一、概述
      隨著電廠自動(dòng)化控制水平的進(jìn)步，燃煤鍋爐的負(fù)荷、煤粉量及配風(fēng)量需要實(shí)現(xiàn)在線監(jiān)測(cè)和自動(dòng)協(xié)調(diào)控制，使鍋爐一、二次配風(fēng)合理，各風(fēng)管內(nèi)風(fēng)速均勻，就可以保證鍋爐燃燒穩(wěn)定，提高鍋爐效率，和經(jīng)對(duì)于生產(chǎn)過(guò)程的技術(shù)分析濟(jì)核算等是十分必要的。
但是，迄今為止，存在風(fēng)速的測(cè)量與標(biāo)定都比較困難，測(cè)量的準(zhǔn)確度比較底（達(dá)不到壓力和溫度的測(cè)量水平），流量計(jì)的通用性差等問(wèn)題。引起這些問(wèn)題的原因，主要有以下三個(gè)原因：
1、流體性質(zhì)的多樣性：壓力與溫度參數(shù)的高低；流體中含塵量的多少；流體粘度的差別；單相流體與多相流體的區(qū)別，等等。這些物性會(huì)影響流體狀態(tài)，在流量測(cè)量中必須加以考慮，但又很難精確。
2、管路系統(tǒng)的多樣性：管道的直與彎的區(qū)別；圓截面與非圓截面的區(qū)別；直管段長(zhǎng)短不一樣，等等。都會(huì)影響流動(dòng)狀態(tài)，使流量測(cè)量復(fù)雜化。
3、流動(dòng)狀態(tài)的多樣性：由于以上流體的物性和采用管道的不同，會(huì)影響到流體的流動(dòng)狀態(tài)，諸如旋轉(zhuǎn)流和脈動(dòng)流；層流、紊流；流動(dòng)是否達(dá)到充分發(fā)展，等等。
以上三種影響流量測(cè)量的因數(shù)，要求我們必須針對(duì)被測(cè)對(duì)象的實(shí)際情況選擇合適的流量計(jì)。
 
眾所周知，由于火力發(fā)電廠鍋爐二次風(fēng)管道的直管段極短，或者幾乎沒(méi)有；而且二次風(fēng)的管道在極有限的距離內(nèi)，分布有T形管道、L形管道、調(diào)節(jié)風(fēng)門、變徑管等，使管道內(nèi)二次風(fēng)的流動(dòng)狀態(tài)變化莫測(cè)，這就使得二次風(fēng)的測(cè)量成為非常困難的事情。在許多場(chǎng)合就不測(cè)量了。
在必須測(cè)量的場(chǎng)合，不得不采用機(jī)翼型測(cè)量裝置，但這只是一個(gè)無(wú)奈之舉。因?yàn)闄C(jī)翼型測(cè)量裝置的主要缺點(diǎn)，就是要大大減少二次風(fēng)的流通面積，一般要減少50%-60%左右。為了在減少一半以上流通面積的情況下，仍然要保持應(yīng)有的風(fēng)量，以維持正常的發(fā)電復(fù)核的要求，就必須提高風(fēng)機(jī)的功率，增大能源消耗；即使如此，因機(jī)翼型結(jié)構(gòu)仍比較長(zhǎng)，在一些場(chǎng)合，仍然不能使用機(jī)翼型測(cè)量裝置；即使已安裝了機(jī)翼型測(cè)量裝置，因?yàn)榍昂笾惫艿啦粷M足，無(wú)法保證測(cè)量精度。一般在使用機(jī)翼型測(cè)量裝置時(shí)，都要進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)標(biāo)定，但如果沒(méi)有直管段，標(biāo)定也不會(huì)準(zhǔn)的。因此，采用機(jī)翼型測(cè)量裝置測(cè)量二次風(fēng)很難保證準(zhǔn)確而穩(wěn)定的測(cè)量。其他的裝置，比如皮托管、勻速管，更不可能實(shí)現(xiàn)對(duì)二次風(fēng)的測(cè)量。還有一類測(cè)速裝置，比如葉輪的、渦街的、熱式的流量計(jì)，雖然沒(méi)有壓力損失，但其對(duì)測(cè)量管道的直管段也一定的要求，否則也無(wú)法保證有準(zhǔn)確的測(cè)量。
 
