摘要(yao):由于能(neng)源價格(ge)的不斷(duan)上漲,用(yong)能成本(ben)已經成(cheng)爲衆多(duo)🐉工業企(qi)業的主(zhu)要運營(ying)成本之(zhi)一,對于(yu)能源♉的(de)計量也(ye)🐅越來越(yue)成爲社(she)會的關(guan)注焦點(dian),能源計(ji)量器具(ju)的配備(bei)合理與(yu)否.計量(liang)準确與(yu)否與企(qi)業的切(qie)身利益(yi)息息相(xiang)關。渦街(jie)流量計(ji)
由于原(yuan)始信号(hao)爲數字(zi)信号，具(ju)有測量(liang)精度高(gao)、補償🌈計(ji)算簡單(dan),異常狀(zhuang)況時易(yi)于分析(xi)的優勢(shi),在能源(yuan)的🌈貿易(yi)計量上(shang)占有一(yi)席之地(di)。該文介(jie)紹了渦(wo)街流量(liang)💚計的測(ce)量原理(li),分析了(le)渦街流(liu)量計在(zai)貿易計(ji)量上的(de)優勢,以(yi)及渦街(jie)流量計(ji)應用于(yu)貿易計(ji)量時的(de)注意事(shi)項。
渦街(jie)流量計(ji)是一種(zhong)應用卡(ka)門渦街(jie)原理的(de)流量計(ji),用于液(ye)🏃♂️體、氣📞體(ti)和蒸汽(qi)的測量(liang),也可測(ce)量含有(you)微小顆(ke)粒、雜質(zhi)的渾❌濁(zhuo)液體，廣(guang)泛應用(yong)于石油(you)、化工、制(zhi)藥、造紙(zhi)、冶金、電(dian)力、環保(bao)、食品等(deng)行🔞業。
1渦(wo)街流量(liang)計的工(gong)作原理(li)
渦街流(liu)量計是(shi)以卡門(men)渦街理(li)論爲基(ji)礎:當流(liu)體流經(jing)非線🧑🏽🤝🧑🏻性(xing)✌️的三角(jiao)柱擋體(ti)時,在擋(dang)體的兩(liang)側就會(hui)交替産(chan)生有⭐規(gui)則的旋(xuan)渦信号(hao),該旋渦(wo)的分離(li)頻率與(yu)流體的(de)流速成(cheng)正比”。渦(wo)街流量(liang)計結構(gou)🏃♂️原理如(ru)圖1所示(shi)。
根據卡(ka)門渦街(jie)原理,有(you)如下關(guan)系式:
式中(zhong):
m一旋渦(wo)發生體(ti)兩側弓(gong)形面積(ji)與管道(dao)橫截面(mian)面積之(zhi)比(無量(liang)綱);
D一表(biao)體通徑(jing)(單位:m);
d一(yi)旋渦發(fa)生體迎(ying)面寬度(du)(單位:m);
f一(yi)旋渦的(de)發生頻(pin)率(單位(wei):Hz);
U1一旋渦(wo)發生體(ti)兩側平(ping)均流速(su)(單位:m/s);
Sr一(yi)斯特勞(lao)哈爾數(shu)(無量綱(gang));
U一被測(ce)介質來(lai)流的平(ping)均速度(du)(單位:m/s);
qr一(yi)瞬時體(ti)積流量(liang)(單位:m2/s);
K一(yi)流量計(ji)的儀表(biao)系數(單(dan)位:m3)
由公(gong)式可見(jian),平均儀(yi)表系數(shu)的大小(xiao)隻與渦(wo)街流量(liang)🔴傳感🏃器(qi)✏️幾何尺(chi)寸即渦(wo)街口徑(jing)、阻擋體(ti)寬度與(yu)斯特勞(lao)哈爾數(shu)sr有關。斯(si)特勞哈(ha)爾數與(yu)雷諾數(shu)的關系(xi)如👅圖2所(suo)示,可見(jian)，當雷諾(nuo)數Re在2x104~7x106之(zhi)間🔴時,Sr可(ke)視爲常(chang)數。也就(jiu)是說,對(dui)于一台(tai)口徑、阻(zu)擋體幾(ji)何尺寸(cun)已經确(que)定的㊙️渦(wo)街流量(liang)計,它的(de)儀表系(xi)🛀數在一(yi)定的流(liu)速範圍(wei)内是定(ding)值的。
