淺談渦街流量表在蒸汽計(jì)量中的應(yīng)用

淺談渦街流量表在蒸汽計(jì)量中的應(yīng)用一．概述

LUGB型渦街流量傳感器是孔板流量計(jì)最理想的替代產(chǎn)品.渦街流量計(jì)是基于卡門渦街原理而研制成功的一種具有國際先進(jìn)水平的新型流量計(jì)，由于它具有其它流量計(jì)不可兼得的優(yōu)點(diǎn)，自七十年代以來得到了迅速開展，據(jù)有關(guān)資料顯示，現(xiàn)在日本、歐美等興旺國家使用渦街流量計(jì)的比例大幅度上升，已廣泛應(yīng)用于各個領(lǐng)域，將在未來流量儀表中占主導(dǎo)地位.

LUGB型渦街流量傳感器適用測量過熱蒸汽、飽和蒸汽、壓縮空氣和一般氣體、水和液體的質(zhì)量流量和體積流量.

二.工作原理

在流體中設(shè)置旋渦發(fā)生體〔阻流體〕，從旋渦發(fā)生體兩側(cè)交替地產(chǎn)生有規(guī)那么的旋渦，這種旋渦稱為卡曼渦街，如圖1所示。旋渦列在旋渦發(fā)生體下游非對稱地排列。設(shè)旋渦的發(fā)生頻率為f，被測介質(zhì)來流的平均速度為U，旋渦發(fā)生體迎面寬度為d，表體通徑為D，根據(jù)卡曼渦街原理，有如下關(guān)系式

f=SrU1/d=SrU/md〔1〕

式中U1--旋渦發(fā)生體兩側(cè)平均流速，m/s；

Sr--斯特勞哈爾數(shù)；

m--旋渦發(fā)生體兩側(cè)弓形面積與管道橫截面面積之比

管道內(nèi)體積流量qv為

qv=πD2U/4=πD2mdf/4Sr(2)

K=f/qv=[πD2md/4Sr]-1(3)

式中K--流量計(jì)的儀表系數(shù)，脈沖數(shù)/m3〔P/m3〕。

K除與旋渦發(fā)生體、管道的幾何尺寸有關(guān)外，還與斯特勞哈爾數(shù)有關(guān)。斯特勞哈爾數(shù)為無量綱參數(shù)，它與旋渦發(fā)生體形狀及雷諾數(shù)有關(guān)，圖2所示為圓柱狀旋渦發(fā)生體的斯特勞哈爾數(shù)與管道雷諾數(shù)的關(guān)系圖。由圖可見，在ReD=2×104～7×106范圍內(nèi)，Sr可視為常數(shù)，這是儀表正常工作范圍。當(dāng)測量氣體流量時(shí)，渦街流量表的流量計(jì)算式為

式中qVn，qV--分別為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下〔0oC或20oC，101.325kPa〕和工況下的體積流量，m3/h；

Pn，P--分別為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下和工況下的絕對壓力，Pa；

Tn，T--分別為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下和工況下的熱力學(xué)溫度，K；

Zn，Z--分別為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下和工況下氣體壓縮系數(shù)。

由上式可見，渦街流量表輸出的脈沖頻率信號不受流體物性和組分變化的影響，即儀表系數(shù)在一定雷諾數(shù)范圍內(nèi)僅與旋渦發(fā)生體及管道的形狀尺寸等有關(guān)。但是作為流量計(jì)在物料平衡及能源計(jì)量中需檢測質(zhì)量流量，這時(shí)流量計(jì)的輸出信號應(yīng)同時(shí)監(jiān)測體積流量和流體密度，流體物性和組分對流量計(jì)量還是有直接影響的。

三.渦街流量表在蒸汽計(jì)量中的優(yōu)點(diǎn)：

1.結(jié)構(gòu)簡單而牢固，無可動部件，可靠性高，長期運(yùn)行十分可靠。

2·安裝簡單，維護(hù)十分方便。不象差壓式流量計(jì)那樣再另裝導(dǎo)壓管和固定支架，即節(jié)省了安裝費(fèi)用，又減少了故障點(diǎn)，還不用采取保溫措施。

