節(jié)流裝置是利用測量管內(nèi)流通面積的改變使流動的流體產(chǎn)生靜壓力差的一類流量儀表。它的歷史悠久、種類繁多、用途廣泛。盡管當今流量儀表的種類有近百種，節(jié)流裝置依然是用量***大的一種。支撐這“冠軍”寶座的有三大支柱：節(jié)流裝置已有品種的改進和提高；節(jié)流裝置新品種的不斷出現(xiàn)并獲得推廣應(yīng)用；與節(jié)流裝置相配套的差壓變送器及顯示儀表在性能和質(zhì)量方面發(fā)展迅速。

    本文介紹的環(huán)形孔板節(jié)流裝置。近年來，在我單位的高爐煤氣、焦爐煤氣、混合煤氣等介質(zhì)的流量測量中獲得了成功應(yīng)用，在解決防堵塞、防堆積等方面有突出的特點。

    1 工作原理

    標準孔板的***小流通截面是板（孔板）片中心的圓孔，流體通過時因流通面積的突然收縮而加速，流體繞過孔板入口邊緣時產(chǎn)生的附面層是圓柱形。環(huán)形孔板的***小流通截面是板（測流板）片的外緣和管內(nèi)壁形成的圓環(huán)，流體通過時因流通面積的突然收縮而加速，流體繞過測流板入口邊緣時產(chǎn)生的附面層也是圓柱形，對流體產(chǎn)生阻力的機理是相近的。因此孔板或測流板對流體造成的阻力系數(shù)是相近的，這就使兩者有可能具有相近的流出系數(shù)。

    標準孔板節(jié)流裝置和環(huán)形孔板節(jié)流裝置的結(jié)構(gòu)分別如圖1和圖2所示。由圖可見，環(huán)形孔板與標準孔板的區(qū)別是：標準孔板的***小流通面是與管軸線同軸的圓柱，環(huán)形孔板的***小流通面是與管軸線同軸的圓環(huán)柱，從流場的對稱性考慮，都優(yōu)于圓缺孔板、偏心孔板；另一方面，環(huán)形孔板把中間流速高、靠近管壁處流速低的流動模式強制變成了靠近管壁處流速高、中間流速低的流動模式，相當于流場的二次分配，進入環(huán)形孔板的上游流場如果因上游局部阻力的干擾產(chǎn)生了畸變（即不再軸對稱），在二次分配時就會因“均化”的趨勢恢復(fù)成軸對稱，就像沒有受到局部阻力的干擾似的。

    環(huán)形孔板節(jié)流裝置和普通的標準孔板一樣，依據(jù)的基本原理是流體連續(xù)性方程和伯努利方程。把環(huán)形孔板的測流件安裝在圓管中，當流體流經(jīng)節(jié)流裝置時，其上、下游側(cè)之間就會產(chǎn)生壓力差，見圖3環(huán)形孔板工作原理圖，經(jīng)推導(dǎo)可得到流量基本方程式：

    式中，qm為流體的質(zhì)量流量，kg/h；C為流出系數(shù)；ε為流體經(jīng)過節(jié)流裝置后的可膨脹性系數(shù)（對液體ε=1）；β為徑比（β=d/D1，d：環(huán)形孔板的等效孔徑，mm，D1：管道內(nèi)徑，mm）；D為測量管（工作狀態(tài)下）的內(nèi)徑，mm；ΔP為節(jié)流裝置上、下游取壓口處測取的差壓值,KPa；ρ1為流體（在節(jié)流裝置上游側(cè)工作條件下）的密度，kg/m3。

    經(jīng)過正確設(shè)計計算制造出來的測流板在流體中形成阻擋，當流量為qm時產(chǎn)生的差壓為ΔP，利用差壓變送器將差壓值ΔP轉(zhuǎn)變成標準電流信號，再經(jīng)過顯示儀表或數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，顯示出流體的流量或總量。

    2 產(chǎn)品的特點

    環(huán)形孔板的特殊結(jié)構(gòu)決定了它在應(yīng)用時的諸多特點，這些特點不但在理論上是有根據(jù)的，而且也已經(jīng)被現(xiàn)場使用證明。比較突出的是：

    （1）結(jié)構(gòu)牢固、性能穩(wěn)定、工作可靠，基本上是“免維護儀表”。
    （2）儀表本體是一段直的測量管，內(nèi)壁經(jīng)過加工，精度高，而標準孔板要另訂一段直管段才能達到同樣效果。安裝誤差（偏心、密封墊片伸入管道等）對儀表的測量幾乎沒有影響，因此本儀表的使用精度比標準孔板高。
    （3）節(jié)流件和測量管內(nèi)壁都是形狀簡單的圓形，容易達到高的尺寸精度、嚴的形位公差，利用“抽樣標定”就能獲得高精度，流出系數(shù)穩(wěn)定性好。
    （4）流體進入儀表本體后經(jīng)過測流板的突然阻擋，強制再分配均化了來流時的畸變，通過環(huán)孔節(jié)流再加上“ 均壓環(huán)”取壓機構(gòu)，使得進入差壓變送器的測量值（ 差壓）很少受上游局部阻力的影響。
    （5）環(huán)形孔板不但可測量一般流體的流量，還可測量含雜質(zhì)的流體流量。因為環(huán)形孔板的檢測件結(jié)構(gòu)形式與標準孔板有本質(zhì)不同，環(huán)形孔板***小流通面是緊貼管內(nèi)壁的圓環(huán)，而標準孔板***小流通面是處于管中心的同心圓。流體中的雜質(zhì)流速較低，一般是緊貼著管壁邊流動，在標準孔板的附近，雜質(zhì)流得更慢，很容易沉淀堆積，以至于影響測量精度或堵塞取壓口。即使是圓缺孔板或偏心孔板，也避免不了這種故障。然而對于環(huán)孔節(jié)流式流量計，流體中的雜質(zhì)隨著主流一起高速通過***小流通截面（環(huán)隙），不大可能堆積在測流板附近，取壓口遠離滯流區(qū)，不容易堵塞，何況采取了多個取壓口（冗余設(shè)計）并聯(lián)在均壓環(huán)上，只有全部堵死才會失效，這就大大延長了檢修周期。防堵型環(huán)形孔板流量計的均壓環(huán)上與取壓口正對著的管壁處設(shè)有‘ 堵頭’或排污球閥，可定期旋開排污或用捅條疏通雜物。對含塵量更大的流體，可以選帶隔離膜片的差壓變送器，堵塞的可能性更小。帶均壓環(huán)的防堵型環(huán)形孔板結(jié)構(gòu)見圖4。

    3 總結(jié)

    焦爐煤氣、半水煤氣等臟污流體介質(zhì)含有粉塵、焦油、萘、硫化物、水，使用其它儀表遇到的問題較多。在儀表結(jié)構(gòu)方面，采用均壓環(huán)和多個取壓口，在均壓環(huán)上與取壓口相對的地方焊接一段與取壓管相同內(nèi)徑的排污管、連接一個球閥，在清污時打開球閥排污或者在停氣時用捅條疏通，也可以采用專用結(jié)構(gòu)在不停氣時用頂桿插入管壁清理取壓管。我單位已應(yīng)用十幾臺，***長的使用已有6年，至今未發(fā)生故障，節(jié)約了大量的維護人力和物力。為生產(chǎn)單位提供了準確的計量數(shù)據(jù)，使生產(chǎn)單位在節(jié)能降耗工作中有數(shù)據(jù)進行指導(dǎo)，降低了生產(chǎn)能耗。