摘要：選擇傳統(tǒng)應力式渦街流(liu)量計
,通過管道(dao)振動條件下的(de)測量試驗結合(he)頻譜分析方法(fa),研究其抗振性(xing)能。試驗結果表(biao)明,不考慮其下(xià)㊙️限流速,振🐪動頻(pín)率爲40Hz時,隻有在(zài)0.05g管道振動加速(sù)度的情況下💃🏻,才(cai)能正👌常工作。
0引(yǐn)言
渦街流量計(ji)利用流體經過(guò)旋渦發生體後(hòu)産生的🈲振動進(jìn)🐪行流量測量[1-2],因(yīn)其介質适應性(xìng)強、無可動部🙇♀️件(jian)、結構簡單、可靠(kào)性高等特點而(ér)被廣泛使用”。正(zheng)是因爲其以流(liú)體振動爲測量(liàng)原理,在管道振(zhèn)動的情況下,渦(wo)街流量計的使(shi)用受到了限制(zhi)。
國内外諸多學(xué)者及研究機構(gòu)對渦街流量計(ji)抗振性和💋振動(dong)💔環境下渦街流(liú)量計的使用進(jìn)行了大量研究(jiu)[4-7]。本文以國内外(wai)🧑🏾🤝🧑🏼應用最爲廣泛(fàn)的應力式渦街(jiē)流量計💞作爲研(yan)究對象,在氣體(tǐ)流量管道振動(dòng)試驗裝置上,在(zai)相同流速範圍(wei)内進行了相同(tóng)振動頻率👄不同(tóng)振動加😘速度的(de)管道振動試驗(yan)，研究了應力式(shi)🔅渦街流量計在(zài)管道振動條件(jiàn)下的抗振性能(néng)。
1試驗裝置
圖1爲(wei)氣體流量管道(dào)振動試驗裝置(zhì)結構圖。爲避免(mian)氣⭐體壓❤️力波動(dòng),空氣壓縮機先(xian)将大氣中的空(kōng)氣壓縮打人穩(wěn)壓儲氣罐中，高(gao)溫壓縮空氣經(jīng)過冷千機冷卻(què)除濕後，得到的(de)純淨氣體先後(hou)流經氣路總閥(fa)、氣動調節閥、渦(wo)輪流🚩量計(标準(zhǔn)🙇🏻表)、渦街流量計(ji)(被校表)後,最終(zhong)通🈲向大氣。本文(wen)選用的振動台(tái),具有頻率調節(jiē)(1~400Hz)、簡易調整加速(sù)度(<20g)/振幅、輸出正(zheng)弦類波形等功(gōng)能,從而使設定(ding)頻率下不同振(zhèn)動加速度的管(guan)道振動試驗得(de)以實現)。
試驗中對渦街(jiē)流量計的流量(liàng)校準采用标準(zhun)表法,即由渦🆚輪(lún)流量計測得的(de)流量值和渦輪(lún)流量計表‼️前壓(yā)力變送器測得(de)的壓力值便可(kě)換算得到流經(jīng)被測渦👅街流量(liàng)計的體積流量(liàng)(管路中氣體溫(wen)度變化很小,忽(hū)略不計)。标準表(biǎo)渦輪流量計的(de)最大允許⛱️誤差(chà)爲±1%,内徑🚩爲50mm，流量(liàng)範圍爲5~100m3/h;兩個
壓(ya)力變送器
的最(zuì)大允許誤差均(jun)爲±2%
2試驗條件
爲(wei)了分析管道振(zhen)動對渦街流量(liàng)計測量的影響(xiang)，分㊙️别❌在5,7.5,11,15.5,20.5m/s五個流(liú)速,施加豎直方(fang)向振動,振動頻(pin)率40Hz,振動的加速(su)度分别爲0.05g,0.1g,0.2g,0.5g。
3試驗(yàn)數據結果分析(xi)
選用國内生産(chǎn)的普通應力式(shi)模拟渦街流量(liàng)計,在☀️圖1所示💔的(de)氣體管道振動(dòng)試驗裝置上進(jìn)行測量試💃驗。試(shi)驗數據如🔞表1所(suǒ)示。将♻️測量數據(ju)整理分析，繪制(zhì)🌐其不同加速度(dù)振動條❗件下儀(yí)表系數相對于(yú)無管道振動時(shi)🎯儀表系數的相(xiàng)對誤差曲線如(ru)🏃♂️2所示。
