[摘要]渦(wō)街(jiē)流量計(jì) 在計量(liàng)蒸汽時(shí)，管内蒸汽(qì)流速(sù)必須(xū)限(xiàn)定在一(yī)個範圍内,渦街(jiē)流量(liàng)計才能正(zhèng)常工作。有人使(shǐ)用一些看似無(wú)意其實違(wéi)法的手段,緻使(shǐ)下遊(yóu)的壓力驟降,導(dǎo)緻蒸汽流速超過渦(wō)街流量計測量流(liú)速(sù)上限(xiàn)，渦街(jiē)流(liú)量(liàng)計不能正常工作,計量嚴重(zhòng)偏小。最(zuì)後提出采(cǎi)用加裝限流裝(zhuāng)置的(de)方法(fǎ)來控制蒸(zhēng)汽流速以保證(zhèng)渦街流量計正常計量。
目前，渦(wō)街流量計廣泛(fàn)運用(yòng)在蒸汽計量(liàng)上。渦(wō)街(jiē)流量(liàng)計是一(yī)種(zhǒng)發展(zhǎn)比較成熟的流量計，其(qí)主要優(yōu)點有(yǒu):無(wú)可動部件，結構(gòu)簡單牢(láo)固，安(ān)裝方便，維護費(fèi)用(yòng)較低，量(liàng)程比(bǐ)一(yī)般在10:1以(yǐ)上,精度也相對(duì)較高，測量(liàng)氣體(tǐ)一般在1.0級(jí)到1.5級(jí)之間，測量液體(tǐ)一般在1.0級。
在多(duō)年的檢定(dìng)工作中，發(fā)現(xiàn)有(yǒu)人使(shǐ)用了一(yī)個蒸汽渦街流(liú)量計的(de)漏洞，在保(bǎo)持渦(wō)街流(liú)量計(jì)計量(liàng)管段原封不動的情況(kuàng)下(xià)，隻(zhī)在(zài)蒸汽出口處做文章，即(jí)可緻使(shǐ)渦街(jiē)流量(liàng)計計量嚴重偏小。
圖(tú)1中看到在渦街(jiē)流量計計(jì)量段(duàn),沒有任何(hé)修改(gǎi)，而在(zài)其後的大(dà)型儲(chǔ)氣罐(guàn)卻大有文章。整個系(xì)統根(gēn)據儲氣罐(guàn)内壓(yā)力(lì)變化來(lái)對前後閥(fá)[]分别進(jìn)行自動控制(zhì)，從而進(jìn)行-套充氣、放(fàng)氣、再(zài)充氣(qì)、放氣的循環操(cāo)作。整個循環過程是:開始時，儲(chǔ)氣罐(guàn)是空的，閥(fá)門1、閥門2都(dōu)關閉(bì)。然後(hòu)閥門1快速(sù)打開，上(shàng)遊0.8mpa的過(guò)和熱蒸汽(qì)劇烈(liè)充人空罐(guàn)。然後(hòu)儲氣罐(guàn)充氣漸滿，壓力(lì)升(shēng)高至--定壓力後，關閉(bì)閥門(mén)1，打開閥門(mén)2，讓儲(chǔ)氣(qì)罐(guàn)中蒸(zhēng)汽排出以供使用。這(zhè)樣操作的目的(de)主要(yào)是使(shǐ)大部(bù)分流過渦(wō)街流量計的蒸汽以(yǐ)極高流速(sù)通過。

爲(wèi)什麽這(zhè)樣會(huì)使蒸汽流(liú)速達到非常高(gāo)的程(chéng)度(dù)呢?而渦(wō)街流量(liàng)計在高流速(sù)下計(jì)量會(huì)有什麽問(wèn)題呢(ne)?
1分析蒸汽(qì)的流(liú)速
臨界(jiè)壓(yā)力比是分析管(guǎn)内流動的一(yī)個重要(yào)數值(zhí)，蒸汽在出(chū)口(kǒu)外(wài)的背壓p。與臨界(jiè)界面前的進口壓力(lì)p之比(bǐ)小于或等(děng)于臨界壓(yā)力比(bǐ)時，在臨界截面(miàn)上，蒸(zhēng)汽流.速達(dá)到(dào)臨界值音(yīn)速(sù)c。