橫截面式流量計(jì)是唯一可以完美的實(shí)現(xiàn)對(duì)二次風(fēng)測(cè)量的流量計(jì)。它有四方面的優(yōu)點(diǎn)：
1.它可以滿足任何一個(gè)二次風(fēng)管道的安裝要求，只要有250-300mm長(zhǎng)的安裝位置，就可以安裝。
2. 不需要進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)標(biāo)定（該流量計(jì)不需要流量系數(shù)，而且工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的標(biāo)定也是基于橫截面式流量計(jì)的原理），就能夠保證足夠高的測(cè)量準(zhǔn)確性；
3.不受不規(guī)則流體、甚至是多向旋轉(zhuǎn)氣流的影響；
4.壓力損失很小。
 

 

 
二、工作原理
由于沒(méi)有足夠的直管段，通過(guò)管道橫截面上各點(diǎn)的流速不一樣，很難找到一個(gè)能代表平均流速的一個(gè)點(diǎn)。如果管道內(nèi)的流速是穩(wěn)定、確切的形式，則在管道中流速分布是自管壁等于零連續(xù)變化到管道中心的最大流速。因此在中間的變化過(guò)程中總可以找出一個(gè)點(diǎn)，在這個(gè)點(diǎn)上所測(cè)的流速即是平均流速。以上的敘述是在有充足直管道中氣流與分布一定規(guī)律的前提下。這在實(shí)際工作現(xiàn)場(chǎng)是很難做到的，特別是二次風(fēng)，極無(wú)規(guī)律。在這種情況下，如果利用測(cè)點(diǎn)速的裝置（S型皮托管），測(cè)某一直線的線速度（勻速管、阿紐巴、威力巴）來(lái)推算出該截面的平均速度，簡(jiǎn)直無(wú)準(zhǔn)確精度可言。
由于管道中的流速不等于常數(shù)，實(shí)際風(fēng)速分布也沒(méi)有一定的規(guī)律可遵循，但可以將測(cè)量流速的截面分割為許多小的單元面積A。假設(shè)每個(gè)單元面積內(nèi)的流速為V，則總的流量就等于流過(guò)多個(gè)所有小單元面積的流量之和。即：
                                                     
此方法稱之為速度面積法。國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織已肯定了這種方法，并制定了相應(yīng)的測(cè)量規(guī)范。當(dāng)單元面積分割的越多，所測(cè)的流量應(yīng)越準(zhǔn)確。橫截面式流量計(jì)，就是基于這個(gè)原理而設(shè)計(jì)出來(lái)的，并在實(shí)際應(yīng)用中得到了證實(shí)。
 

 

 
 
單元面積劃分的原則
1、矩形管道：將矩形管道的長(zhǎng)邊和短邊分別按等長(zhǎng)度的原則，將矩形管道的橫截面平均分成若干個(gè)面積相同的小單元。測(cè)量每個(gè)小單元中心點(diǎn)的流速，在將所有小單元的流速之和平均，即是整個(gè)大橫截的平均流速。
2、圓形管道：將圓形管道截面分割成若干個(gè)面積相等的同心圓環(huán)（中央為圓），測(cè)出每個(gè)圓環(huán)的流速，然后再將所有圓環(huán)（包括中央圓）的流速平均化，即得到該圓截面的平均流速。
 
