為提高安全生產(chǎn)水平，國家先后出臺多項政策，要求高瓦斯及煤與瓦斯突出礦井必須建立地面yongjiu瓦斯抽采系統(tǒng)或井下臨時瓦斯抽采系統(tǒng)，將瓦斯抽采工程視為生命工程、資源工程，并要求配備瓦斯抽采監(jiān)控系統(tǒng)[1]。目前，應(yīng)用于煤礦瓦斯抽采流量監(jiān)測的傳感器種類較多，其中包括V錐流量計、孔板流量計、渦街流量計、均速管流量計等。威力巴流量計是目前應(yīng)用較多的一種均速管流量計，通過測量一條線上多個測點的流速實現(xiàn)流量的計量，其精確度高、穩(wěn)定性好、壓損較小。但在實際使用過程中威力巴流量計因選址、安裝、維護(hù)等原因，容易造成監(jiān)測數(shù)據(jù)的偏差。

 

1威力巴流量計原理

1.1威力巴結(jié)構(gòu)

威力巴流量計的探頭采用子彈頭形狀設(shè)計，為單桿雙腔結(jié)構(gòu)，多對取壓孔依據(jù)一定的規(guī)律分布在整個管道的剖面上[2]。檢測桿正前方為正壓取壓孔，檢測桿的兩側(cè)為低壓取壓孔。當(dāng)氣體流經(jīng)檢測桿時，在其前部產(chǎn)生一個高壓區(qū)，在檢測桿兩側(cè)產(chǎn)生一個低壓區(qū)。氣體在檢測桿后部產(chǎn)生低壓區(qū)但會出現(xiàn)漩渦，通過對高壓區(qū)與低壓區(qū)之間的差壓值進(jìn)行測量，可以獲得平均速度所產(chǎn)生的平均差壓，如圖1、圖2。

1.2威力巴結(jié)構(gòu)流量計算

威力巴流量計的工作原理是通過采集平均總壓與平均靜壓之差獲得氣體流速和流量。假設(shè)威力巴檢測桿迎風(fēng)區(qū)速度為V1（m/s），壓力為P1（Pa），威力巴檢測桿背部的流速為V2（m/s），背部壓力為P（2Pa），暫不考慮摩擦阻力、流體高度差等因素，根據(jù)伯努利方程計算：

式中：ρ為氣體密度，kg/m3。

在實際環(huán)境中，迎風(fēng)區(qū)速度V1=0m/s，由公式（1）可知：

因為∆P=P1-P2，由公式（2）可知：

式中：∆P為靜壓之差，Pa。

在實際環(huán)境中，由于氣體經(jīng)過威力巴檢測桿受截面形狀、尺寸、取壓孔位置等因素影響與理論值存在偏差，需要對使用系數(shù)K進(jìn)行修正，可知：

式中：V為實際工況流速，m/s。管道內(nèi)體積流量計算，可知：

式中：QV為體積流量，m3/s；A為管道橫截面積，m2。

 

1.3取壓孔的分布

目前均速管設(shè)計取壓孔分布時常用的方法有：等面積分布法、等流量分布法、高斯近似積分法、切比雪夫近似積分法等[3]，其中切比雪夫近似積分法使用較多。切比雪夫近似積分法的分布位置見表1。

2威力巴流量計應(yīng)用

2.1產(chǎn)品應(yīng)用

GD3（B）瓦斯抽放多參數(shù)傳感器采用威力巴檢測桿結(jié)構(gòu)，傳感器外殼采用304不銹鋼材質(zhì)設(shè)計，上部儀表可350°旋轉(zhuǎn)；傳感器LED顯示屏提供豐富的參數(shù)內(nèi)容，方便操作人員查詢；傳感器具備工況、標(biāo)況自動換算、累計量自動累計等功能；具備兩路RS485通信功能，其中485-1通信口上傳數(shù)據(jù)至管網(wǎng)監(jiān)測系統(tǒng)，485-2通信口上傳數(shù)據(jù)給控制器或就地顯示器。

