這些方法由于測點多、 流量推算繁復，在非穩(wěn)定流、雷諾數(shù)變化較 大時，誤差也較大，故作為固定式水流量計 量器具，在生產(chǎn)上很少采用。
通過實驗，在探索分析紊流狀態(tài)時圓形 壓力輸水管內水流速分布規(guī)律的基礎上，我 們將只有一對感壓孔的普通畢托管（或水測 速管）變換改造成具有多對感壓孔的均速畢 托管，達到了直接測試管道內平均水流速的 目的（圖1）。
根據(jù)繞流原理，潛沒于水流體中的柱體 物（如圖2所示圓柱體），在一定的雷諾數(shù) （Red）變化區(qū)間內，水流沿物體表面繞 行，到達分離點以后，附面層脫離，物體尾
A-探頭（差壓感受元件）
圖2柱體在水流體中的繞流示意圖
部形成渦流低壓區(qū)，迎、背流面間產(chǎn)生壓強 差AP。在5x 102<Red<2x 105區(qū)間，即在 稱之為牛頓區(qū)的渦流壓差阻力區(qū)內，壓強差 △P與水流速的平方根成近似線性關系。
AP = C - V - ~~ （ 1 ）
圖3圓柱體阻力系數(shù)曲線
通過實驗，在探索分析紊流狀態(tài)時圓形 壓力輸水管內水流速分布規(guī)律的基礎上，我 們將只有一對感壓孔的普通畢托管（或水測 速管）變換改造成具有多對感壓孔的均速畢 托管，達到了直接測試管道內平均水流速的 目的（圖1）。
根據(jù)繞流原理，潛沒于水流體中的柱體 物（如圖2所示圓柱體），在一定的雷諾數(shù) （Red）變化區(qū)間內，水流沿物體表面繞 行，到達分離點以后，附面層脫離，物體尾
| 型 號 及 規(guī) 格 | 測量范圍 m3/h | 參考上限差壓 mmH2O | 基本誤差限 | |
| JBL—H 型 (差壓式) | 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 | 基本誤差限為流最上 限值的土 1.5% |
| JBL- I 型 (分流式) | Dgi50 Dg200 Dg250 Dg300 | 60—200 120—400 160—500 270—800 | 基本誤差限為上限流 量值的±2.5% | |
A-探頭（差壓感受元件）
圖2柱體在水流體中的繞流示意圖
部形成渦流低壓區(qū)，迎、背流面間產(chǎn)生壓強 差AP。在5x 102<Red<2x 105區(qū)間，即在 稱之為牛頓區(qū)的渦流壓差阻力區(qū)內，壓強差 △P與水流速的平方根成近似線性關系。
AP = C - V - ~~ （ 1 ）
圖3圓柱體阻力系數(shù)曲線
式中-C——阻力系數(shù)，牛頓區(qū)內C近似為 常數(shù)（圖3）；
V-——流體重度（kg/m3） 式（1）可寫成V=J器•!/花 （2） 即水流速與柱體迎、背流面之間壓強差平方 根成正比。
斷面為橋墩形的柱體探頭（即差壓感受 元件）A位于輸水管橫截面中心線上（見圖 1）,探頭的迎流面和背流面各有一排（9孔） 成對稱分布的感壓孔，分別與正負導壓管連 通。由于輸水管內水流體與靜止柱體探頭相
V?d 對運動，產(chǎn)生繞流。繞流雷諾數(shù)Red = %-, 其中P為水流體運動粘度,V為水流速。流 量計探頭迎流面上諸感壓孔承受流體全壓。 因水流速在管道直徑方向非均勻分布，故探 頭各感壓孔承受的全壓值也不相等。這些數(shù) 值不等的全壓值在正壓聯(lián)通管內自動平衡。 平衡后正壓管內的全壓值為P”以水柱高 Hi表示，則Fh=導；位于渦流低壓區(qū)的背 流面感壓孔承受流體低壓，同樣，在負壓管 內自動平衡后的低壓值為Pz,以水柱高Hz 表 7K , H 2
&——探頭后駐點無因次壓力，為負 值
a-a2用流速系數(shù)a表示，又因a?為負 值，須a = «1-a2 = a1 + | a2 \ 代入式（3）
式（4）與式（2）比較，物理含義相 同，a相當于式（2）中的阻力系數(shù)C,探 頭的幾何形狀、工藝參數(shù)擇定后，a為常 數(shù)。
在常溫下，輸水■體積流量
Q = 3600- co* V （m3/h） 式中q一_輸水管橫斷面積
則 。=3600,蘭?~?J夸h
令36。。•平
必——儀表流量常數(shù)
0 = ^ ■/ h
經(jīng)實驗證明，只要感壓孔沿圓管直徑向 紊流范圍內按一定規(guī)律分布，正負導壓管內 的水壓強差h與管道內平均水流速可保持以 下函數(shù)關系：
=（% 一 口2）
(m)
(3)
圖4流量計構造
1 .輸水管，2.探頭，3.分流水表；4,短管，