 
三、優(yōu)勢(shì)
橫截面式流量計(jì)有兩個(gè)最突出的優(yōu)勢(shì)，也是其它所有流量計(jì)不能與之相比的。
優(yōu)勢(shì)之一：無(wú)需任何直管段。只要有250—300mm的安裝位置，就能保證準(zhǔn)確的測(cè)量。優(yōu)勢(shì)之二：無(wú)需現(xiàn)場(chǎng)標(biāo)定。一般的流量計(jì)，因?yàn)槭褂脳l件與標(biāo)定條件不一樣，為了
使 測(cè)量結(jié)果更符合實(shí)際情況，通常在安裝以后，還要進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)標(biāo)定，以最后確定系數(shù)K。而橫截面式流量計(jì)，則完全不需要現(xiàn)場(chǎng)標(biāo)定。原因之一，是它與其他所有流量計(jì)有著不同的測(cè)壓孔的開(kāi)孔方式，這種開(kāi)孔的技術(shù)已在美國(guó)獲得專利批準(zhǔn)。這種特殊的開(kāi)孔方式不需要流量系數(shù)，即：
                             V=(2△P/p)
由公式可以看出，流速V只與△P和密度p有關(guān)，與流量系數(shù)K無(wú)關(guān)；原因之二，由于二次風(fēng)管道的復(fù)雜性和流體狀態(tài)的無(wú)規(guī)律性，做為標(biāo)準(zhǔn)使用的流量計(jì)，在這種場(chǎng)合也失去了其作為標(biāo)準(zhǔn)的條件，以點(diǎn)代面或以線代面的標(biāo)定推算，其標(biāo)定出的結(jié)果誤差很大；原因之三，就是橫截面的測(cè)量結(jié)構(gòu)原理，使得其測(cè)量精度高于標(biāo)準(zhǔn)流量計(jì)標(biāo)定的精度。任何標(biāo)準(zhǔn)流量計(jì)和任何標(biāo)定方式在橫截面流量計(jì)的面前都顯得遜色了。
 
四、 性能指標(biāo)
1．測(cè)量介質(zhì)：空氣。
2．管道形狀：矩形和圓形。
3．不需要前后直管段，只要有250-300mm長(zhǎng)的安裝位置即可。
4．可以測(cè)量30°角的氣流，不受不規(guī)則流體、甚至是多向旋轉(zhuǎn)氣流的影響。
5．精度：2-3%。
6．不需要現(xiàn)場(chǎng)標(biāo)定，即流量系數(shù)K=1。
7.正壓孔與靜壓孔都為迎流方向，可以降低堵塞的可能性。
8.壓力損失很小。
  
五、結(jié)構(gòu)原理
綜上所述，要使風(fēng)量傳感器能夠達(dá)到在任何流體條件下都能準(zhǔn)確測(cè)量的目的，橫截面式流量計(jì)在結(jié)構(gòu)功能上必須要滿足四個(gè)條件：
 
1、通過(guò)管道橫截面上的各個(gè)點(diǎn)的流速雖然不是等速的，但要求它是穩(wěn)定的。
上述求面積法理論是在將每個(gè)小單元面積的流速視為規(guī)則的前提下提出的。如何實(shí)現(xiàn)每個(gè)小單元面積的流速為規(guī)則的呢？在實(shí)際應(yīng)用中，采用了流動(dòng)調(diào)整器，安放在測(cè)速裝置的上游。其作用是在相等的長(zhǎng)度內(nèi)，將不穩(wěn)定的流體變成一束束穩(wěn)定的流體。
在管道中的空氣流動(dòng)截面上設(shè)置的任何機(jī)械結(jié)構(gòu)都會(huì)阻礙空氣流動(dòng)。阻力的大小取決于該結(jié)構(gòu)的大小及形狀，以及從結(jié)構(gòu)中通過(guò)的空氣數(shù)量。流動(dòng)調(diào)整器的目的是利用特制的平行柵格狀結(jié)構(gòu)，把結(jié)構(gòu)對(duì)空氣流的阻力降至最小程度。該結(jié)構(gòu)具有96%以上的流通截面積。流動(dòng)調(diào)整器具有基本的調(diào)節(jié)功能，即對(duì)氣流進(jìn)行整流和均衡分布的作用。
 流動(dòng)調(diào)整器平行柵格狀結(jié)構(gòu)為焊接方法制成的，兼具空氣鎮(zhèn)流器和均衡器的作用。其96%以上的自由流通截面減少了結(jié)構(gòu)對(duì)空氣流造成的壓降。每個(gè)柵格通道的側(cè)面積與截面面
 
