[摘要]渦(wō)街流量計
在(zài)計量蒸汽時(shi)，管内蒸汽流(liu)速必須限定(dìng)在一個範圍(wei)内,渦街流量(liàng)計才能正常(chang)工作。有人使(shi)用一些看似(sì)無意其實違(wéi)法的手段📐,緻(zhi)使下遊的壓(ya)力驟降,導緻(zhi)蒸汽流速超(chao)過渦街流量(liàng)計測量流速(su)上限，渦街流(liú)量計不能正(zhèng)常工作,計量(liang)嚴重偏小。最(zui)後提出采用(yòng)加裝限流裝(zhuang)置的方法來(lái)控制蒸汽流(liú)速以保證渦(wō)街流量計正(zhèng)常計量。
目前(qian)，渦街流量計(ji)廣泛運用在(zài)蒸汽計量上(shang)。渦街流量🚶計(ji)是一種發展(zhǎn)比較成熟的(de)流量計，其主(zhǔ)要優點有:無(wú)可動部件，結(jié)構💰簡單牢固(gu)，安裝方便，維(wei)護費用較低(di)，量程比一般(ban)在10:1以上,精度(dù)也相對較高(gao)，測量氣體一(yi)般在1.0級到1.5級(jí)之間，測量液(yè)體一般在💚1.0級(ji)。
在多年的檢(jian)定工作中，發(fā)現有人使用(yong)了一個蒸汽(qì)渦街流💋量計(ji)的漏洞，在保(bao)持渦街流量(liang)計計量管段(duan)原封不動的(de)情況下，隻在(zai)蒸汽出口處(chù)做文章，即可(ke)🔱緻使渦街流(liu)量計計量✔️嚴(yan)重偏小。
圖1中(zhōng)看到在渦街(jiē)流量計計量(liàng)段,沒有任何(he)修改，而在其(qí)後🍉的大😘型儲(chu)氣罐卻大有(you)文章。整個系(xì)統根據儲氣(qi)罐内❌壓力變(bian)化來對⭐前後(hou)閥[]分别進行(hang)自動控制，從(cóng)而進行-套充(chōng)氣、放氣、再充(chong)氣、放氣的循(xun)環操作。整個(ge)循環☔過程是(shì):開始時，儲氣(qi)♉罐是空的，閥(fa)門1、閥門2都關(guān)閉。然後閥門(men)1快速打開，上(shàng)遊0.8MPa的過和熱(rè)蒸汽劇烈充(chōng)人空罐。然後(hou)儲氣罐充氣(qi)漸滿，壓力升(sheng)高至--定壓力(lì)後，關閉閥門(mén)1，打開閥門2，讓(ràng)儲氣罐中蒸(zhēng)汽排出🎯以供(gòng)使用。這樣操(cao)作☂️的目的主(zhu)要是使大部(bù)分流過渦街(jie)流量計的蒸(zheng)汽以極高流(liú)速通過。
爲什(shi)麽這樣會使(shǐ)蒸汽流速達(dá)到非常高的(de)程度呢?而渦(wo)街流量🆚計在(zài)高流速下計(ji)量會有什麽(me)問題呢?
1分析(xi)蒸汽的流速(su)
臨界壓力比(bǐ)是分析管内(nèi)流動的一個(gè)重要數值，蒸(zheng)汽在出口外(wài)的背壓p。與臨(lín)界界面前的(de)進口壓力P之(zhi)⁉️比小于或等(děng)于👄臨界壓力(lì)比時，在臨界(jiè)截面上，蒸汽(qì)流.速達🆚到臨(lín)界值音速c。
當(dāng)過流氣體爲(wèi)過熱蒸汽時(shi):k=1.3,?cr=0.546pcr稱爲:臨界壓(yā)力。
所以得到(dào):通過降低背(bèi)壓比，能讓通(tōng)過蒸汽的流(liú)速提✌️升到相(xiang)對于渦街流(liu)量計來說非(fei)常高的程度(du),甚至達到音(yin)速，過熱蒸汽(qì)音速可以達(dá)到500m/s以上。
