摘要:爲研究管道(dao)振動對渦街流量(liang)計
測量的影響,以(yǐ)國内普遍使用的(de)應力式渦街流量(liàng)計爲研究對象.在(zai)氣體流量管道振(zhèn)動試驗裝置上,流(liú)量👅範圍35m'/h~145m/h内,分别在(zai)不同管道振動加(jia)速度(0.05g.0.Ig.0.2g.0.5g、1g)、頻率(40Hz、100Hz、200Hz)、垂🔞直和(hé)水平方向上進行(hang)了一系列管道🔞振(zhen)動試驗。通過對不(bú)同🛀🏻管道振動⚽情況(kuang)下的☎️渦街流量計(jì)儀表系數誤差分(fèn)析發現，渦街儀表(biǎo)系數誤差随管道(dao)振動加速度的增(zēng)加而變大,抗振性(xìng)能較差;相同振動(dong)加速度下,儀表系(xi)數♍誤差随流量增(zeng)大有減小趨勢,小(xiao)🏒流量下對管道振(zhen)動尤爲敏感;同一(yī)振動加速度下,儀(yi)表系數誤差随管(guǎn)道振動頻率增大(dà)而減小⛷️;水平🔱方向(xiàng)管道振動較🔴之垂(chui)直方向儀表系數(shù)誤差更小♋,抗振性(xing)能更好。
渦街流量(liang)計是一種基于流(liú)體振動原理的流(liu)量計。目前已☂️成爲(wei)管道中液體、氣體(ti)、蒸汽的計量和工(gong)業過程⛷️控制中不(bu)🏃🏻可缺💃少的💁流量測(cè)量儀表1-2:o但是,渦街(jie)流量計✌️本質上是(shì)流體振動型流量(liang)計,它對機械振🏃🏻♂️動(dong)、流體的流動狀态(tai)✉️特别敏感🔱,不僅可(ke)以🧡感受傳感😍器受(shòu)到的渦街力，還可(ke)以感受到傳感器(qi)受到的其他力，如(rú)管道振動、流體脈(mo)動以及流體的沖(chòng)擊力等3--4],這些幹擾(rǎo)⚽勢必會對渦街流(liu)量計的測量産生(sheng)很大☎️的影響。
本文(wén)以國内應用廣泛(fan)的應力式渦街流(liu)量計爲研究♊對象(xiàng),在氣體流量管道(dao)振動試驗裝置上(shang),相同流量範圍内(nei)進行了不同振動(dong)加速度的管道振(zhèn)動試💔驗。拟定渦街(jiē)儀表系數👣誤差(除(chú)流量下限外)小于(yú)3%作🔞爲渦街流♊量計(ji)抗管道振動的标(biāo)準,研究🐕了應力式(shi)🤩渦街流量計在管(guǎn)道振動條件下的(de)抗振性能，并分析(xī)了不同管道振動(dòng)頻率、振動🌈方向對(duì)渦街流量計測量(liàng)的影響，試驗結果(guo)對應力式渦街流(liu)量計具有普遍意(yi)義。
1試驗裝置
圖1爲(wèi)氣體流量管道振(zhèn)動試驗裝置結構(gòu)圖。爲避免氣體壓(yā)📞力波動,1先将大氣(qi)中的空氣壓縮打(dǎ)人2中，經3冷卻💚除濕(shī)❗後,得到的🧑🏾🤝🧑🏼純淨氣(qi)體先後流經4、5.7.10後,通(tong)向大氣。流量校準(zhǔn)采⁉️用标準♊表法,即(jí)由
标準渦輪流量(liang)計
測得的流量、表(biǎo)前壓力以及被測(cè)渦街流量計的表(biǎo)前壓㊙️力,即可換算(suàn)得到被測渦街流(liu)量計常壓下的體(tǐ)積流量🔞(管路中氣(qì)體溫度變化很小(xiǎo)忽略不計)。研究對(duì)象10選用國♻️内普遍(bian)使用的💚應力式渦(wō)街流量計,内徑爲(wei)50mm,流量範圍36m3/h~320m3/h;标準表(biao)