積的比為12：1.這一比值對(duì)流通空氣產(chǎn)生少量的阻力，而使流速降低較大；而較低的流速受到較小的阻力，速度卻相對(duì)提高。這就是均衡器的原理。以下圖示中的箭頭表示空氣在經(jīng)過(guò)均衡斷面后的流速的大小。

 

  空氣整流過(guò)程消除了氣流中旋轉(zhuǎn)的湍流，并且引導(dǎo)氣流的方向，使其有序化，但不會(huì)明顯地改變流過(guò)柵格的空氣流速分布。消除旋轉(zhuǎn)的、方向雜亂的氣流，對(duì)于氣流總壓和靜壓力的分離及精確測(cè)定具有至關(guān)重要的意義。
 
  2、由于通過(guò)管道橫截面上的各點(diǎn)的流速不是相等的，要求傳感器測(cè)出的數(shù)值盡可能接近平均值。再接勾上要產(chǎn)生各點(diǎn)流速之和的平均值。檢測(cè)探頭依照多點(diǎn)自動(dòng)均衡皮托管工作原理，來(lái)檢測(cè)氣流總壓和靜壓。
 
  3、總壓取壓孔的進(jìn)口經(jīng)過(guò)破口加工，以便消除空氣的方向效應(yīng)。取壓口位于探頭的正前面上，檢測(cè)迎面吹來(lái)的氣流的全壓力Pt。成對(duì)的靜壓傳感口呈一理想角度，倆倆相對(duì)地布置在探頭表面，以降低經(jīng)直流器整定后的氣流對(duì)靜壓測(cè)量產(chǎn)生的誤差作用。當(dāng)流體方向偏離正常方向時(shí)，一個(gè)靜壓傳感器測(cè)孔受到較高壓力（Ps+部分Pt）的作用，而另一個(gè)靜壓傳感器受到同樣大小的壓力（Ps-部分Pt）的作用，于是全壓Pt的不良影響得以抵消。正是這種偏置靜壓及坡口行的總壓傳感器的獨(dú)特設(shè)計(jì)，使得橫截面式流量計(jì)探頭對(duì)于迎面吹來(lái)的多向旋轉(zhuǎn)氣流很不敏感（這種氣流的迎角及傾角可偏離正向流體30°，甚至更多），因此即使在上游不安裝氣流整流器的情況下，探頭仍能保證氣流速度的精確計(jì)量，這種檢測(cè)探頭由于其獨(dú)特設(shè)計(jì)，已在美國(guó)獲得專利。
  4、為了“免標(biāo)定”，必須使流量系數(shù)K=1。根據(jù)流量檢測(cè)的基礎(chǔ)理論，一個(gè)與氣流方向垂直的管狀探頭插入氣流之后，在探頭表面形成一種與流體流動(dòng)方向緊密相關(guān)的壓力分布;探頭管上迎著氣流方向的那一部分區(qū)域?yàn)檎龎簠^(qū)；正壓區(qū)兩側(cè)緊靠正壓區(qū)的表面為靜壓區(qū)；探頭管表面的其它部分為負(fù)壓區(qū)。兩排靜壓檢測(cè)孔分別開(kāi)在正壓區(qū)和負(fù)壓區(qū)之間的靜壓區(qū)。靜壓區(qū)與流體方向成一定規(guī)律的角度。按此角度加工出來(lái)的探頭，其流量系數(shù)就是1，既可以不定標(biāo)
 
          
 

橫截面式平均流量傳感器在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上完全實(shí)現(xiàn)了上述四個(gè)要求。見(jiàn)下圖，橫截面式平均流量傳感器在結(jié)構(gòu)上分為圓形和矩形管道。整體為不銹鋼結(jié)構(gòu)
 
1、 矩形風(fēng)管道橫截面流量計(jì)：
 

 

 
 
2、 圓形風(fēng)管道橫截面流量計(jì)：
 

 

