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涡街流量计特点原理以及常见故障与处理

时间:2018/04/15来源:未知

 【摘要】涡街流量计是70年代发展起来的一种流量测量仪表,刚一问世就受到注意,并越来越受到重视,是国内外仪表行业公认的一种很有发展前途的流量仪表。随着电子技术的发展,涡街流量计广泛的应用于工业生产中,在工业测量中发挥着越来越重要的作用。本文主要描述了涡街流量计的特点、局限性、测量原理,并且对常见故障找出原因,并给出处理方法。

 
1涡街流量计的特点及局限性
         涡街流量计(简称VSF)是一种无运动部件的流量测量仪表,它是通过测量流路中障碍物下游的旋涡频率来反应流速的,从而达到测量流量的目的。其具体特点表现在以下几个方面:
         (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,它不受流体组分、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)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、气体和蒸气。
 
涡街流量计具有使用范围广,测量精度高,磨损小,输出信号呈线性并可远距离传输,便于安装及维护等优点。但这种流量计也就有一定的局限性,具体表现在:
         (1)VSF不适用于低雷诺数测量(ReD≥2×104),故在高粘度、低流速、小口径情况下应用受到限制;
         (2)旋涡分离的稳定性受流速分布畸变及旋转流的影响,应根据上游侧不同形式的阻流件配置足够长的直管段或装设流动调整器(整流器);
         (3)力敏检测法VSF对管道机械振动较敏感,不宜用于强振动场所;
         (4)与涡轮流量计相比仪表系数较低,分辨率低,口径愈大愈低,一般满管式流量计用于DN300以下;(5)仪表在脉动流、混相流中尚欠缺理论研究和实践经验。
 
2测量原理
         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,这种旋涡称为卡门涡街,如图1所示。旋涡列在旋涡发生体下游非对称地排列。设旋涡的发生频率为f,被测介质来流的平均速度为U,旋涡发生体迎面宽度为d,表体通径为D,根据卡门涡街原理,有如下关系式
         f=SrU1/d=SrU/md(1)
         式中:U1:旋涡发生体两侧平均流速,m/s;Sr:斯特劳哈尔数;m:旋涡发生体两侧弓形面积与管道横截面面积之比
卡门涡街原理图和公式
管道内体积流量 qv为
涡街流量计管道内体积流量公式
         式中 K:流量计的仪表系数, 脉冲数 /m3 (P/m 3 )。K除与旋涡发生体、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, 图 2所示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图。由图可见, 在 ReD=2 ×10 4 ~ 7 ×10 6范围内, Sr可视为常数, 这是仪表正常工作范围。当测量气体流量时, VSF的流量计算式为
 
         式中 qVn, qV--分别为标准状态下(0℃或 20℃, 101.325kPa)和工况下的体积流量, m3/h;Pn, P--分别为标准状态下和工况下的压力, Pa;Tn, T分别为标准状态下和工况下的热力学温度, K;Zn, Z分别为标准状态下和工况下气体压缩系数。由上式可见, VSF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。但是作为流量计在物料平衡及能源计量中需检测质量流量, 这时流量计的输出信号应同时监测体积流量和流体密度, 流体物性和组分对流量计量还是有直接影响的。
 
2 常见故障处理
见表 1。
涡街流量计常见故障处理

 

  1 涡街流量计的优点
 
  1.1 涡街流量计测量元件结构简单,性能可靠,使用寿命长,维护量小。
 
  1.2 涡街流量计测量范围宽,量程比一般能达到1:10。
 
  1.3 涡街流量计的体积流量不受被测流体压力、温度、密度或粘度等热工参数的影响,一般不需单独标定,可测量液体、气体和蒸汽的流量。
 
  1.4 涡街流量内计无可动部件,也没有阻碍流体流动的节流部件,因而造成的压力损失小。
 
  1.5 涡街流量计精度较高,可达0.5%。
 
  2 涡街流量计工作原理
 
  在流体中插入一物体时,流体流动受到影响,在障碍物的两侧就会交替地分离释放出两串旋涡,在下游形成互相平行的两个旋涡流,称为卡门涡街。障碍物就是旋涡发生体,它可以是三棱柱体,或者圆柱体,如图1所示。
 