2渦(wo)街流量(liang)計的特(te)點
1)可測(ce)量液體(ti)、氣體、蒸(zheng)汽的流(liu)量;
2)輸出(chu)爲脈沖(chong)頻率,其(qi)頻率與(yu)被測流(liu)體的實(shi)際體積(ji)💛流量成(cheng)正比,且(qie)不受流(liu)體組分(fen)、密度、壓(ya)力、溫度(du)的影響(xiang);
3)結構簡(jian)單,無機(ji)械運動(dong)部件,長(zhang)期運行(hang)穩定可(ke)靠;
4)量程(cheng)比适中(zhong),普通傳(chuan)感器量(liang)程比可(ke)達10:1以上(shang),智能渦(wo)街流量(liang)♻️計量程(cheng)比可達(da)40:1;
5)壓力損(sun)失小，約(yue)爲孔闆(pan)流量計(ji)的1/4~1/2。
3渦街(jie)流量計(ji)在貿易(yi)計量.上(shang)的優勢(shi)
1)渦街流(liu)量信号(hao)爲數字(zi)頻率方(fang)式,測量(liang)精度高(gao)
渦街流(liu)量計的(de)旋渦分(fen)離頻率(lü)是與體(ti)積流量(liang)的大小(xiao)成正‼️比(bi)的,且分(fen)離頻率(lü)不受流(liu)體組分(fen)、密度、壓(ya)力溫度(du)的影響(xiang)。隻要測(ce)量出旋(xuan)渦個數(shu),就可以(yi)準确計(ji)💘算出體(ti)積流量(liang)，而旋渦(wo)個數的(de)測量是(shi)純數字(zi)概念,不(bu)存在測(ce)量數值(zhi)上的誤(wu)差，讓💯渦(wo)街流量(liang)計具有(you)了全量(liang)程範圍(wei)内流量(liang)信号精(jing)确的特(te)點,是其(qi)它模拟(ni)㊙️類流量(liang)計不🍉可(ke)比拟的(de)優點。傳(chuan)感器線(xian)性均爲(wei)18的脈沖(chong)型渦街(jie)和模拟(ni)類流量(liang)📱計精度(du)對比如(ru)表1所示(shi)。
2)補償運(yun)算簡單(dan),計算精(jing)度高,未(wei)知參數(shu)少
渦街(jie)流量計(ji)的體積(ji)流量可(ke)以通過(guo)測量旋(xuan)渦分離(li)頻💯率得(de)知,蒸✔️汽(qi)密度、氣(qi)體密度(du)、壓縮系(xi)數都可(ke)以通過(guo)測量溫(wen)度壓力(li)進行補(bu)償計算(suan),且計算(suan)公式均(jun)爲國标(biao)或國際(ji)公式,計(ji)算精度(du)高。與差(cha)壓式流(liu)量計對(dui)比,差壓(ya)式流量(liang)計計算(suan)結果受(shou)密度、粘(zhan)度、等熵(shang)指數💋、壓(ya)縮系數(shu)、氣體可(ke)膨脹系(xi)數以及(ji)結構尺(chi)寸熱脹(zhang)冷縮變(bian)化的影(ying)響2,補償(chang)計算較(jiao)複雜,且(qie)很多差(cha)壓式流(liu)量計并(bing)沒有氣(qi)體可膨(peng)脹系數(shu)的補償(chang)計算公(gong)式,因此(ci),計量結(jie)果會存(cun)在一定(ding)偏差。
渦(wo)街流量(liang)計算法(fa)流程如(ru)圖3所示(shi),圖中虛(xu)線框爲(wei)外部采(cai)集信号(hao),實線框(kuang)爲計算(suan)參數;差(cha)壓式流(liu)量計算(suan)法流程(cheng)如有圖(tu)4所示,圖(tu)中虛線(xian)框爲外(wai)部信号(hao)及已知(zhi)參數,實(shi)線框爲(wei)計算參(can)數。
3)儀表(biao)測量異(yi)常時,能(neng)快速分(fen)析判斷(duan)