5.正壓導管，6.負壓導管，7.閘閥；8.閘閥,
9 .平衡閥；10.差壓變送器；11開方器$ 12 ,電 子電位差計；13 .旋塞閥
式中 V-—輸水管內平均水流速;
p
靜壓水頭;
%——探頭前駐點無因次壓力;
42
圖4流量計構造
1 .輸水管，2.探頭，3.分流水表；4,短管，
5.正壓導管，6.負壓導管，7.閘閥；8.閘閥,
9 .平衡閥；10.差壓變送器；11開方器$ 12 ,電 子電位差計；13 .旋塞閥
V-——流體重度（kg/m3） 式（1）可寫成V=J器•!/花 （2） 即水流速與柱體迎、背流面之間壓強差平方 根成正比。
斷面為橋墩形的柱體探頭（即差壓感受 元件）A位于輸水管橫截面中心線上（見圖 1）,探頭的迎流面和背流面各有一排（9孔） 成對稱分布的感壓孔，分別與正負導壓管連 通。由于輸水管內水流體與靜止柱體探頭相
V?d 對運動，產(chǎn)生繞流。繞流雷諾數(shù)Red = %-, 其中P為水流體運動粘度,V為水流速。流 量計探頭迎流面上諸感壓孔承受流體全壓。 因水流速在管道直徑方向非均勻分布，故探 頭各感壓孔承受的全壓值也不相等。這些數(shù) 值不等的全壓值在正壓聯(lián)通管內自動平衡。 平衡后正壓管內的全壓值為P”以水柱高 Hi表示，則Fh=導；位于渦流低壓區(qū)的背 流面感壓孔承受流體低壓，同樣，在負壓管 內自動平衡后的低壓值為Pz,以水柱高Hz 表 7K , H 2
&——探頭后駐點無因次壓力，為負 值
a-a2用流速系數(shù)a表示，又因a?為負 值，須a = «1-a2 = a1 + | a2 \ 代入式（3）
式（4）與式（2）比較，物理含義相 同，a相當于式（2）中的阻力系數(shù)C,探 頭的幾何形狀、工藝參數(shù)擇定后，a為常 數(shù)。
在常溫下，輸水■體積流量
Q = 3600- co* V （m3/h） 式中q一_輸水管橫斷面積
則 。=3600,蘭?~?J夸h
令36。。•平
必——儀表流量常數(shù)
0 = ^ ■/ h
經(jīng)實驗證明，只要感壓孔沿圓管直徑向 紊流范圍內按一定規(guī)律分布，正負導壓管內 的水壓強差h與管道內平均水流速可保持以 下函數(shù)關系：
=（% 一 口2）
(m)
(3)
圖4流量計構造
1 .輸水管，2.探頭，3.分流水表；4,短管，
5.正壓導管，6.負壓導管，7.閘閥；8.閘閥,
9 .平衡閥；10.差壓變送器；11開方器$ 12 ,電 子電位差計；13 .旋塞閥
式中 V-—輸水管內平均水流速;
p
靜壓水頭;
%——探頭前駐點無因次壓力;
42
圖4流量計構造
1 .輸水管，2.探頭，3.分流水表；4,短管，
5.正壓導管，6.負壓導管，7.閘閥；8.閘閥,
9 .平衡閥；10.差壓變送器；11開方器$ 12 ,電 子電位差計；13 .旋塞閥
流量Q與均速畢托管測差壓h平方根成 正比。輸水管徑一定，標定a值（或H值）， 只要測出差壓h、即可導出流量Q。
流量計構造如圖4所示。探頭2插在輸 水管中，在其截面的徑向位置。探頭感受的 流量差壓信號經(jīng)導壓管5（ + ）、6（一）引出， 推動分流水表或其他形式的二次儀表進行流 量顯示和積算。
為便于維修和定期校驗，流量計帶有管 頭0 （焊接固定在輸水管上）、旋塞閥、外套 管、盤根座等動密封止水裝置及螺桿壓入緊 固裝置，均速畢托管可在管道不停水的情況 下裝入或拆卸。
按配用不同形式的二次儀表，流量計分 分為差壓式和分流式兩種類型：
1. JBL-I型差壓式流量計 以均速 畢托管作為流量計一次傳感元件，配以差壓 變送器、電子開方器、電子電位差計，或配 差壓變送器、開方積算器等DDZ系列電動單 元組合儀表，實現(xiàn)流量信號變送、轉換、顯 示、積算等目的（圖5）。
圖5差壓式流量計示意圖
2. 分流式流量計以高靈敏 度的YST5容積式水表或電子水表及Dgl5 旋翼式水表作為分流表，指示累計水量（參 見圖4 ）。將水表進出口接頭擰在閘閥7上與 導壓管5、6串聯(lián)，在壓差h推動下，水從探 頭迎流面感壓孔進入正壓導管，通過分流表 及負壓導管再由探頭背流面感壓孔流出，返 回主管道。
根據(jù)測試的分流管路阻力特性，在給定 的量程范圍內，分流表通過的累計水量q與 相同時間內輸水管通過的累計水量Q*成正 比，即
Qs-Kq K——倍率系數(shù)
