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涡街流量计的测量现场应用

发布时间:2018/1/30 10:05:56 点击量:

在特定的流动条件下,一部分流体动能会转化为流体振动,其振动频率与流速(流量)有确定的比例关系,依据这种原理工作的流量计称为流体振动流量计目前流体振动流量计有三类:涡街流量计、旋进(旋涡进动)流量计和射流流量计涡街流量计具有以下一些特点:

①输出为脉冲频率,其频率与被测流体的实际体积流量成正比,不受流体组分、密度、压力、温度的影响

②测量范围宽,一般范围度可达10:1以上

③精确度为中上水平

④无可动部件,可靠性高

⑤结构简单牢固,安装方便,维护费较低

⑥应用范围广泛,可适用液体、气体和蒸汽

涡街流量计的工作原理

在流体中设置旋涡发生体(阻流体),从旋涡发生体两侧交替地产生有规则的旋涡,这种旋涡称为卡曼涡街,旋涡列在旋涡发生体下游非对称地排列根据卡曼涡街原理。

与旋涡发生体、管道的几何尺寸有关外,还与斯特劳哈尔数有关斯特劳哈尔数为无量纲参数,它与旋涡发生体形状及雷诺数有关,为圆柱状旋涡发生体的斯特劳哈尔数与管道雷诺数的关系可见,在ReD=2×104~7×106的范围内,可视为常数,这是仪表正常工作范围当测量气体流量。

斯特劳哈尔数与雷诺数关系曲线

涡街流量计输出的脉冲频率信号不受流体物性和组分变化的影响,即仪表系数在一定雷诺数范围内仅与旋涡发生体及管道的形状尺寸等有关但是在物料平衡及能源计量中需检测质量流量,这时流量计应同时监测体积流量和流体密度,流体物性和组分就会对流量计量产生直接影响。

涡街流量计由传感器和转换器两部分组成,如图3所示传感器包括旋涡发生体(阻流体)、检测元件、仪表表体等转换器包括前置放大器、滤波整形电路、DAC、输出接口电路、端子、支架和防护罩等近年来智能式流量计还把微处理器、显示通信及其他功能模块装在转换器内。

在现场中的应用

1 现场应用

涡街流量计适用的流体比较广泛,但不适用于低雷诺数(ReD≤2×104)流体因为在低雷诺数时,斯特劳哈尔数随着雷诺数而变,仪表线性度变差同时,含固体微粒的流体对旋涡发生体的冲刷会产生噪声,其含有的短纤维若缠绕在旋涡发生体上将改变仪表系数

涡街流量计在混相流体中的应用如下:

①可用于含分散、均匀的微小气泡,但容积含气率应小于7%~10%的气、液两相流,若容积含气率超出2%就应对仪表系数进行修正

②可用于含分散、均匀的固体微粒,含量不大于2%的气固、液固两相流

③可用于互不溶解的液液(如油和水)两组分流等

脉动流和旋转流会对涡街流量计产生严重影响如果脉动频率与涡街频率频带合拍可能引起谐振,破坏正常工作和设备,使涡街信号产生“锁定(Lock-in)”现象,这时信号会固定于某一频率“锁定”与脉动幅值、旋涡发生体形状及堵塞比等有关。

涡街流量计的精确度对于液体大致在±0.5%R~±2%R之间,对于气体在±l%R~±2%R之间,重复性一般为 0.2%~0.5%由于涡街流量计的仪表系数较低,频率分辨率低,口径愈大精度愈低,故仪表口径不宜过大(DN300以下)

范围度宽是涡街流量计的特点,但重要的一点是量程下限的流量数值一般液体平均流速下限为0.5m/s,气体为4~5m/s涡街流量计的正常流量最好在正常测量范围的1/2~2/3处。

涡街流量计的最大优点是仪表系数不受测量介质物性的影响,可以由一种典型介质推广到其他介质上但由于液、气的流速范围差别很大,导致频率范围亦差别很大处理涡街信号的放大器电路中,滤波器的通带不同,电路参数亦不同,因此,同一电路参数不能用于测量不同介质。

另外,气体和液体的密度差别很大,而旋涡分离时产生的信号强度与密度成正比,因此信号强度差别亦很大液、气放大器电路的增益、触发灵敏度等皆不相同,压电电荷差别大,电荷放大器的参数也不相同即使同为气体(或液体、蒸汽),随着介质压力、温度、密度不同,使用的流量范围不同,信号强度亦不同,电路参数同样要改变因此,一台涡街流量计不经硬件或软件修改,改变使用介质或改变仪表口径是不可行的。

2 安装注意事项

涡街流量计属于对管道流速分布畸变、旋转流和流动脉动等敏感的流量计,因此,对现场管道安装条件应充分重视,严格遵照使用说明书执行。

涡街流量计可安装在室内或室外如果安装在地井里,为防止被水淹没,应选用涎水型传感器传感器在管道上可以水平、垂直或倾斜安装,但测量液体和气体时为防止气泡和液滴的干扰,要注意安装位置。

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