涡街流量计测量原理及常见故障处理

田娜

(唐山氯碱有限责任公司,河北,唐山,063305)

涡街流量计测量原理及常见故障处理

田娜

(唐山氯碱有限责任公司,河北,唐山,063305)

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。

涡街流量计;原理;故障分析

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)精确度为中上水平;(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

式中：U1：旋涡发生体两侧平均流速,m/s;S r：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

图1 卡门涡街

管道内体积流量 qv为

式中 K：流量计的仪表系数,脉冲数 /m3(P/m3)。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=2×104～7×106范围内,S r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

图 2 斯特劳哈尔数与雷诺数关系曲线

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绝对压力,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。

表1 常见故障处理

[1]朱炳兴,王森.仪表工试题集——现场分册(第二版)北京化工工业出社,2002.

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1003-3467(2010)10-0095-02