當過(guò)流氣體爲過熱(rè)蒸汽(qì)時:k=1.3,?cr=0.546pcr稱爲:臨(lín)界壓力。
所(suǒ)以得(dé)到:通過(guò)降低背(bèi)壓比(bǐ)，能讓(ràng)通過(guò)蒸汽的(de)流(liú)速提(tí)升到(dào)相(xiàng)對于渦(wō)街流量計來說(shuō)非常(cháng)高的(de)程度,甚至(zhì)達到(dào)音速(sù)，過熱蒸汽(qì)音速(sù)可以(yǐ)達到500m/s以上。
從(cóng)熱網過來的蒸汽壓力一般(bān)高于0.8mpa，而在儲氣(qì)罐開(kāi)始(shǐ)充氣時(shí)，罐内壓力(lì)幾乎(hū)爲常壓(yā)。根據蒸(zhēng)汽的臨界(jiè)流原(yuán)理。蒸(zhēng)汽(qì)管道和(hé)容器的前後壓力比隻(zhī)要低于(yú)臨界壓力比?cr=0.546,那(nà)麽管内(nèi)蒸汽的(de)流速(sù)将達到音速。在(zài)這個案例(lì)裏，儲氣罐内壓(yā)力按充(chōng)氣階段(duàn)中後期才逐漸(jiàn)升高到的(de)0.4mpa來計(jì)算，背壓(yā)比(bǐ)爲0.5。也就是(shì)說，在(zài)大部分蒸汽通過階段，背壓比都小(xiǎo)于0.546,蒸汽的流速(sù)都保(bǎo)持(chí)在(zài)音速(sù)，音速是大大超(chāo)過渦(wō)街(jiē)流(liú)量計(jì)測量(liàng)流速(sù)上限(xiàn)的。通過(guò)這(zhè)樣一個辦(bàn)法(fǎ)，即(jí)能大(dà)幅度(dù)提高通過(guò)渦街流(liú)量(liàng)計的(de)蒸汽流速，緻使(shǐ)渦街(jiē)流量(liàng)計計量嚴(yán)重偏少。不法用(yòng)戶還狡辯(biàn)，所有(yǒu)計(jì)量器具(jù)都通過了國(guó)家(jiā)法定計量(liàng)檢定(dìng)機構的檢定。确實，這(zhè)種情況，單(dān)是(shì)檢定流量計(jì)是無法發(fā)現問題的。可以判斷(duàn)，介質(zhì)的高流速(sù)對渦(wō)街(jiē)流量計的計(jì)量性(xìng)能産(chǎn)生了很大的影響緻(zhì)使其計量(liàng)不準(zhǔn)。爲(wèi)什麽這(zhè)麽說(shuō)呢?再來分析氣體(tǐ)的高流(liú)速對(duì)渦街流量計的影響。
2渦街(jiē)流量計(jì)工作原(yuán)理
在(zài)流體中安放漩渦發生體(tǐ)，流體在漩渦發(fā)生體(tǐ)兩側交替(tì)地分列出兩列(liè)有規律的交錯(cuò)排(pái)列(liè)的漩(xuán)渦，在(zài)定雷(léi)諾數範圍(wéi)内，改漩渦的頻率與(yǔ)漩渦發生(shēng)體的(de)幾何(hé)尺寸(cùn)有關，所産生的(de)漩渦頻率(lǜ)f正(zhèng)比于流量(liàng)，此頻率(lǜ)可由各種(zhǒng)傳感(gǎn)器檢出。

渦(wō)街流(liú)量計就是(shì)利用(yòng)卡門渦街原理(lǐ)，得到如下(xià)關系(xì)

