0 前言
在上世纪六十年代末期出现了一种新型的流量测量仪表—涡街流量计。在70年代涡街流量计进入快速发展时期,各种新型的检测方法和新产品纷纷问世。80年代发展势头仍然强劲,到90年代初期开始,涡街流量计的发展放慢了步伐,由于人们对这种新型仪表的生产、设计、选型、应用方面的经验不足,面对各行各业千差万别的现场和测量对象,有些问题逐步暴露出来。直到90年代后期,智能型涡街流量计投入市场,它克服了常规型涡街流量计的不足,而涡街流量计的固有优点继续发挥,使涡街流量计的性能、功能、质量上了一个新的台阶,至今涡街流量计已逐步成为流量仪表这个大家庭中的新成员。我厂是从1995年开始使用日本横河公司生产的涡街流量计测量蒸汽流量,至今仍在使用。
1 涡街流量计的工作原理
涡街流量计是利用流体振动原理来进行流量测量的,把一个非流线型阻流体(漩涡发生体)垂直插入管道中,随着流体绕过阻流体,从阻流体两侧交替分离出卡曼涡街,漩涡频率f与流经发生体两侧的平均流速V1之间的关系,可表示为:
设测量管内径为D,发生体两侧弓形流通面积之和与测量管的横截面积之比为m,根据流体连续性定理:V1= V/m代入(1)式可得f =SrV/md
设测量管内瞬时体积流量为qv则
由(2)式可看出,对于确定的测量管内径口D和发生体迎面宽度d、流体的体积流量qv与漩涡频率f成正比。也可以说,只要测量出漩涡频率f,就可以测量出体积流量,如果把式(2)做一个交换可得
由式(2)和式(3)可看出,只要测量出漩涡频率f,就可以测量出流体的体积流量,而漩涡频率f只与流速V和发生体的几何参数有关,而与被测流体的特性与组分无关。
2 涡街流量计的优点和局限性
2·1 优点
(1)压力损失较小
涡街流量计在蒸汽测量、气体流量测量上与孔板流量计相比,压力损失小,仅为孔板的1/4~1/2,这对能源节约是非常重要的。
(2)量程范围宽
由于涡街流量计在雷诺数范围内具有很好的线性度,按这个雷诺数范围计算,量程比可达300:1以上,由于检测元件的灵敏度、仪表的压力损失和其他方面的限制要达到这么高的量程比是非常困难的。但大多数的涡街流量计的量程比可达到10:1以上,有的可达到20:1甚至30:1,而其他流量计如差压流量计,却没有这么宽的量程范围,这点在实际应用中很重要,特别是在我们北方地区,由于蒸汽管道是不变的,冬天和夏天的用蒸汽量差别很大,这就给测量带来了很大困难,因此涡街流量计就显示出很大优势。
(3)测量精确度较高
通常测量液体的精确度为±0.5%~±1%,测量气体的精确度为±1%~±1.5%。这种精确度比科氏力质量流量计、涡轮流量计低,但与传统的差压流量计,浮子流量计相比,测量精确度较高。
(4)输出与流体流速成正比的脉冲信号,不存在零漂问题。
在诸多流量仪表中,有不少仪表输出的是模拟信号,如差压流量计、浮子流量计、电磁流量计等,这类仪表输出信号存在着零点飘移,会给流量测量带来误差,特别是在小流量状态,零漂对测量精度的影响是不可小视的。因为涡街流量计的测量原理决定,输出信号是与流体流速成正比的脉冲信号,所以不存在零漂问题。
(5)测量工作状态体积流量,对流体的物性变化不敏感。
在一定的雷诺数范围内,流体振动频率只与流体工作状态下的体积流量成正比,面对流体物理性质(压力、温度、粘度、密度等)变化不敏感,因此这类仪表在符合几何相似和动力相似条件下,用一种典型介质(例如水、空气)标定,就可以在其他介质中使用。
(6)适用于多种介质
涡街流量计可测量液体、气体和蒸汽流量,不少流量计不具备这一点。例如电磁流量计只可用于导电液体,对电导率很低的纯净水、化工介质、油和气体等不能测量,容积式流量计可测量液体、气体、但不能测量蒸汽。
(7)由于涡街流量计无可动部件,其可靠性高,寿命长。
(8)安装方式灵活,可以水平、垂直、倾斜安装。
(9)可以根据不同的测量介质和测量现场,选择不同的检测技术。
(10)结构形式多样,可以做成满管式,也可以做成插入式,测量大管径流量、性价比高。
2·2 局限性
(1)仪表系数偏低
涡街流量计的仪表系数K较低,且随仪表测量管径D的增大,仪表系数K近似以直径比的3次方速率下降,从下表可以看出:
由于仪表系数K随测量管径D的增大,而急剧下降,分辨力也降低,所以满管式仪表的通径大都在300mm以下。
(2)测量管道振动对测量影响大
涡街流量计是流体振动流量计,当工作管道振动较强,且振动方向与发生体相垂直,振动频率与漩涡频率相同或相近时,对漩涡稳定分离就会产生影响,在实际工作中有时会碰到无流量有信号的情况,这就很有可能是管道有振动。我厂用的横河公司E型、DYF涡街型都可以调整N.B(噪声平衡)、TLA,db(增益)等参数,可消除振动影响,但会影响流量下限的测量。
(3)对直管段要求严格
由于它是一种速度式流量计,漩涡分离的稳定性受流速分布的影响,按上游不同形式阻流件,应配置足够长的直管段,才能保证测量精确度。不少专家认为,它对直管的要求不会比节流装置低,我们应用的横河涡街提出的管道要求为一般气体。前20D后10D,液体前10D后5D,特别是在测量气体时不满足要求,将会产生流量信号不稳定的现象。
(4)下限流量不能太低
不适用于低雷诺数的流量测量(一般Red≥),所以对于高粘度、低流速和小口径的情况下应用受到限制。
(5)不宜测量混相流和脉动流
由于混相流和脉动流在某些情况下难以形成涡街,仪表无法工作。
(6)不能检测高测介质
3 结束语
以上是对涡街流量计原理及特点等的一些阐述,希望对大家在选择和使用涡街流量计时能有所帮助,涡街流量计具有一定的推广应用价值所以我们坚信随着涡街流量计的逐步完善,它将成为流量测量仪表的中坚力量。
参考文献
[1] 蔡武昌,应启戛,主编.新型流量检测仪表[M].化学工业出版社,2003(8).
[2] 横河涡街流量计说明书.横河公司.
[3] 梁国伟,蔡武昌,编著.流量测量技术及仪表[M].机械工业出版社, 2002(6).
[4] 姜仲霞,姜丹涛,刘桂芳,主编.涡街流量计[M].中国石化出版社,2006(1).
作者简介:王笑然(1971~),男,民族:汉,学历:大专,毕业于哈理工大学电气自动化。从事计量检测工作,组长,1990年至今一直在哈药集团制药总厂计控中心工作。