在相同的(de)振動加速度下(xia)不同流速對渦(wo)街流量計🈲測量(liang)影響的程度是(shì)不同的。低流速(sù)時渦街流量計(jì)受管道振🔴動影(ying)響更加嚴😍重,輸(shu)出脈沖的頻率(lü)即爲管道振動(dong)的頻率。在振動(dòng)加速度較大時(shi)，低流速點5m/s處的(de)儀表☁️系數的相(xiang)對誤差集中在(zài)-一點。随着流速(su)的升高,渦街⁉️流(liu)量計受管道振(zhen)動影響根據振(zhen)動加速度的不(bu)同可分爲以下(xià)幾種情況:1)管道(dào)振動加速度爲(wèi)0.05g、0.1g時,渦街流量計(ji)儀表系數相對(dui)❗誤差随流速的(de)升高而減小，最(zui)終減小至零;2)管(guǎn)道振動加速度(du)爲0.2g時,渦街流量(liàng)♋計儀表系數相(xiàng)對誤差随流速(sù)升高先增大後(hòu)減小，最終減小(xiǎo)至零;3)管道振動(dòng)加速🌍度爲0.5g時,渦(wo)⚽街流量計儀表(biǎo)系數相對誤差(chà)随流速升高先(xiān)增大後減小，但(dan)最終未減小至(zhì)✊零。出現💰上述現(xian)象的原因在于(yu),應力式渦街流(liú)量計是利用壓(yā)電🙇🏻探🛀🏻頭對交替(tì)作用在旋渦發(fa)✍️生體上的升力(lì)的檢🤟測進而獲(huò)得🥵渦街頻率的(de)，而作用在旋渦(wo)發生🌈體上的升(sheng)力與被測流體(ti)的密度和流速(su)平方成正比。小(xiǎo)流量♈時升力幅(fu)值小，易受到管(guan)道振動的幹擾(rǎo),當振動加速度(du)較大時，振動信(xin)号的幅值超過(guò)了渦街升力📐的(de)幅值📱,有用信号(hao)幾乎完全被淹(yān)沒,隻能檢測到(dào)管道振動信号(hào),故渦街流量計(jì)儀表系數相對(duì)誤差集中在一(yi)💔點。随📞着流速升(shēng)高,作用在旋渦(wo)發生體上的升(sheng)力幅值成🔴平方(fang)倍的增長,而管(guǎn)道振動加速度(dù)不變即振動幅(fú)值不變,故壓電(dian)探頭檢測到的(de)混合信号中渦(wo)街有🥰用信号逐(zhu)漸顯露出來。當(dang)管道振動加速(su)度爲第1)種情況(kuang)時，渦街信⭕号幅(fu)值随流速升高(gao)而迅速增強,最(zuì)終能夠抑制🙇🏻管(guan)道的振動信号(hào)使儀表系數相(xiang)對誤差減小至(zhì)零;當管道振動(dong)加速度爲後兩(liang)種情況時,在低(di)流速下,檢測到(dao)的信号完全是(shi)振♌動✌️信号,以此(cǐ)固定的管道振(zhen)動頻率作爲渦(wō)街的🍓頻率信号(hào),得出🌈的儀表系(xì)數當然随着💋流(liú)速的升高而減(jian)小，儀表系數繼(jì)續降低,相對誤(wu)差增大，随着流(liu)速的升高，渦街(jie)信号幅度增大(dà),信噪比相對提(tí)高時,相對誤差(chà)随之✌️減小。而振(zhèn)動加速度爲0.5g的(de)振動信号相對(dui)較強,渦街信号(hao)的幅值随着流(liu)速的升高雖然(rán)有大😘幅提升,但(dan)🐅仍無法完🌂全有(yǒu)效地抑制管道(dào)振動信号,儀表(biao)系數相對誤差(chà)有所減小,但不(bu)能減至零。
