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涡街流量计的设计、现场应用和现场常见故障及其处理方法

2021-03-27
旋涡街道流量计的设计、现场应用及常见故障与处理。
旋涡街流量计及其优点。
目前,中国涡街流量计生产发展迅速,全国已有数十家生产厂家,但无论是理论研究还是实践经验都存在着不足。目前基本的流量方程仍然引用了卡曼涡街理论,而卡曼在气体风洞中的实验得到了这种理论和一些定量关系式,这种关系式不同于具有三维非均匀流场的封闭管路中的旋涡分离。旋涡街流量计目前广泛应用于石油、天然气、冶炼厂、水管道等复杂的工业生产场所。
在1878年,斯特劳哈尔发表了一篇关于流体振动频率与流速关系的论文,斯特劳哈尔数是一种描述涡旋频率与阻流特性尺寸和流速关系的相似判据。对涡街的早期研究主要是为了预防由于锅炉和热交换器钢管的固有频率与流体涡街频率相吻合而引起的共振破坏。旋涡街道流体振动现象的测量研究始于20世纪50年代,即风速计、船速计等。六十年代后期,开始研制封闭管道的流量计—涡街流量计,诞生了用热丝法和热敏法检测的涡街流量计。上世纪70、80年代涡街流量计发展异常迅速,研制了多种类型的阻流流量计和测试方法,并在市场上大量生产。
旋涡流量计是将非流线型阻流置于流体中,在阻流两侧交替地释放出两组有规律的旋涡,在一定流量范围内,旋涡分离频率与管内平均流速成正比,利用各种形式的检测元件测得其旋涡频率,即可推算出流体的流量。流体动能的一部分在一定的流动条件下转化为流体振动,其振动频率与流动速度(流量)成一定的比例关系,按此原理运行的流量计就是流体振动流量计。现有的液体振动流量计有三种类型:涡街流量计,旋进(旋进)流量计和喷射流量计。旋涡街道流量计有以下几个优点。
②输出为脉冲频率,频率与被测流体的实际体积流量成比例,不受流体成分、密度、压力和温度的影响;
测定范围宽,一般可达10:1以上;
c值为中上位;
④不动部件,工作可靠;
⑤结构简单牢固,安装方便,维修费低;
适用范围很广,可以用在液体,气体和蒸汽上。
涡街流量计是如何工作的?
设置一个由两侧交替地产生称为卡曼涡街(见图1)的规则型涡流的涡流发生体(阻流),该涡流在涡流发生体下游不对称地排列。按照卡曼涡街的原则,关系式[2]如下:
在式中,m-旋涡发生体两侧弓形面积与管道横截面面积的比率;D-表体通径,mm;d-旋涡发生体正面宽度,mm;f-旋涡发生频率,Hz;U1-旋涡发生体两侧平均流速,m/s;Sr-Straohal数;U-被测介质平均流度,m/s。
管路体积流量qv:
流量计测量系数为K-,脉数/m3即:P/m3。
除了与涡流发生体、管路几何尺寸有关系外,还与施特劳尔数有关。Straohal数是一个无因次参数,它与涡旋的形状和雷诺数有关,如图2所示,是圆柱涡旋发生体的Straohal数和管道的雷诺数之间的关系。如图2所示,在ReD=2×104~7×106的范围内,Straohal数可以看作常数,即仪表的工作范围。涡街流量计在测量气体流量时的流量计算式如下:
公式中,qvn,qv-,分别为标准状态(0℃或20℃,101.325kPa)和工作状态(m3/h)下的体积流量;pn,p-,工作状态下的压力,Pa;Tn,T-,工作状态下的热力学温度,K;Zn,Z-,分别为标准状态下的气体压缩系数。
从公式(5)可以看出,涡街流量计输出的脉冲信号不受流体性质和成分变化的影响,也就是说,在一定的雷诺数范围内,仪器系数只与涡流发生体和管路的形状等因素有关。但在物料平衡与能量计量时,需要检测质量流量,此时流量计的输出信号应该同时监测体积流量和流体密度,而流体的性质和组成直接影响流量计量。
旋涡街道流量计包括两个部分:传感器和转换器(见图3)。传感元件包括涡流发生体(阻流体),探测元件,仪表表体等;转换器包括前置放大器,滤波整形电路,D/A转换电路,输出接口电路,终端,支架,保护罩等。近几年来,智能型流量计在转换器中设置了微处理器、显示通讯等功能模块。
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