由于卡(ka)門渦街(jie)流量信(xin)号是由(you)旋渦頻(pin)率數值(zhi)來.體💋現(xian)的,在正(zheng)常情況(kuang)下,旋渦(wo)分離頻(pin)率是穩(wen)定的,隻(zhi)有當傳(chuan)感器發(fa)生異常(chang)或工況(kuang)發生變(bian)化時,旋(xuan)渦分離(li)頻率才(cai)會有很(hen)🔴大的變(bian)化,因此(ci),通過觀(guan)察渦街(jie)流量傳(chuan)感器頻(pin)率變化(hua)範圍的(de)大小，可(ke)以很方(fang)🙇♀️便的分(fen)析出傳(chuan)感器是(shi)否存在(zai)故障,不(bu)會出現(xian)模‼️拟類(lei)傳感器(qi)在使用(yong)時因爲(wei)零點偏(pian)移或模(mo)拟轉換(huan)誤差而(er)帶來不(bu)易發現(xian)的計量(liang)🛀🏻誤差。渦(wo)街信号(hao)如圖5所(suo)示
觀察(cha)渦街流(liu)量計放(fang)大整形(xing)後波形(xing),若爲均(jun)勻方波(bo)信号,則(ze)☁️爲正常(chang)流量變(bian)化;若出(chu)現明顯(xian)不均勻(yun)方波信(xin)号,則可(ke)能爲外(wai)界幹擾(rao)、超出測(ce)量範圍(wei)或傳感(gan)器故障(zhang)導緻。
4渦(wo)街流量(liang)計在貿(mao)易計量(liang)上的注(zhu)意事項(xiang)
除常規(gui)的選型(xing)設計外(wai)，渦街流(liu)量計用(yong)在貿易(yi)計量時(shi),還應注(zhu)意以下(xia)幾點:
1)蒸(zheng)汽狀态(tai)變化對(dui)流量測(ce)量的影(ying)響測量(liang)蒸汽時(shi),在💛蒸汽(qi)經過閥(fa)i]或較長(zhang)管道輸(shu)送後,可(ke)能會産(chan)生蒸汽(qi)🔴狀态變(bian)化的情(qing)況:.
(1)過熱(re)蒸汽變(bian)爲飽和(he)蒸汽
過(guo)熱蒸汽(qi)在管道(dao)輸送過(guo)程中，會(hui)産生熱(re)能損失(shi),即溫度(du)降低。當(dang)溫度降(jiang)到一-定(ding)程度時(shi),會從過(guo)熱蒸汽(qi)狀态進(jin)入臨界(jie)幹飽和(he)狀🧑🏾🤝🧑🏼态或(huo)過飽和(he)狀态。
如(ru)進入幹(gan)飽和狀(zhuang)态，理論(lun)上不會(hui)産生計(ji)量誤差(cha)。因幹飽(bao)和蒸汽(qi)仍屬于(yu)蒸汽範(fan)疇,且測(ce)量過熱(re)蒸汽一(yi)般選用(yong)溫度壓(ya)力雙補(bu)償✔️方式(shi),同時适(shi)用于過(guo)熱蒸🤞汽(qi)和幹飽(bao)和蒸汽(qi)的密度(du)補償。
如(ru)進人過(guo)飽和狀(zhuang)态(即濕(shi)飽和狀(zhuang)态),濕度(du)會以水(shui)滴、水霧(wu)的狀态(tai)存在,勢(shi)必影響(xiang)介質的(de)密度。但(dan)蒸汽的(de)密度⁉️補(bu)償算法(fa)僅适用(yong)于幹蒸(zheng)汽的計(ji)量,因此(ci)濕度㊙️越(yue)大(幹度(du)越小),誤(wu)差越大(da)。一般情(qing)況下，幹(gan)度≥95号時(shi),誤差較(jiao)小;幹🏃♀️度(du)<958時,誤差(cha)過大。
解(jie)決方法(fa):
①減短輸(shu)送管道(dao)距離;
②做(zuo)好管道(dao)的保溫(wen);
③當輸送(song)管道過(guo)長時,将(jiang)儀表安(an)裝管道(dao)擡高，或(huo)增加排(pai)液裝置(zhi)。
(2)飽和蒸(zheng)汽變爲(wei)過熱蒸(zheng)汽4