從熱(rè)網過來的蒸(zheng)汽壓力一般(bān)高于0.8MPa，而在儲(chǔ)氣罐開始充(chōng)氣時，罐内壓(ya)力幾乎爲常(chang)壓。根據蒸汽(qì)的臨界流原(yuan)理。蒸汽管道(dao)和容器✌️的前(qian)後壓力比隻(zhī)要低于🈲臨界(jie)壓力比?cr=0.546,那麽(me)管内🛀蒸汽的(de)♋流速将達到(dào)音速。在⭐這個(gè)案例🙇🏻裏，儲氣(qi)罐内壓力按(an)充氣階段中(zhong)後期才逐漸(jiàn)升高到的0.4MPa來(lai)計算，背🌈壓比(bǐ)爲0.5。也就是說(shuō)，在大部分蒸(zheng)汽通過階段(duàn)，背壓比都小(xiǎo)🌈于0.546,蒸汽的流(liu)速都保持在(zài)音速，音速是(shì)大大超過渦(wo)街流✌️量計測(cè)量流速上🚩限(xian)的。通過這樣(yàng)一個辦法，即(ji)能大幅度💃提(ti)高通過渦街(jie)流量計的蒸(zheng)汽流速，緻使(shi)渦街流量計(jì)計量嚴💃🏻重偏(pian)少。不法用戶(hu)還狡辯，所有(you)計量器具都(dou)通過了國家(jia)法定計🆚量檢(jiǎn)定機構的檢(jiǎn)定。确實，這種(zhong)情況，單是檢(jian)定流量計是(shì)無法發現問(wen)✌️題的。可以判(pan)斷，介質的高(gao)流速對渦街(jiē)流量計的計(ji)量💜性能産生(shēng)了很大的影(yǐng)響緻使其計(jì)量不準。爲什(shí)麽這麽說呢(ne)?再來🧑🏽🤝🧑🏻分析氣(qi)體的高流速(su)對渦街流量(liàng)計的影㊙️響。
2渦(wo)街流量計工(gōng)作原理
在流(liú)體中安放漩(xuán)渦發生體，流(liú)體在漩渦發(fā)生體兩側交(jiāo)替地分列出(chu)兩列有規律(lü)的交錯排列(lie)的漩渦，在定(dìng)雷諾數範圍(wéi)内，改漩⛹🏻♀️渦的(de)頻率與漩渦(wo)發生體👨❤️👨的幾(ji)何尺寸有關(guān)，所産生的漩(xuan)渦頻率f正比(bi)于流量，此頻(pin)率可由各種(zhong)傳感器檢出(chū)。
渦街流量計(ji)就是利用卡(ka)門渦街原理(li)，得到如下關(guān)系💔
式中:b-阻流(liú)件的寬度，m;ū一(yi)流經流量計(jì)的流體平均(jun)流🙇🏻速⭐，m/s;f一漩渦(wo)的🔴頻率，Hz;Sr斯特(tè)羅哈爾數(無(wu)量綱)。
斯特羅(luo)哈爾數爲無(wu)量綱參數，它(tā)與漩渦發生(shēng)體的形💋狀🤟及(ji)雷🏃🏻諾數有關(guan)。圖3所示爲三(san)角柱漩渦發(fā)生體的斯特(te)勞哈爾數.與(yǔ)管道雷諾數(shù)的關系。
由圖(tú)3可見，在ReD=2×104~7×10'6範圍(wéi)内，斯特勞哈(ha)爾數可視爲(wei)常數。使用的(de)渦街流量計(ji)都是在斯特(tè)勞哈爾數視(shì)爲常數的這(zhe)個範圍内☁️設(shè)計的。因此使(shi)用渦街流量(liàng)計時--定要避(bì)免測量介質(zhì)的雷諾數在(zài)2×104~7×106這個範圍外(wai)，超過這個範(fan)圍，斯特勞哈(ha)爾數不再是(shi)常數，渦街流(liu)量計測🌈得的(de)頻率與流速(su)也不再是簡(jiǎn)單的正✏️比關(guān)系。也就🈲是說(shuo)，超過雷諾數(shu)2×104~7×106這個範圍，便(bian)違反了渦街(jie)流量計的設(shè)計原理，這時(shí)候渦街流量(liang)計是♈不能正(zheng)常計量的。因(yin)爲雷諾數與(yǔ)介質流速有(yǒu)關，所以💃具體(ti)到介質流速(sù)的話，對于蒸(zhēng)汽來說，渦街(jiē)流量計的流(liú)速測量範圍(wei)控制在5m/s~60m/s之間(jiān)，好的渦㊙️街流(liu)量計量程上(shàng)限最多再往(wang)上延伸20%。因此(ci)在選型渦街(jie)流量計的口(kǒu)徑和流量測(ce)⭐量範圍時，要(yào)保證滿足這(zhè)個流速限定(ding)。絕大部分渦(wō)街流量計對(duì)于高流速介(jie)質是沒有辦(ban)法計量的。所(suo)以上訴案例(lì)中，用普通渦(wo)街流量計去(qu)計量音速下(xia)的蒸汽，得到(dao)的結果是完(wan)全不可信，不(bú)能用的。
