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涡街流量表是怎样计算流量的

多年工程实践证明,选型是用好涡街流量表的关键环节,而选型过程中对于测量上 / 下限的核算则是重要基础,抓住了这一基础环节,该流量计不失为一种性能卓越的流量计。选型过程中,首先是根据工艺要求选择正确的口径规格,以确保流体流量介于所需准确度等级下、流量计的非常大及非常小流量测量限之内;因为线性度与测量范围及雷诺数相关,流体的雷诺数不可超限;涡街流量表为速度式流量计,应采用工况流速进行测量范围的性能对比。
 
一、涡街流量表测量下限的核算
对于智能涡街流量表的测量下限,应引起足够重视的是:当流量低于下限时,涡街流量表将指示为零,已不能反映流量的变化趋势。因此,在工程应用中,应考虑足够低的测量下限余量。涡街流量表的测量下限由雷诺数、二次部件信号处理系统的增益及抗干扰能力、频带宽度、抗震性能认证指标及现场振动强度等因素共同制约,必须对上述因素分别进行核算,并将核算结果中的非常大值作为流量计测量下限使用,即实际测量下限:
需注意,与其他模拟式原理的流量计不同的是,涡街流量表是以计量漩涡数量测量流量,是通过信号频率而非信号强度提取瞬时流量信息,因此,常见的通过 (4 ~ 20)mA 输入通道进行小信号截除以稳定零点的措施,通常是无效的。零点的稳定,主要取决于涡街流量表的抗干扰能力。
 
1. 雷诺数限制的流量下限的核算
通常情况下,上限流量对应的雷诺数无需考虑,主要需对下限流量的雷诺数进行计算,在计算结果低于制造商标称的雷诺数下限时,流量计不可选用。
雷诺数下限导致的流速测量下限计算见式(1):
式中:Vmin1--基于雷诺数限制的工况流速下限,m/s;Rd min--为保证标称准确度,所需非常小雷诺数;μ--流体在工况下的动力黏度,cP 或 mPa·s;ρ--流体工况密度,kg/m3;D--管道内径,mm。对于黏度高于1cP的液体流量检测或小于DN40的小口径规格的选用,应不可省略雷诺数下限的核算。
 
2. 基于信号处理系统的增益及抗干扰能力进行流量下限的核算
由于涡街信号强度与流体密度成正比、与流体流速的平方成正比,随流量减小,涡街信号的强度以二阶关系急剧减弱。对于低密度流体(如气体),信号更加微弱,在小流量时需要信号处理系统提供足够的增益 ( 放大倍数 ),并且应确保小流量时的微弱信号能够在各类现场干扰下依旧得以正确地辨识,否则会将干扰信号频率误识为流量信号,产生无法预计的测量误差,导致测量失败。式(2)给出基于信号处理系统的增益及抗干扰能力的测量下限的核算:
式中:Vmin2--基于信号处理系统增益及系统抗干扰能力的流速下限,m/s;C--常数,由信号处理系统的增益及抗干扰能力共同决定 , 各产品存在明显差异;ρ--流体工况密度,kg/m3。
 
3. 基于信号处理系统的频带限制导致的流速测量下限 Vmin3
信号系统的低端频响限制,直接限制测量下限,常见产品样本分别给出各口径规格在测量液体、气体、蒸汽时的流速下限,可直接引用,但切不可与抗干扰能力确定的下限混淆。
 
4. 基于抗震性能认证指标及现场振动强度的流速测量下限的核算
该方面导致的流速测量下限见式(3):
式中:Vmin4--基于抗震性能认证指标及现场
管道振动强度的流速下限,m/s;V0--认证时的流速下限,m/s;VIf--预计的现场管道振动干扰强度,g;ρ0--认证时的流体工况密度,kg/m3;VI0--认证的抗振动干扰强度性能,g;ρ--现场流体工况密度,kg/m3。
 
二、涡街流量表测量上限的核算
涡街流量表的测量上限,同时受限于信号处理系统高端频响、涡街发生体及传感器的结构承受能力、工艺要求的压力损失极限。在流量超过信号处理系统频响范围上限时,涡街流量表很可能出现流量越大,指示越小的“倒走”现象,产生难于预测的误差。在流量超出涡街发生体及传感器的结构承受能力的上限时,易出现传感器寿命缩短,甚至发生体或传感器断裂的现象,威胁下游设备的安全。过高的流速可能导致压力损失超过工艺要求的限制,影响生产。流量计非常高压力损失计算可采用式(4)进行:
式中:△P--流量计产生的yongjiu压力损失,kPa;Cd--涡街流量表阻力系数,由其结构决定;V--流体工况流速,通常取非常高流速,m/s;ρ--流体工况密度,kg/m3。
 
制造商在产品样本中通常已给出各口径规格流量计对于液体、气体、蒸汽的测量上限流速,可直接采用。
 
三、其他需关注的问题
1. 在对气体进行测量范围核算时,切勿混淆工况体积与标况体积,以免核算结果严重偏离,致使流量计口径规格选择错误。
2. 大口径 / 低流速的应用问题。由于 K 系数与涡街流量表流通管内径成反比,对于相同流速,呈现口径规格越大,涡街频率越低的规律。在选用 DN200及以上口径规格的满管式涡街流量表时,可能出现涡街频率与流速波动频率相近甚至相同的情形,致使涡街频率难以正确识别,产生难以接受的测量误差,这种情形出现的概率随口径规格的增大及流速的降低而升高,因此更易出现在大口径液体检测的应用之中,这正是大多数制造商不生产 DN300 以上规格满管式涡街流量表的原因。在选用 DN300 以上口径满管式一体式温压补偿涡街流量表时,应向制造商了解应用的限制情况。
 
四、结论
以上仅对涡街流量表选型过程中上 / 下限的核算提出了基本思路和方法,在实际工程应用中,还需要工程技术人员对涡街流量表的准确度、性价比、使用成本、安装条件(包括机械振动)以及技术支持等做更深入的分析。