摘要：選擇傳統應(ying)力式渦街流量計(ji)
,通過管道振動條(tiao)件下的測量試驗(yàn)結合頻譜分析方(fāng)法,研🛀究其抗振性(xing)能。試驗結果表明(míng),不考慮其下限流(liu)速,振動頻率爲40Hz時(shi),隻♻️有在0.05g管道振動(dong)加速度的🌈情況下(xia),才能正常工作。
0引(yin)言
渦街流量計利(li)用流體經過旋渦(wo)發生體後産生的(de)振🈚動進行流量測(cè)量[1-2],因其介質适應(ying)性強、無可動部件(jiàn)、結構簡單、可靠性(xìng)高等特點而被廣(guǎng)泛使用”。正是因爲(wei)其以流體振動爲(wèi)測量原💋理,在管道(dào)振動的情況下,渦(wō)街流量計的使用(yòng)受到🌐了限制。
國内(nèi)外諸多學者及研(yán)究機構對渦街流(liú)量計抗振性和振(zhèn)⛹🏻♀️動環境下渦街流(liu)量計的使用進行(háng)了大量研究⛷️[4-7]。本文(wén)♈以國内外應用最(zuì)爲廣泛的應力式(shì)渦街流量計🔞作爲(wei)研究對象,在氣體(ti)流量管道振動試(shi)驗裝置上,在相同(tóng)流速💰範圍内進行(háng)了相同振動頻率(lü)⭐不同振動加速度(dù)的管道振動試驗(yàn)，研究了應力式渦(wo)街流量計在管道(dao)振動條件下的抗(kàng)振性能。
1試驗裝置(zhì)
圖1爲氣體流量管(guan)道振動試驗裝置(zhi)結構圖。爲避免氣(qì)體壓♊力波動,空氣(qi)壓縮機先将大氣(qi)中的空氣壓縮打(dǎ)人穩🎯壓儲氣罐中(zhong)，高溫壓縮空氣經(jing)過冷千機♍冷卻除(chú)濕後，得到的純淨(jìng)氣體先後流經氣(qi)路總閥、氣動調節(jiē)閥、渦輪流量計(标(biāo)準表)、渦街流量計(ji)(被校表)後,最終通(tong)向大氣。本文選用(yòng)的振動台,具有頻(pín)率🏃🏻調節(1~400Hz)、簡易調整(zhěng)加速度(<20g)/振幅、輸出(chu)正弦類波形等功(gong)能,從而使設定頻(pin)率下不同振動加(jiā)🧑🏾🤝🧑🏼速度的管道振動(dong)☔試驗得以實現)。
試驗中對渦街流(liú)量計的流量校準(zhun)采用标準表法,即(ji)🌈由渦輪流量計測(ce)得的流量值和渦(wō)輪流量計表前壓(yā)🌍力變送器測得🐆的(de)壓力值便可換算(suan)得到流經被測渦(wō)街流量計的體積(jī)流量(管路中氣體(tǐ)溫度變化很小,忽(hu)略不計)。标準表渦(wo)輪流量計的最大(dà)允許誤差爲±1%,内徑(jìng)爲50mm，流量範圍✏️爲5~100m3/h;兩(liang)個
壓力變送器
的(de)最大允許誤差均(jun)爲±2%
2試驗條件
爲了(le)分析管道振動對(dui)渦街流量計測量(liang)的影響，分别🈲在5,7.5,11,15.5,20.5m/s五(wǔ)個流速,施加豎直(zhi)方向振動,振動頻(pin)率40Hz,振動的加速度(du)分别爲0.05g,0.1g,0.2g,0.5g。
3試驗數據(jù)結果分析
選用國(guó)内生産的普通應(ying)力式模拟渦街流(liu)量計,在圖1所示的(de)氣🆚體管道振動試(shì)驗裝置上進行測(cè)量試驗。試驗數據(jù)如表1所🐅示。将測量(liàng)數據整理分析，繪(huì)制其不同加速度(du)振動條件下儀表(biǎo)系數相對于無管(guǎn)道振動時儀表系(xi)數😍的相對誤🙇🏻差曲(qu)線如2所示。