渦街(jiē)流量計是一(yī)種數字儀表(biǎo)，是通過傳感(gan)器來檢測漩(xuán)渦頻率的。流(liú)量計的電氣(qi)性能必須要(yào)工作在🔴适宜(yí)它的條件下(xia)。來看看在高(gāo)流速下，渦街(jiē)流量計🔞檢測(cè)漩渦頻率🈚的(de)情況。引用-個(ge)高流速下渦(wo)街流量計的(de)實驗📧4。該實驗(yan)在采用在線(xiàn)實時頻譜分(fen)析時發現:在(zài)口徑爲DN80及其(qi)以下的管線(xiàn)上，經常會出(chū)現高于❄️80m/s的高(gao)流速，其中有(yǒu)近一半的出(chu)現超過100m/s的高(gāo)流速，更有甚(shen)者，流速高達(da)❗180m/s。一般的渦街(jiē)流量計在通(tōng)過介質💯流速(sù)過高時，會發(fa)生☂️劇烈的漏(lou)波現象，因而(er)産生難以估(gū)算的✍️誤差。
從(cong)圖4上看漏波(bō)的結果就是(shi)檢測到的脈(mò)沖不再連續(xù)，發生了漏缺(quē)。所以這種情(qíng)況下，測量結(jié)果的趨勢是(shi)一般都是偏(piān)㊙️小。在🐕高流速(su)下，漩渦發生(sheng)體後的流體(tǐ)運動更加複(fu)雜。渦街傳感(gan)器💋檢測信号(hào)需要--定的清(qing)晰度，如🏃🏻♂️果流(liú)速過高，流場(chang)變得更加複(fu)雜。此時傳感(gan)器将受到嚴(yán)重幹擾，目标(biao)信号清晰度(dù)急劇下降，使(shi)渦街流量傳(chuán)感器測不準(zhun)或者測不到(dao)。
可以看到，高(gao)流速下的渦(wō)街流量計的(de)漏波十分明(ming)🧑🏽🤝🧑🏻顯，正🔅是利用(yong)了渦街的這(zhè)個漏洞，讓渦(wō)街流量計在(zai)🐅超高流速下(xia)大量漏波，緻(zhi)🙇🏻使最後得到(dao)的流量遠小(xiǎo)于實際流量(liàng)。
除了是上述(shu)案例中的裝(zhuāng)置，還有一種(zhong)把蒸汽直接(jiē)放♊人水池中(zhong)加熱水的熱(rè)水站，采用了(le)手段這些都(dou)是爲了設法(fa)讓蒸汽出口(kǒu)的壓力驟降(jiang),得到突然變(biàn)🌂小的背壓比(bǐ)，以大大提高(gāo)蒸汽的流速(su)。即使達不到(dào)音速，也遠高(gao)于渦街流量(liàng)計的測量上(shang)限，導緻渦街(jiē)流量計的不(bu)正常工作。因(yīn)🤟此爲了保證(zhèng)⚽渦街流量計(jì)正常計量，必(bì)須重視渦街(jie)流量計的測(cè)量範圍，管内(nèi)♻️流速必須♻️限(xiàn)定在渦街流(liu)量計的測量(liang)範圍以内。
對(duì)于那些在後(hòu)端搞壓力驟(zhòu)降提高蒸汽(qì)流速的，可以(yi)想辦㊙️法把蒸(zhēng)汽流速限定(ding)在合理範圍(wei)内。比如采用(yòng)限🏃🏻流裝置，在(zài)渦街流量🐇計(jì)後方管線上(shàng)安裝臨界流(liu)文丘裏噴嘴(zui)。
當蒸汽通過(guo)臨界流文丘(qiū)裏噴嘴時，在(zai)噴嘴上、下遊(yóu)壓💃🏻力比如果(guo)小于或等于(yú)該噴嘴的臨(lín)界壓力比時(shí)，噴嘴喉部形(xíng)成臨界狀态(tài)，流過噴嘴的(de)蒸汽質量流(liú)量達到最大(da)。這🌈時蒸汽的(de)質量流量不(bú)受下遊狀态(tài)變化的影響(xiang)。根據這個原(yuan)理，把臨界流(liu)文🈲丘裏噴嘴(zuǐ)安裝在可能(néng)㊙️會發生壓力(li)驟降的管段(duàn)前，就能穩穩(wěn)🔴的限死上遊(yóu)通過渦街流(liú)量計的最大(da)流量了。而選(xuan)用文丘裏噴(pēn)嘴的原因是(shi)🥵能夠減少壓(ya)力損失。
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