 

為驗證GD3（B）瓦斯抽放多參數(shù)傳感器的測量精度，選擇一臺DN200規(guī)格瓦斯抽放多參數(shù)傳感器在臨界流文丘里噴嘴氣體流量計檢定系統(tǒng)中對工況流量準(zhǔn)確度進(jìn)行測試。測試結(jié)果表明，基于威力巴檢測桿結(jié)構(gòu)的GD3（B）瓦斯抽放多參數(shù)傳感器準(zhǔn)確度高，性能穩(wěn)定。試驗數(shù)據(jù)如表2。

2.2應(yīng)用過程常見問題

甘肅大水頭煤礦瓦斯抽采管網(wǎng)監(jiān)測系統(tǒng)采用基于威力巴結(jié)構(gòu)的瓦斯抽放多參數(shù)傳感器（流量、溫度、壓力），傳感器具有較寬的量程范圍、可靠的

測量準(zhǔn)確性，能較好地滿足抽采主、支、匯流管瓦斯流量監(jiān)測需求。但在安裝過程中需要注意一些安裝細(xì)節(jié)，避免因安裝原因造成測量偏差。主要注意點如下：

（1）選擇合適地點，確保傳感器安裝點的前直管段大于7D，后直管段大于3D。如傳感器安裝前方存在孔板、閘閥、蝶閥等嚴(yán)重影響氣流穩(wěn)定的設(shè)備時，前直管道應(yīng)大于20D。

（2）傳感器前方有法蘭接頭時，法蘭墊片易引起數(shù)據(jù)波動，法蘭墊片不能突入管壁內(nèi)。

（3）目前抽采管道材質(zhì)、壁厚等因素造成實際內(nèi)徑與流量計廠家出廠參數(shù)存在偏差（廠家出廠默認(rèn)為取整），需要按實際內(nèi)徑進(jìn)行調(diào)整。

（4）避免安裝在低洼處，此處管道內(nèi)煤泥易淤積造成內(nèi)徑變小、流速偏高、流量測量出現(xiàn)較大偏差。

（5）正確選擇傳感器管徑，避免出現(xiàn)大尺寸傳感器安裝在小尺寸管道上，避免選用小管徑威力巴結(jié)構(gòu)作為通用型號使用。

 

2.3與傳統(tǒng)流量計比較

綜合比對孔板、渦街、V錐等流量傳感器在瓦斯抽采領(lǐng)域的測量準(zhǔn)確度、適應(yīng)性，孔板流量傳感器yongjiu性壓損大，量程比小，節(jié)流件邊緣易磨損造成流出系數(shù)變化，維護(hù)保養(yǎng)不易拆裝[4]；渦街流量傳感器屬于點式流速測量，流量精度不高，對管道的震動十分敏感，不適用于抽采管道流速及流場不穩(wěn)定以及有較多雜質(zhì)的煤層氣計量環(huán)境[5]；V錐流量傳感器對前后直管段要求不高，測量準(zhǔn)確度高，不堵塞，流量下限低（定制），但yongjiu壓損大，量程比小，管段式結(jié)構(gòu)造成運輸、安裝、維護(hù)成本高；采用插入式設(shè)計的威力巴流量傳感器具有量程比大、幾乎無壓損、測量準(zhǔn)確、結(jié)構(gòu)簡單、維護(hù)方便等優(yōu)點，具有較高的適應(yīng)性。

 

3結(jié)語

基于威力巴結(jié)構(gòu)的瓦斯抽采流量傳感器在應(yīng)用過程中以其測量準(zhǔn)確、結(jié)構(gòu)簡單、維護(hù)方便等優(yōu)點得到工程技術(shù)人員的好評，其插入式的安裝方式減少了現(xiàn)場安裝工作量和安裝成本，特殊的防堵特性大幅降低了被堵塞的幾率，有較好的推廣應(yīng)用前景。