 
由圖可以看出，該裝置不管管道截面積多大，其長(zhǎng)度都在250-300mm之間。在該裝置的入口端是布滿整個(gè)截面積的直流器，擾動(dòng)的氣流經(jīng)過(guò)直流器的整流，變成平穩(wěn)的氣流。在直流器之后，裝有在管道橫截面上按一定規(guī)律排列的橫截面速度取壓管，將流速不相同的動(dòng)壓經(jīng)裝置變成較平穩(wěn)的信號(hào)。
六、 安裝方法
   橫截面式平均流量傳感器為風(fēng)道型的，即它的外形及尺寸與風(fēng)道管完全一樣，其兩端為圓形或矩形法蘭，可以通過(guò)法蘭與管道連接。

 

 
全壓與靜壓接頭的外螺紋規(guī)格是G1/2英寸。
 
 
七、 定貨須知
（一）橫截面式流量計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)
1.外殼：采用厚度為5㎜的不銹鋼板，連續(xù)焊接，外殼深度為250-300㎜.
2.法蘭：矩形：45㎜寬，5㎜厚不銹鋼板，90°角矩形法蘭。
    圓形：45㎜寬，5㎜厚不銹鋼板，焊接制造。
3.空氣直流器: 1英寸正方形平行柵格均衡器/整流器，70㎜深度。采用0.5㎜厚度的不銹鋼板。
4.全壓傳感器管和匯管：所有傳感器管和匯管都用1Gr18Ni9Ti不銹鋼制成，焊接結(jié)構(gòu)有防熱脹的作用。
矩形：外徑為Φ12㎜的全壓管，與外徑為Φ28㎜的均壓匯管焊接。
圓形：外徑為Φ12㎜的全壓管，連接在一個(gè)外徑尺寸為1/2″-1″(根據(jù)檢測(cè)裝置直徑確定)的匯管上，進(jìn)行信號(hào)均值檢測(cè)。
5.靜壓傳感器管：所有傳感器管用1Gr18Ni9Ti不銹鋼制成，焊接結(jié)構(gòu)。
6.全壓、靜壓輸出接頭螺紋為G1/2英寸。
7.部件表面：所有內(nèi)外不銹鋼部件均未經(jīng)任何特殊的表面處理。
8.包裝：整臺(tái)裝置使用膠合板箱包裝，膠合板箱使用木條加固。
 
(二)選購(gòu)結(jié)構(gòu)件
1.人工吹掃：每個(gè)總壓和靜壓匯管的支管伸出機(jī)殼直至一個(gè)帶螺紋的管頭，擰開(kāi)絲堵后可使用壓縮空氣或鋼絲刷對(duì)匯管內(nèi)側(cè)進(jìn)行清理。
2.自動(dòng)吹掃裝置：是一個(gè)自動(dòng)高壓空氣吹掃系統(tǒng)，有閥門、定時(shí)器、電動(dòng)閥、氣控閥等部件組成。該裝置能夠自動(dòng)啟動(dòng)壓縮空氣系統(tǒng)，按照預(yù)先設(shè)定的時(shí)間間隔對(duì)橫截面探頭進(jìn)行吹掃。該系統(tǒng)工作時(shí)切斷動(dòng)壓變送器輸入信號(hào)管路，鎖定變送器輸出信號(hào)，即最后一次檢測(cè)到的信號(hào)值。然后接通氣源，經(jīng)由管路向探頭匯管輸送大流量高壓空氣，清除積聚在傳感器孔中的灰塵及污物，并且把積聚在探頭匯管中的固體沉積物吹出。
為了獲得自動(dòng)空氣吹掃的最大效果，吹掃應(yīng)該按次序進(jìn)行（一次一個(gè)）
3.溫度傳感器：流量計(jì)內(nèi)可安裝熱電偶或電阻溫度計(jì)探頭，以便干溫度顯示及流體溫度調(diào)節(jié)。溫度探頭的類型、尺寸、工作范圍，由客戶根據(jù)具體使用要求確定。
4.所有部件（整機(jī)）經(jīng)滲氮工藝處理，增加耐磨性。
 
注：我們可根據(jù)要求提供非常規(guī)尺寸，特種結(jié)構(gòu)的流量計(jì)，如深度不等的外殼，大尺寸法蘭，以及不同的結(jié)構(gòu)材料。需要特種結(jié)構(gòu)請(qǐng)與生產(chǎn)廠家聯(lián)系。