通過流量檢定裝置標定了每臺流量計的 倍率系數(shù)K,便可根據(jù)分流表秒表量q按上 式推算出相應考核期內輸水管過水量Q" 這種分流式流量計的特點在于構造簡 單，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約，要求輸水管 內平均水速不小于0.8?lm/s,為此分流 式流量計適合用于水泵揚水量或下限流速在 0.8-lm/s以上的清水輸水管道累計水量測 試。I型和I型流量計的均速畢托管 部分結構相同。
感壓孔在探頭上的取孔位置、孔數(shù)、孔 徑及探頭截面形狀的選擇應考慮以下要求：
1. 在欲定的流量量程范圍內，a為足 夠準確的近似常數(shù)。
2. 獲取較強的壓差信號，以利提高測 試靈敏度。
• 3.兼顧分流式流量計的功能需要，感 壓孔徑大小適當，具有足夠的進出水流通面 積。
' 經(jīng)對幾種不同形狀的探頭及布孔方案試 驗比較，最后選擇了圖1、4所示方案，探頭 迎、背向各開9個感壓孔，在士0.75R范 圍內均勻對稱分布。按此方案加工制作的 Dgl50-500不同規(guī)格探頭置于相應口徑導 管中，放在大口徑流量標準裝置上，進行了 系數(shù)a值的實測標定,在流速0.355-3.265 m/s范圍內，各流量點a值相對誤差均在士 1.2%以內。表1為Dg300mm規(guī)格探頭流速 系數(shù)a實測數(shù)據(jù)。
根據(jù)每臺均速管標定的a值及使用要 求，可按下式確定配套差壓變送器上程 差壓值 hg（mmHzO）。
hg=6.376 x 106 .以言1-- （mmHzO）
43
流量計構造如圖4所示。探頭2插在輸 水管中，在其截面的徑向位置。探頭感受的 流量差壓信號經(jīng)導壓管5（ + ）、6（一）引出， 推動分流水表或其他形式的二次儀表進行流 量顯示和積算。
為便于維修和定期校驗，流量計帶有管 頭0 （焊接固定在輸水管上）、旋塞閥、外套 管、盤根座等動密封止水裝置及螺桿壓入緊 固裝置，均速畢托管可在管道不停水的情況 下裝入或拆卸。
按配用不同形式的二次儀表，流量計分 分為差壓式和分流式兩種類型：
1. JBL-I型差壓式流量計 以均速 畢托管作為流量計一次傳感元件，配以差壓 變送器、電子開方器、電子電位差計，或配 差壓變送器、開方積算器等DDZ系列電動單 元組合儀表，實現(xiàn)流量信號變送、轉換、顯 示、積算等目的（圖5）。
圖5差壓式流量計示意圖
2. 分流式流量計以高靈敏 度的YST5容積式水表或電子水表及Dgl5 旋翼式水表作為分流表，指示累計水量（參 見圖4 ）。將水表進出口接頭擰在閘閥7上與 導壓管5、6串聯(lián)，在壓差h推動下，水從探 頭迎流面感壓孔進入正壓導管，通過分流表 及負壓導管再由探頭背流面感壓孔流出，返 回主管道。
根據(jù)測試的分流管路阻力特性，在給定 的量程范圍內，分流表通過的累計水量q與 相同時間內輸水管通過的累計水量Q*成正 比，即
Qs-Kq K——倍率系數(shù)
通過流量檢定裝置標定了每臺流量計的 倍率系數(shù)K,便可根據(jù)分流表秒表量q按上 式推算出相應考核期內輸水管過水量Q" 這種分流式流量計的特點在于構造簡 單，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約，要求輸水管 內平均水速不小于0.8?lm/s,為此分流 式流量計適合用于水泵揚水量或下限流速在 0.8-lm/s以上的清水輸水管道累計水量測 試。I型和I型流量計的均速畢托管 部分結構相同。
感壓孔在探頭上的取孔位置、孔數(shù)、孔 徑及探頭截面形狀的選擇應考慮以下要求：
1. 在欲定的流量量程范圍內，a為足 夠準確的近似常數(shù)。
2. 獲取較強的壓差信號，以利提高測 試靈敏度。
• 3.兼顧分流式流量計的功能需要，感 壓孔徑大小適當，具有足夠的進出水流通面 積。
' 經(jīng)對幾種不同形狀的探頭及布孔方案試 驗比較，最后選擇了圖1、4所示方案，探頭 迎、背向各開9個感壓孔，在士0.75R范 圍內均勻對稱分布。按此方案加工制作的 Dgl50-500不同規(guī)格探頭置于相應口徑導 管中，放在大口徑流量標準裝置上，進行了 系數(shù)a值的實測標定,在流速0.355-3.265 m/s范圍內，各流量點a值相對誤差均在士 1.2%以內。表1為Dg300mm規(guī)格探頭流速 系數(shù)a實測數(shù)據(jù)。
根據(jù)每臺均速管標定的a值及使用要 求，可按下式確定配套差壓變送器上程 差壓值 hg（mmHzO）。
hg=6.376 x 106 .