在相同(tóng)的振動加速度下(xia)不同流速對渦街(jie)流量計測量影響(xiang)的程度是不同的(de)。低流速時渦街流(liu)量計受管道振動(dong)影響更加嚴重,輸(shū)出脈沖的頻率即(ji)爲管道振動的頻(pin)率。在振動加速度(dù)較大時，低流速點(dian)✏️5m/s處的儀表系數的(de)相對誤差集中在(zài)-一點。随着流速👉的(de)升高,渦街流量計(ji)受管👈道振動影響(xiǎng)根據振動加🤞速度(du)的不同可🙇♀️分爲以(yi)下幾種情況:1)管道(dao)振動加速度爲0.05g、0.1g時(shí),渦☂️街流量計儀表(biǎo)系數相對誤差随(sui)流速的升高而減(jian)小，最終減小至零(líng);2)管道振動加速度(dù)爲0.2g時,渦街流量🙇🏻計(jì)儀表系數相對誤(wù)差随流速升高先(xian)增大後減小，最終(zhōng)減小至零;3)管道振(zhèn)動加速度爲0.5g時,渦(wō)街流量計儀表系(xi)數相對誤差随流(liu)速升高先增大後(hòu)減小，但最終未減(jian)小至零。出現上述(shu)現象的原因在于(yu),應力式渦街流量(liang)計是利用壓電💁探(tàn)頭對交替作用在(zài)旋渦發生體上的(de)升力的檢📞測進而(er)獲得渦街頻率的(de)，而作用在旋渦發(fā)生體上的升力與(yǔ)被測流體的密度(dù)🌏和流速平方📐成正(zhèng)比。小流量時升力(li)幅值小，易受到管(guǎn)道振動的幹擾,當(dang)振動加速度較大(dà)時，振動信号的幅(fu)值超過了渦街升(sheng)力的幅值,有用信(xin)号幾乎完全被淹(yan)沒,隻能檢測到管(guan)道振動信号👣,故渦(wo)街流量計儀表系(xi)數相對誤差集中(zhong)在一🌈點。随着流速(sù)升高,作用在旋渦(wō)發生體上的升力(li)幅值成平方倍的(de)增長,而管道振動(dong)加速度不變即振(zhen)動幅🏒值不🏃變,故壓(yā)電探頭檢測到的(de)混合信号中渦街(jie)有用信号♊逐漸顯(xian)露出來。當管道振(zhen)動加速度爲第1)種(zhong)🐪情況時，渦💃🏻街信号(hào)幅值随流速升高(gao)而迅速增強,最終(zhong)能夠抑制管道的(de)🥰振動信号使儀表(biǎo)系數相對誤差減(jian)小至零;當👈管道振(zhen)動加速🆚度爲後兩(liang)種情況時,在低流(liú)速下,檢測到的信(xìn)号完全是振動信(xin)号,以此固定的管(guan)道振動頻率作爲(wei)渦街的頻率信号(hào),得出❌的儀表系數(shu)當然随着流速的(de)升高而減小，儀表(biǎo)系數繼續降低,相(xiàng)對誤差增大，随着(zhe)流速的升高，渦街(jiē)信号幅度💛增大,信(xìn)噪比相對提高時(shí),相對誤差随之減(jian)小。而振動加速度(dù)爲0.5g的振動信号相(xiàng)對較強,渦街信号(hào)的幅值随着流速(su)的升高雖然有大(da)幅提升,但仍無法(fa)完全有效地抑制(zhì)管道振動信号,儀(yi)表系數相對誤差(chà)有💰所減小,但不能(néng)減至零。