渦輪流量計
精度(dù)爲1%,内徑50mm,流量範圍(wei)5m3/h~100m3/h;壓力變送器精度(du)均爲2%0。
管道振動試(shì)驗設備由11、12組成,實(shí)物見圖2。11爲激振設(shè)備🏃♂️由振動台體和(hé)控制器組成,具有(you)調頻(1Hz~400Hz)定加速度(<20g)/振(zhèn)幅、輸出正弦類波(bō)形等功能，從而使(shi)不同加速度和頻(pin)率下的振動試驗(yàn)得以實現。12爲測振(zhèn)設備采用壓電式(shi)加速度傳感器🌂正(zhèng)确測量渦街流量(liàng)計所在處🐕管道振(zhen)動狀态。由于振動(dòng)台爲單自由度，僅(jin)能産生垂直方向(xiàng)(圖1中Y方向)管道振(zhèn)動,爲了實現水平(ping)方向🧡(X方向)管道振(zhen)動,将渦街流🔞量計(ji)旋轉90°水平安裝[如(rú)圖🧡2(b)],此時,振動台再(zai)工作時其振動方(fāng)向相對♋于渦街流(liu)量計即實現了如(ru)圖1所示的X方向。當(dāng)管道振動時爲避(bi)免對标準表産生(shēng)影響,在渦街流量(liàng)計❤️上遊2.5m(50D)處加裝軟(ruǎn)管消除機械振動(dòng)。
整套試驗裝置由(yóu)計算機系統實時(shí)控制處理,對氣.動(dòng)🐅調節閥采用PID調節(jie)确保流量穩定,對(duì)渦街、渦輪流量計(jì)以及壓力變送器(qì)的輸出信号均由(yóu)計算機系統進行(hang)采集及🎯數據分析(xī)。
2試驗結果與分析(xi)
在圖1試驗裝置上(shang),流量35m3/h~145m'/h(裝置所能達(dá)到的常壓下的最(zuì)🏃🏻大🐪流量🥰)内,分别在(zài)未施加和施加振(zhen)動施加不同振動(dong)加速度頻率、方向(xiàng)的情況下,對渦街(jie)流量計進行了管(guan)道振動試驗,對試(shi)驗結♉果予以👉分析(xī)。
2.1未施加管道振動(dong)的試驗
在無管道(dào)振動情況下,對渦(wo)街流量計進行了(le)5點實流試㊙️驗,數據(jù)如表1。每個流量點(dian)每次檢定時間爲(wèi)30s,重複性、平均儀表(biǎo)系數和線性度均(jun1)按照速度式流量(liàng)計檢定規程[12]中的(de)公式計算。試驗研(yan)究的應力式渦街(jiē)流量計
精度爲1級(ji)。
2.2不同管道振動加(jiā)速度的試驗
爲考(kao)察應力式渦街流(liú)量計對管道振動(dòng)加速度的抗✍️振性(xing)能,在垂直振動方(fāng)向、振動頻率爲100Hz、振(zhèn)動加速度0.05g~1g情況下(xia)，進行了流量試驗(yan)。将得到的5組試驗(yàn)數據🏃🏻,繪制出相應(ying)的儀表系數随流(liú)量變化曲線如圖(tú)3所示。可見,當施加(jiā)管道☀️振動後,渦㊙️街(jiē)流量計儀表系數(shù)✉️随流量及振動加(jia)速度的㊙️不同變化(hua)很大。爲了與無管(guan)道振動時作比較(jiao),圖4給出了❌不同振(zhèn)動加速度下的儀(yí)表系🐉數相對于無(wú)管道振動時平均(jun1)儀表系數的誤差(chà)曲線。