43
式中：Qg——上限流量值（m3/h）；
D 輸水管內徑（mm）
D 輸水管內徑（mm）
表2 Dg300mm探頭流速系數(shù)a實測數(shù)據(jù)
| 序 號 | 平均流速 m/s | Red | On | 儀表流速系數(shù) 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、實驗數(shù)據(jù)及經(jīng)濟效益
為核定精度等級，委托貴州省計量測試 所將6套不同口徑規(guī)格的均速畢托管差壓式 流量計，在開封流量中心站的大口徑流量標 準裝置上進行了計量性能的測試。（標準裝 置系統(tǒng)精度為士0.2%）。實測結果表明，被 檢流量的基本誤差限均小于量程上限的士 1.5%。表3列舉了 Dg300口徑流量計的部分 測試數(shù)據(jù)。
分流式流量計的精度系用標準表法測 試，（以精度±0.5%的渦輪流量計為標準 表）。表4列舉了口徑150mm分流式流量計測 試數(shù)據(jù)。
為核定精度等級，委托貴州省計量測試 所將6套不同口徑規(guī)格的均速畢托管差壓式 流量計，在開封流量中心站的大口徑流量標 準裝置上進行了計量性能的測試。（標準裝 置系統(tǒng)精度為士0.2%）。實測結果表明，被 檢流量的基本誤差限均小于量程上限的士 1.5%。表3列舉了 Dg300口徑流量計的部分 測試數(shù)據(jù)。
分流式流量計的精度系用標準表法測 試，（以精度±0.5%的渦輪流量計為標準 表）。表4列舉了口徑150mm分流式流量計測 試數(shù)據(jù)。
表3均速畢托管流量計測試記錄
型號：規(guī)格：Dg300mm
型號：規(guī)格：Dg300mm
| 流量標準值 | 流量計 | 艷對誤差 | 上限流宜 | 精 度 | ||
| 序 | 號 | 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 |
該流量計的特點及經(jīng)濟效益分析如下：
1.能直接、準確地反映出平均流速水 頭參數(shù)。測量探頭無活動部件，因而儀表具 有良好的復現(xiàn)性。采取多對感壓孔迎背流向 對稱布置，可獲取相當于平均流速水頭L6 倍以上的差壓信號，有利于提高測試靈敏 度。
2. 阻力損失小。常用的測量水的孔板 差壓流量計壓力損失一般在70~120mmHg 范圍內，均速畢托管的壓力損失約為前者的 2%,可忽略不計。對于用水量大的冶金、化 工、電力等行業(yè)而言，可節(jié)約大量輸水電 耗。
3, 采用插入式結構，均速畢托管直接
|
4. 有較寬的量程比。一般^^板差壓流 量計量程比為3 ： 1?4 : 1,均速畢托管差壓 式流量計可達5 : 1~8 : lo
5. 結構簡單，無須敷設旁通管道與閥 門組，建設投資與運行費用明顯低于其他類 型的流量計。
6. 設計加工定型后，系數(shù)“、K值等 技術參數(shù)可按使用件進行計算，有利于實現(xiàn)
，標準化、系列化。
除上述特點外，均速畢托管作為水流量 計量器具也還存在一些問題有待進一步研究 解決，如擴大分流式流量計的測試量程比、 完善有關規(guī)程和標準等。