式中:b-阻流件的(de)寬度，m;ū一流經流(liú)量計的流體平(píng)均流速(sù)，m/s;f一漩渦(wō)的頻(pín)率，hz;sr斯特羅(luó)哈爾數(無量綱(gāng))。
斯特羅哈(hā)爾數(shù)爲無量綱(gāng)參數(shù)，它與(yǔ)漩渦發(fā)生(shēng)體的形(xíng)狀及雷(léi)諾數(shù)有(yǒu)關(guān)。圖3所示爲三角(jiǎo)柱漩渦(wō)發生(shēng)體的斯(sī)特勞哈爾(ěr)數.與(yǔ)管道雷諾數的(de)關系(xì)。

由圖3可見(jiàn)，在red=2×104~7×10'6範(fàn)圍内(nèi)，斯特(tè)勞(láo)哈爾數(shù)可視(shì)爲常(cháng)數。使用的渦街流量(liàng)計都(dōu)是在斯特勞哈(hā)爾數視爲(wèi)常數(shù)的這個範(fàn)圍内(nèi)設計的。因此使用渦街流(liú)量計(jì)時--定要避免測(cè)量介(jiè)質的(de)雷諾(nuò)數在2×104~7×106這個範圍(wéi)外，超(chāo)過這個範(fàn)圍，斯特勞哈爾(ěr)數不(bú)再(zài)是常數(shù)，渦街流量計測(cè)得(dé)的頻率與流(liú)速也不再是簡單的(de)正比關系(xì)。也就是(shì)說，超過雷諾數2×104~7×106這個範(fàn)圍，便違反了渦(wō)街流量計(jì)的設(shè)計原理，這(zhè)時候(hòu)渦街(jiē)流量計是(shì)不能正常計量的。因爲雷諾數(shù)與介質流(liú)速有(yǒu)關，所以具體到(dào)介質流速(sù)的話，對于蒸汽來說(shuō)，渦街流量(liàng)計的(de)流速(sù)測量範圍(wéi)控制(zhì)在5m/s~60m/s之(zhī)間，好(hǎo)的渦(wō)街流量計量程上限最多(duō)再(zài)往上延伸20%。因(yīn)此在選型渦街流量計的(de)口徑(jìng)和流量測量範(fàn)圍時，要保證滿(mǎn)足這(zhè)個(gè)流(liú)速限(xiàn)定。絕大部分(fèn)渦(wō)街流量計對于(yú)高流速(sù)介質是(shì)沒有(yǒu)辦(bàn)法(fǎ)計量的。所以上訴案(àn)例中，用普通渦街流量(liàng)計(jì)去計量音速下的蒸汽，得到的結果(guǒ)是完全不可信，不能(néng)用(yòng)的。
渦街(jiē)流量計是(shì)一種數字儀表，是通過傳(chuán)感器來檢測漩渦頻率的(de)。流量計(jì)的電氣性能(néng)必須要工作在适(shì)宜它的(de)條件(jiàn)下。來(lái)看看(kàn)在高流速下，渦(wō)街流量計檢測(cè)漩渦(wō)頻(pín)率的情(qíng)況。引(yǐn)用-個高流(liú)速下(xià)渦街(jiē)流量(liàng)計的(de)實(shí)驗4。該實(shí)驗在(zài)采(cǎi)用在線實時頻譜分析(xī)時發現:在口徑(jìng)爲dn80及其以下的(de)管線上，經(jīng)常會(huì)出現高(gāo)于(yú)80m/s的高(gāo)流速(sù)，其(qí)中有近(jìn)一半(bàn)的(de)出現超過100m/s的高流(liú)速，更有(yǒu)甚(shèn)者，流速高(gāo)達180m/s。一般的渦街(jiē)流量(liàng)計(jì)在通過(guò)介質流速(sù)過高(gāo)時，會(huì)發生劇烈(liè)的(de)漏波現象，因(yīn)而産生難以(yǐ)估(gū)算的誤差。