理想(xiang)的飽和(he)蒸汽狀(zhuang)态是溫(wen)度、壓力(li)、密度呈(cheng)一-對應(ying)關系,知(zhi)道其中(zhong)一個參(can)數,即可(ke)計算出(chu)另外兩(liang)個，因此(ci)測量飽(bao)🌈和蒸汽(qi)--般采用(yong)單補償(chang)方式,即(ji)單溫度(du)補償,或(huo)單壓力(li)補🔞償。但(dan)當飽和(he)蒸🌈汽經(jing)過加壓(ya)閥産生(sheng)大幅降(jiang)壓時,可(ke)能由飽(bao)和狀态(tai)轉變成(cheng)過熱蒸(zheng)汽。此時(shi)若采用(yong)單溫度(du)補償計(ji)算的密(mi)度誤差(cha)較大，采(cai)用單壓(ya)力補償(chang)計算的(de)密度誤(wu)差相對(dui)較小;如(ru)果能選(xuan)用溫壓(ya)補償方(fang)式,則不(bu)會🈲産生(sheng)誤差。
蒸(zheng)汽減壓(ya)和流量(liang)測量示(shi)意圖如(ru)圖6所示(shi)。化工廠(chang)鍋爐出(chu)口的飽(bao)和蒸汽(qi)(1MPa,184.1℃),經過減(jian)壓閥後(hou)轉變爲(wei)過熱蒸(zheng)❌汽狀态(tai)(0.42MPa,162.4℃,.密度2.7048kg/m3),不(bu)🏃🏻同補償(chang)方式計(ji)算的密(mi)度對比(bi)如表2所(suo)示,溫度(du)補償誤(wu)差高☀️達(da)27.61号,而壓(ya)力補償(chang)誤差僅(jin)在2.60号。
解(jie)決方法(fa):
①流量計(ji)安裝在(zai)減壓裝(zhuang)置上遊(you);.
②若安裝(zhuang)在減壓(ya)裝置下(xia)遊,盡量(liang)采用溫(wen)壓雙補(bu)償方式(shi),或單壓(ya)力補償(chang)方式。.
2)選(xuan)擇具有(you)内置精(jing)度高标(biao)準算法(fa)的渦街(jie)流量計(ji)
軟件算(suan)法會對(dui)渦街流(liu)量計計(ji)量的精(jing)度造成(cheng)較大影(ying)響。如😄蒸(zheng)汽密度(du)、氣體壓(ya)縮系數(shu),都是影(ying)響計算(suan)精度的(de)🌐關鍵參(can)數🙇🏻。
蒸汽(qi)密度的(de)計算方(fang)法有查(cha)表法和(he)公式法(fa)兩種,兩(liang)種算法(fa)☀️中公式(shi)法相對(dui)精度高(gao),并且可(ke)以對蒸(zheng)汽飽和(he)及🈚過熱(re)區域進(jin)行💃🏻判斷(duan);查表法(fa)覆蓋區(qu)域有限(xian),對㊙️于蒸(zheng)汽飽和(he)及過熱(re)區域沒(mei)有正确(que)的界限(xian)。
氣體的(de)壓縮系(xi)數也是(shi)随工況(kuang)條件而(er)變化的(de),如果🌍默(mo)認按1計(ji)算,則計(ji)算結果(guo)會存在(zai)--定偏差(cha)。因此,測(ce)氣體,尤(you)🐉其是測(ce)天然氣(qi)時,應選(xuan)用帶有(you)壓縮系(xi)數補償(chang)功能的(de)渦街流(liu)量計。天(tian)然氣壓(ya)🏃🏻縮系數(shu)曲線如(ru)圖7所示(shi)。
5結語
渦(wo)街流量(liang)計是目(mu)前最适(shi)合貿易(yi)計量的(de)流量計(ji)之一🌈，因(yin)✊爲通過(guo)渦街輸(shu)出的漩(xuan)渦頻率(lü)的穩定(ding)性能夠(gou)🙇♀️直觀地(di)判斷出(chu)👉流量👉計(ji)工作是(shi)否異常(chang)，且壓損(sun)小、安裝(zhuang)方便,長(zhang)期使用(yong)中渦街(jie)流量計(ji)産生的(de)表體結(jie)構偏差(cha)對儀表(biao)系數的(de)影響很(hen)小，因此(ci)可以🚶長(zhang)期作爲(wei)計量儀(yi)表使用(yong)。
本文來(lai)源于網(wang)絡,如有(you)侵權聯(lian)系即删(shan)除！