由圖4可知,-方(fang)面，同一振動加速(sù)度下不同流量點(diǎn)對渦街流量計測(cè)量影響的程度不(bu)同。小流量時受管(guan)道振動影響劇🐇烈(lie)，輸🐉出脈沖即爲管(guan)道振動頻率,如圖(tú)335m3/h處儀表系數集中(zhong)在一點。随着流量(liàng)增加，渦街流量計(ji)受管✏️道振動影響(xiǎng)根據振🧡動加速度(du)的不同可分爲三(san)種:(1)管道振動加速(su)度爲0.05g、0.1g、0.2g時,儀表系數(shù)誤差随流量增加(jiā)而🍓減🈲小直至爲零(ling);(2)管道振動加速度(du)爲0.5g時,儀表系數誤(wù)差随流量增加先(xiān)變大後減小但未(wèi)減至零;(3)管道振動(dòng)加速度爲1g時,儀表(biǎo)系數誤差随流量(liang)增加而變大最後(hou)趨于⭐平穩。出現上(shang)述現象的原因🔅在(zai)于,應力式渦街流(liú)量計♻️是利用壓電(diàn)探頭交替地作用(yòng)在其上的升力的(de)檢🌂測🌈、獲得渦街頻(pín)率的，而升力與💜被(bei)測流體的密度和(hé)流速平方成正比(bǐ)。小流量時升力幅(fú)🚶值小，易受管道振(zhèn)動幹擾、有🙇🏻用🏃♂️信号(hao)被淹沒,隻能檢測(ce)到振動信号,故儀(yi)表系數集中在一(yī)點🈲。随着流量增加(jiā)，升力幅值成平方(fang)倍增長，而管道振(zhèn)動加❓速度不變即(jí)振動幅值不變,故(gu)壓電探頭檢測🌏到(dào)的混合信号中渦(wo)街有用信号逐漸(jiàn)顯露出來。當管道(dao)振動加速度爲第(dì)(1)種情況時,渦街信(xin)号幅值随流量增(zēng)加而迅速增強,最(zui)終抑制振動信🌏号(hao)使儀表🔴系數誤差(chà)減小至零;當管道(dào)振動加速度爲第(di)⭐(2)種情況時,由于振(zhèn)動信号幅值較強(qiang),渦街信号随流量(liang)增🚶加雖然有大幅(fú)提升，但仍無法完(wán)全有效地抑制振(zhen)動信💰号,儀表系數(shu)誤差有減小但不(bu)能.減至零;但當管(guǎn)道振動加速度爲(wèi)第(3)種情況時,由于(yu)振動幹擾幅值遠(yuǎn)大于渦街信号幅(fu)值,所以儀表系數(shu)誤差很大💰,但是，渦(wo)街信♻️号幅值随流(liú)量增加成平方倍(bèi)增長仍😄會對管道(dao)振動信号起到一(yī)定抑制作用，所以(yǐ)儀表系數誤差最(zuì)後趨于平穩。
另一(yi)方面,除流量下限(xiàn)外,相同流量下渦(wō)街流量計儀表系(xi)數誤差随振動加(jia)速度的增加而增(zēng)大,這是由于振動(dòng)加速🐅度的增加導(dao)緻振動幹擾幅值(zhí)變大，對渦街流量(liàng)計信号輸出必然(ran)造成惡劣的影響(xiang)。
按照前文拟定的(de)管道抗振标準,此(ci)應力式渦街流量(liang)☔計在管道振動頻(pin)率爲100Hz時,垂直方向(xiàng)抗振加速度僅爲(wèi)0.05g。
2.3不同管道振動頻(pín)率的試驗
爲了研(yan)究管道振動頻率(lǜ)變化對渦街流量(liang)計測量🏃🏻♂️的影響,将(jiāng)頻✨率分别調整爲(wei)40Hz、200Hz後,重新進行了2.2試(shi)驗,得☁️到了圖5所示(shi)不㊙️同振動加速度(du)下儀表系數誤差(chà)變化曲線。