從圖4上看(kàn)漏波的結果就是檢(jiǎn)測到(dào)的脈沖不(bú)再連(lián)續，發(fā)生(shēng)了漏(lòu)缺(quē)。所以(yǐ)這種(zhǒng)情況下，測(cè)量結果的趨勢(shì)是一般都是(shì)偏(piān)小。在高流(liú)速下，漩(xuán)渦發生(shēng)體後的流(liú)體運(yùn)動更加複雜。渦(wō)街傳感器(qì)檢測(cè)信号需要--定的(de)清晰度，如果(guǒ)流(liú)速過(guò)高，流(liú)場變(biàn)得更(gèng)加複雜。此(cǐ)時傳(chuán)感器将受(shòu)到(dào)嚴重幹擾，目(mù)标信号(hào)清晰(xī)度(dù)急劇下降，使渦(wō)街流(liú)量(liàng)傳(chuán)感器(qì)測不準或(huò)者測不(bú)到(dào)。
可(kě)以看到(dào)，高流速下(xià)的(de)渦街流量計的漏(lòu)波十分明顯，正(zhèng)是利(lì)用(yòng)了渦街(jiē)的這(zhè)個漏(lòu)洞，讓渦街(jiē)流(liú)量(liàng)計在(zài)超高流速下大量漏波，緻使最(zuì)後得到的(de)流量(liàng)遠(yuǎn)小于實際流(liú)量。
除了是(shì)上述(shù)案例中的裝置(zhì)，還有(yǒu)一(yī)種把蒸(zhēng)汽直(zhí)接(jiē)放人水(shuǐ)池中(zhōng)加熱水的熱水(shuǐ)站，采用了(le)手段這些(xiē)都是爲了設法讓蒸(zhēng)汽出口的(de)壓力(lì)驟降,得到(dào)突然(rán)變小的背(bèi)壓比(bǐ)，以大大(dà)提(tí)高蒸(zhēng)汽的流速(sù)。即使達不到音(yīn)速，也(yě)遠高于(yú)渦(wō)街流(liú)量計的測量上(shàng)限，導緻(zhì)渦(wō)街流(liú)量計(jì)的不正常(cháng)工作。因此(cǐ)爲了(le)保證(zhèng)渦(wō)街流量(liàng)計正常計(jì)量，必(bì)須重(zhòng)視渦(wō)街流量計的(de)測量範圍，管(guǎn)内流速必(bì)須限定在渦街(jiē)流量計的測量(liàng)範圍以内。
對于(yú)那些(xiē)在後端搞壓力驟降提高(gāo)蒸汽(qì)流速的，可(kě)以想辦法(fǎ)把蒸(zhēng)汽流速限定在(zài)合理範(fàn)圍内。比(bǐ)如采(cǎi)用(yòng)限流裝(zhuāng)置，在渦街流量(liàng)計後方管線上(shàng)安裝臨界(jiè)流文(wén)丘裏噴(pēn)嘴。
當蒸(zhēng)汽通過臨(lín)界流(liú)文丘裏(lǐ)噴(pēn)嘴時(shí)，在噴嘴上、下遊(yóu)壓力比(bǐ)如果小(xiǎo)于或等于(yú)該噴(pēn)嘴的(de)臨(lín)界壓力(lì)比(bǐ)時(shí)，噴嘴(zuǐ)喉部(bù)形成臨界狀态(tài)，流過噴嘴的蒸(zhēng)汽質量(liàng)流(liú)量達(dá)到最(zuì)大(dà)。這時蒸(zhēng)汽的(de)質(zhì)量流量(liàng)不受下遊(yóu)狀态變化(huà)的影響。根(gēn)據這個原理，把(bǎ)臨界(jiè)流文丘裏(lǐ)噴嘴安裝在可(kě)能會發生壓力(lì)驟降的管(guǎn)段前(qián)，就能穩(wěn)穩的限死上遊通過渦街流量計的最(zuì)大流量了。而選用文丘裏噴嘴(zuǐ)的原(yuán)因是(shì)能夠(gòu)減少壓(yā)力損失(shī)。

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