  图1 卡门涡街的形成
 
  旋涡的回旋方向,因所在旋涡流的不同而不同,,如图所示,在上边的一列旋涡流为顺时针方向旋转,在下边的一列则作逆时针旋转。由于旋涡之间相互作用,其旋涡流一般是不稳定的。但是理论和实验证明,当满足参数h/l=0.281(h为卡门涡街列的间隔,l为同列中旋涡的间隔)时,涡街是稳定的,并且单侧旋涡的分离释放频率f与流体流速v、旋涡发生体宽度d(三棱柱时为底宽,圆柱时为直径)的关系符合下式:f=St*v/d式中:St-斯特劳哈尔系数St是雷诺数Re的函数,当Re=500~150000时,St=0.16(对三棱柱体)和St=0.2(对圆柱体)。在工业中检测的流速,实际上几乎都不超出这个范围。
 
  由上式可见,旋涡的分离频率f只决定于介质流速和和旋涡发生体宽度之比,而不受温度、密度和粘度等影响,因此,对f进行检测,可以得到介质流速v,并由此求得介质的体积流量。
 
  3 涡街流量计安装注意事项
 
  正确安装涡街流量计,才能得到准确的测量结果。
 
  3.1 涡街流量计避免安装在温度变化很大、含腐蚀性气体、电磁干扰大的环境中。流量计应避开电动机、水泵等振动物体,安装在振动较小的管道上,若振动较大,则必须加设管道支撑。
 
  3.2 注意安装时流量计上的方向箭头指示需与流体流动方向一致。
 
  3.3 涡街流量计是速度式测量仪表,其测量精度受管道内流体速度分布规律变化的影响较大,为了保证测量,流量计前后要保证一定长度的直管段。
 
  如果流量计上游有缩管,则上游侧的直管段长度至少为5D(D:流量计的标称内径);如果流量计上游有扩管或者弯头,则上游侧的直管段长度至少为10D;阀门应该装在流量计的下游,如果阀门一定要装在流量计的上游,则上游侧的直管段长度至少为20D;流量计下游侧的直管段长度至少为5D。
 
  3.4 流量计相邻直管道的内径必须与流量计的内径一致,或略大于流量计内径,安装时流量计的中心和管道的中心需保持一致,特别需要注意的是不要将流量计安装的密封垫片突出到管道中,否则会影响精度,如图2所示。
 
  3.5 需要测量流体压力、温度做温压补偿时,将测压孔设置在涡街流量计下游的2~7D之间的地方。将测温孔设置在离测压点下游1~2D(D:流量计的标称内径)之间的地方。如图3所示。
 
  3.6 被测流体为单一状态时,涡街流量计可以测量气体、液体和蒸汽。但是在混相流的状态,流量计是不能作出的测量的。所以要注意不同流体要有不同安装方式,为的就是避免产生混相流。
 
  图4是测量气体、蒸汽时流量计的安装方式,将流量计位置抬高,避免在流量计处聚集液体;图5是测量液体时流量计的安装方式,将流量计位置降低,避免在流量计处聚集气泡。
 
  3.7 涡街流量计一般做水平安装,也可做垂直安装,在垂直安装时要使流体充满管道,不能出现混相流。
 
  3.8 为了增强分离型涡街流量计的工作稳定性,***好将流量计传感器上的接地端子和转换器上的接地端子妥善接地。
 
  4 涡街流量计的使用注意事项
 
  4.1 涡街流量计正常工作时,对流速下限有一定要求,所以选择流量计通径时不能根据原管道通径选择,而要考虑流体的粘度和密度,根据***小流量、***大流量、常用流量等来选择流量计的通径,而且要使常用流量处在可测量范围的20%以上。
 
  4.2 涡街流量计出厂时厂家已经根据订货要求对流量计进行了参数设定,用户无需修改。但如果订购自带显示表头的涡街流量计,一是用户可以根据现场工况或在改变管道条件时对部分参数进行更为准确的设定,从而得到更的测量结果,二是用户可以直接在现场从表头读取瞬时流量和累积流量。
 
  4.3 用户在表头设定的主要参数有:显示方式、流体类型(气体、液体和蒸汽)、流量单位、工况压力、工况温度、工况密度、标准状态压力、标准状态温度等,对于其他一些系统参数,除非有深刻准确的理解,一般不能随意改动。
 
  4.4 涡街流量计是一种速度式流量计,因此所得的流量实际上是工况条件下的体积流量Qf。对于气体而言,有时为了便于比较或结算,需将Qf转换为标准状态下(0℃,1标准大气压)下的标准体积流量Qn,Qf和Qn的关系式为:Qn=■×■×■×Qf (Nm3)/h式中:P-工况压力(MPa);T-工况温度(℃);K-偏差系数,和气体压力及气体种类有关,一般条件下可取1。

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