此外,除最低流(liu)速點外,相同流(liú)速下渦街流量(liàng)計的儀表系數(shu)📐相對誤差随振(zhen)動加速度的增(zēng)加而增大,這是(shì)🧑🏽🤝🧑🏻由于振動加速(sù)度的增加導緻(zhì)管道振動幹擾(rao)的幅度變大,對(dui)渦街流🏃量計信(xìn)号輸出造成更(gèng)加惡劣的影響(xiǎng)👣。由以上試驗以(yǐ)及分析可以看(kan)出,普通模⭐拟渦(wō)街流量計抗管(guǎn)道振動的性能(neng)很👄差,不考慮其(qi)下限流速,振動(dòng)頻率爲40Hz時,隻有(you)📧在0.05g管道振動加(jiā)速度的情況下(xià),才能正常工作(zuo)。
4試驗信号頻譜(pu)分析
爲了觀測(cè)管道振動情況(kuàng)下渦街流量信(xin)号的特征,在上(shang)述試🌈驗🈚中還啓(qǐ)用了基于計算(suàn)機的信号采集(jí)❓系統,分别在上(shàng)述五個流速下(xià)，對經過電荷放(fàng)大和🌍.低通濾波(bō)後的❄️渦街正弦(xian)信号✨進行數據(jù)采集,利用頻譜(pu)分析🈲軟件繪制(zhi)‼️出其對應的頻(pin)譜圖。由前面對(duì)🐇測量數據分析(xi)可知,0.05g和0.5g兩個振(zhèn)動加速👉度情況(kuang)下的渦街特性(xing)具🥵備一定的代(dài)表性。故此處僅(jǐn)以0.05g和0.5g兩個💚振動(dong)加速度情況下(xia)的渦‼️街信号爲(wèi)例,說明其振動(dòng)條件下的渦街(jiē)信号✉️的情況。其(qí)他振動加速度(du)的信号情況均(jun)介于這兩種🐅情(qíng)況之間。
由圖3可(ke)知，在5m/s和7.5m/s兩個低(di)流速點時,振動(dòng)信号比較強,渦(wō)🈲街🈲信号💛受到嚴(yán)重影響，流量計(jì)輸出的脈沖頻(pin)率⁉️不是渦街頻(pín)率,而是振動信(xìn)号與渦街信号(hào)合成的頻率,造(zào)成了流量計的(de)測量誤差。随着(zhe)流速的增大,渦(wō)街的真🌈實信号(hào)逐漸顯露出來(lái),振動信号相對(duì)比較微弱,被渦(wo)🌐街真實的信号(hao)淹沒,此時流量(liang)計輸出的脈沖(chong)頻率即爲渦街(jiē)信号的真實頻(pín)率。
從圖3和圖4可(kě)以看出,0.5g振動加(jia)速度情況下,渦(wō)街信号受管✍️道(dào)振👉動的影響程(chéng)度與0.05g振動加速(sù)度相比要嚴重(zhòng)得多。雖然仍存(cun)在🤟随着流速的(de)增大,渦街信号(hào)逐漸增強💰的趨(qu)勢，但是在整個(gè)試驗測量範圍(wei)内,渦街信号都(dou)沒有完全顯露(lu)出來,而都是振(zhèn)動信号占據☀️了(le)主導地位。隻有(yǒu)當流速比較高(gāo)時，振動信号中(zhong)才疊加了渦街(jiē)信号,而當流速(su)相對比較低時(shí),渦街信号完全(quan)被振動信号淹(yān)沒。儀表輸出的(de)脈沖頻率爲振(zhèn)🔆動信号的頻率(lü)。因💔此可以解釋(shi)圖2相對誤差曲(qu)線中0.5g振動加速(su)度情況下✨,誤差(cha)比較大,而且最(zuì)終仍然㊙️沒有歸(guī)零的原因。
5小結(jié)
本文以應用最(zui)爲廣泛的應力(li)式渦街流量計(ji)作爲📞研究對🔞象(xiàng),對其進行管道(dao)振動條件下的(de)測量試驗,分析(xi)其信号頻譜的(de)🌈特點🤞。試驗結果(guo)表明,不考慮其(qí)♉下限流速，振動(dòng)頻率爲40Hz時,隻有(yǒu)在0.05g管道振動加(jiā)速度的情況下(xia)，才能正常工作(zuò)。
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