旋街道流量计是20世纪80年代中期开始发展起来的一种新型流量计,具有许多优点和优点,在现代流量测量中得到了越来越广泛的应用。涡街流量计在国内的应用也越来越受到重视,目前我国已经有了性能优良、具有自主知识产权的系列产品。涡街流量计是在流体振动的基础上发展起来的,根据旋涡类型的不同,检测方法由热丝式、热敏式逐步发展到应力式、磁敏式和微分开关电容式、超声式等。旋涡街流量计可以应用于几乎所有可以形成旋涡结构的场合,不仅可以用来测量封闭管道,也可以测量开槽。涡街流量计与涡轮流量计相比,无可移动机械部件,维修工作量小,仪器参数稳定;与孔板流量计相比,测量范围大,压力损失小,精度高,安装、维修方便。但是涡街流量计的环境相关参数较多,在使用现场容易被忽视,从而影响其性能的正常发挥。
旋涡街道流量计的原理是在流量计管路中,设置一个滞流件,当流体流经该滞流件时,由于滞流件表面的滞流作用等原因,在该滞流件的下游产生两列不对称的旋涡,在该滞流件的侧后方分离,形成所谓的卡门(Karman)旋涡列,这两列旋涡的旋转方向相反,而卡门在理论上证明了当h/L=0.281(h为两列滞流件之间的宽度,L为相邻两列的距离)时,该旋涡列是稳定的雷诺数Re,表示粘性流体的流动特性的一个无量纲数,其物理意义是流体流动的惯性力与粘滞力的比值。所以流体的流动状态对涡街流量计的使用也会产生影响。若环境参数影响流体的流动状态,也会影响涡街流量计的工作性能。
通过长期的实践,我们总结出了以下几个方面对涡街流量计的使用产生影响,针对这些问题进行了分析。
旋涡流量计的测量范围较大,一般为10:1,但其测量下限受多种因素的限制:Re>10000是旋涡流量计工作的最基本条件,除此之外,还受到旋涡能量的限制,如介质流速较低,旋涡强度、旋转速度也较低,很难引起敏感元件的响应信号,旋涡频率f也较小,还会造成信号处理上的困难。由于传感器的频率响应(如磁敏式一般不超过400Hz)及电路的频率都有测量上限,所以在设计时必须进行流速范围的计算、核算,并根据流动速度来选择。用地的环境条件比较复杂,选型时除了考虑环境温度、湿度、气氛等条件外,还要考虑电磁干扰。对于高压输电电站、大型整流所等干扰较大的场合,磁敏、压电应力式等仪器不能正常或精确测量。
振荡也是这类仪器的主要对手。使用时应注意避免管子的机械振动,特别是管子的横向振动(与管子轴线垂直的旋涡发生体轴线的振动),这一影响在流量计的结构设计中无法抑制和消除。因为涡街信号对流场的影响同样敏感,所以当直管段长度无法保证涡街稳定所需的流动条件时,不宜选用。甚至抗振性较强的电容式、超声波式,都可以保证流体的单向流动充分发展,这一点不容忽视。
介电温度对涡街流量计的性能也有重要影响。如果压力应力式涡街流量计在300℃状态下不能长时间使用,由于其绝缘阻抗会由10MΩ~100MΩ急速下降到1MΩ~10KΩ,输出信号也变小,导致测量特性恶化,因此最好选择磁敏式或电容式结构。传感器与转换器应采用独立安装的方式,以免长期高温影响仪表的可靠性和使用寿命。
涡街流量计是一种较新的流量计,处于开发阶段,如果选用不当,将无法很好地发挥其性能。只需在合理选型、正确安装之后,还需在使用过程中定期认真维护,不断积累经验,提高对系统故障的预见性及判断、处理问题的能力,才能达到满意的效果。
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