此外,除最低流(liú)速點外,相同流速(su)下渦街流量計的(de)儀表系數相🚩對誤(wù)差随振動加速度(dù)的增加而增大,這(zhè)是由于振動加速(su)度的增加導緻管(guan)道振動幹擾的幅(fú)度變大,對⛷️渦街流(liú)🌂量計信✊号輸出造(zao)成更加惡⚽劣的影(yǐng)響。由以上試驗以(yi)及分析可以看出(chū),普通模🏃拟渦街流(liú)量計抗管道振動(dong)的性能很差,不考(kǎo)慮其✂️下限流速,振(zhèn)動頻率爲40Hz時,隻有(yǒu)在0.05g管道振動加速(su)度的情況下,才能(néng)正常工作🌈。
4試驗信(xin)号頻譜分析
爲了(le)觀測管道振動情(qing)況下渦街流量信(xin)号的特征,在上🔴述(shù)試驗中還啓用了(le)基于計算機的信(xìn)号采集系統💚,分别(bie)🥰在上述五個流速(sù)下，對經過電荷放(fang)大和.低通濾波後(hou)的渦街正弦信号(hào)進行數✔️據采集,利(li)用頻譜分析⛷️軟件(jian)繪制💯出其對應的(de)頻譜圖。由前面對(dui)🐇測量數據分析可(ke)知,0.05g和0.5g兩個振動加(jiā)速🌐度情況下的渦(wō)街特性具備一定(ding)的代表性。故此處(chù)僅以0.05g和0.5g兩個振動(dong)加速🐕度情況下的(de)渦街信号爲例,說(shuō)明其振動🌈條件下(xia)的渦街信号🌈的情(qing)況。其他振動加🚶速(su)度的信🌍号情況均(jun1)介于這兩種情況(kuang)之間。
由圖3可知，在(zài)5m/s和7.5m/s兩個低流速點(dian)時,振動信号比較(jiào)強,渦街信号🚩受到(dào)嚴重影響，流量計(ji)輸出的脈沖頻率(lü)不是渦街頻率,而(er)是振動信号與渦(wo)街信号合成的頻(pín)率,造成了流量計(ji)的測量誤差。随着(zhe)流速的增大,渦街(jie)的真實信号逐漸(jiàn)顯露出來,振動信(xìn)号相對比‼️較微弱(ruò),被渦街真實的信(xin)号淹沒,此時流量(liang)計輸出🌂的脈沖頻(pín)率🈲即爲渦街信号(hao)的真實頻率。
從圖(tu)3和圖4可以看出,0.5g振(zhen)動加速度情況下(xià),渦街信号受管道(dào)振動的影響程度(du)與0.05g振動加速度相(xiàng)比要嚴重得多。雖(sui)然仍存在随着流(liu)速的增大,渦街信(xin)号逐漸增強的趨(qu)勢，但是在💯整個試(shi)🤟驗測量🌂範圍内,渦(wo)街信号都沒有完(wán)全顯露出來,而☔都(dou)是振動信号占據(jù)了主導地位。隻有(yǒu)當流速♊比較高時(shi)，振動信号中才疊(dié)加了渦街信号,而(er)當流速相對比較(jiao)低時,渦街信号完(wan)全被振動信号淹(yān)沒。儀表輸出的脈(mo)沖頻率爲振動信(xìn)号的頻率。因♋此可(ke)以解釋圖2相對誤(wu)差曲線中0.5g振動加(jiā)速度情況下,誤差(chà)比較大,而且最終(zhong)🤞仍然沒有歸零的(de)原因。
5小結
本文以(yǐ)應用最爲廣泛的(de)應力式渦街流量(liang)計作爲研究對象(xiàng)🔆,對其進行管道振(zhèn)動條件下的測量(liàng)試驗,分析其信号(hào)頻譜的特點。試驗(yan)結果表明,不考慮(lü)其下限流速，振動(dong)頻率爲40Hz時,隻有在(zai)0.05g管道振動加速度(dù)的情況下，才能正(zheng)常工作。
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