3.檢測傳感器不直接接觸被測介質(zhì)，性能穩(wěn)定，壽命長?！册槍τ趦?nèi)藏式〕

4.輸出是與流量成正比的脈沖信號，無零點(diǎn)漂移，精度高。也可根據(jù)需要使其輸出4-20MA信號。

5.測量范圍寬，量程比可達(dá)1：10，最高可達(dá)1：20。這一點(diǎn)對一些用汽很不平衡的用戶的蒸汽計(jì)量很有作用。

6.壓力損失較小，運(yùn)行費(fèi)用低，更具節(jié)能意義?！蚕鄬τ诓顗毫髁坑?jì)〕.

四．局限性分析：

1.對直管段的要求較高，一般起碼要求前直管段在15D左右，后直管段在5D左右。

2.蒸汽的水擊容易造成探頭及旋渦發(fā)生體的損傷。

3.不適合安裝在管線振動較大或干擾較強(qiáng)的地方.

4.所測介質(zhì)溫度不能過高，最高不能高于400度。

5.現(xiàn)在大管徑的流量表穩(wěn)定性欠佳〔大于DN250MM〕

五．儀表的選型

儀表的正確選型是儀表正常使用的關(guān)鍵，實(shí)際應(yīng)用中，太多的故障是由于儀表的選型不合理造成的，詳細(xì)了解現(xiàn)場應(yīng)用的工況條件及介質(zhì)參數(shù)，選擇適宜的壓力，溫度，防護(hù)，防爆等級及材質(zhì)，結(jié)構(gòu)方式，以保證儀表能運(yùn)行在最正確狀態(tài)。對于蒸汽的計(jì)量選擇適宜的渦街流量表，我認(rèn)為主要按以下步驟進(jìn)行：

1.首先了解所測量的工作介質(zhì)，是飽和蒸汽還是過熱蒸汽。

2.確定流量的使用范圍：最大流量和最小流量。

3.了解介質(zhì)的最高、常用、最低工作壓力和工作溫度；〔對于飽和蒸汽，只需知道壓力或溫度即可〕

4.查表得出工作狀態(tài)下的密度。

5.根據(jù)以上數(shù)據(jù)，對于飽和蒸汽,我們可以從該表的說明書中的飽和蒸汽的流量范圍表中查找出最接近的流量表.〔過熱蒸汽可依據(jù)相應(yīng)的密度從飽和蒸汽流量表中查的〕

6.最后根據(jù)現(xiàn)場的工作環(huán)境選擇是使用一體式的還是別離式的?！怖缃橘|(zhì)溫度較高〕

六．安裝：

1.渦街流量表屬于對管道流速分布畸變、旋轉(zhuǎn)流和流動脈動等敏感的流量計(jì)，因此，對現(xiàn)場管道安裝條件應(yīng)充分重視，遵照生產(chǎn)廠使用說明書的要求執(zhí)行。

2.減小振動對渦街流量表的影響應(yīng)該作為渦街流量表現(xiàn)場安裝的一個突出問題來關(guān)注。首先在選擇傳感器安裝場所時(shí)盡量注意避開振動源。其次采用彈性軟管連接在小口徑中可以考慮。第三，加裝管道支撐物是有效的減振方法，

3.在渦街流量表上游2-10D處取測壓點(diǎn)，在流量計(jì)下游5-10D處取測溫點(diǎn)，測溫元件應(yīng)探入管道內(nèi)部且迎向流體方向。

4.儀表在管道上安裝時(shí)必須遵循下面的規(guī)那么：

〔1〕.管道內(nèi)徑盡量與傳感器通徑一致。

〔2〕。電焊焊接法蘭時(shí)，不應(yīng)帶表焊接。

〔3〕。安裝時(shí)注意傳感器流向標(biāo)志指向介質(zhì)的流動方向。

七．常見故障現(xiàn)象及解決方法

總之，經(jīng)過幾年的