将圖4.5作(zuo)對比發現，無論管(guǎn)道振動頻率如何(hé)變化,在同一振動(dong)加速度下,儀表系(xì)數誤差随流量變(biàn)化的趨勢類似。但(dàn)是,當管道振動頻(pin)率變化時,相同振(zhen)動⭐加速度❌下渦街(jiē)流量計儀表系📧數(shù)誤差會随管道振(zhèn)動頻率增大而減(jian)小。這是因爲,一-方(fāng)面渦街流量計👨❤️👨信(xin)号處理電路中含(hán)有放🏃🏻大和低通濾(lǜ)♻️波環節,對40Hz振動幹(gàn)擾無法濾除且有(yǒu)放大功能。另一方(fāng)面,由于渦街流量(liàng)計輸出脈沖與流(liu)🐅速成正比、檢測旋(xuán)渦的升力與流速(sù)平方和被測流體(tǐ)的密度成正比,所(suǒ)以在小流量時,渦(wō)街流量傳感器信(xìn)💃🏻号頻率低且幅值(zhi)小，受低頻的管道(dao)振動幹擾影響嚴(yán)重,輸出🐆脈沖誤差(cha)🙇♀️大;随着流量增加(jia),渦街流量🔞傳感器(qi)信号頻率變大👣且(qiě)幅值增強,受低頻(pin)的管道振動幹擾(rǎo)影響減弱,輸出脈(mo)沖也☂️随之誤差變(biàn)小。
綜合圖4、5可知,對(duì)于應力式渦街流(liú)量計來說,垂直方(fang)向🏃🏻上的抗振性能(neng)均較差。當管道振(zhèn)動頻率爲40Hz、100Hz時,抗管(guǎn)道振動加速🛀🏻度爲(wei)🚶♀️0.05g;當管道振動頻率(lü)爲200Hz時,抗管道振動(dong)加速度爲0.1g。
2.4不同管(guǎn)道振動方向的試(shì)驗
爲了比較不同(tong)方向管道振動對(duì)渦街流量計測量(liang)的⁉️影👣響,在水平方(fāng)向管道振動條件(jian)下,重新進行試🐇驗(yan),得到了管道振動(dòng)頻率分别爲40Hz、100Hz、200Hz,振動(dòng)加速度分别爲0.05g.0.1g.0.2g0.5g、1g時(shí),渦街儀表👅系數誤(wu)差随流量變化的(de)曲線,如圖🐇6所示。
通(tōng)過水平方向管道(dao)振動與垂直方向(xiang)試驗結果作比較(jiào),發現兩種情況下(xia),管道振動頻率和(he)振動加速度對儀(yí)表系數♊誤差💘的影(ying)響趨勢類似;但是(shì),水方向較之垂直(zhi)方向㊙️儀表系數誤(wu)差更小,抗🛀振性能(neng)更好。依據拟定的(de)抗振标準,将此應(ying)🔆力式渦街流量計(jì)在不同振動方向(xiàng)上，抗管道振動性(xing)能小結如表2。
3結論
爲研(yan)究管道振動對渦(wō)街流量計測量的(de)影響，利用♌氣體流(liú)🧡量☁️管👅道振動試驗(yàn)裝置,在相同流量(liang)範圍内,分别㊙️在不(bu)同管道振動加速(sù)度頻率方向上對(dui)應力式渦街流量(liang)計進行振動試驗(yan)研究,得到以下結(jie)論:
(1)渦街流量計儀(yí)表系數誤差随管(guan)道振動加速度的(de)💛增加而變大,整體(ti)抗振性能較差，以(yi)管道振動頻率100Hz爲(wèi)例,垂直方向抗振(zhen)加速度爲0.05g,水平方(fang)向抗振加速度爲(wèi)0.2g。
(2)在相同管道振動(dòng)加速度條件下,無(wú)論振動頻率如☎️何(he)變化,渦街流量計(ji)儀表系數誤差随(suí)流量增大有減小(xiao)趨勢,小流量下受(shòu)管道振動影響最(zui)大。
(3)在相同管道振(zhen)動加速度條件下(xià),渦街流量計儀表(biǎo)系數誤差随管道(dào)振動頻率的增大(dà)而減小。
(4)水平管道(dào)振動方向較之垂(chuí)直方向，渦街流量(liang)計儀✏️表系數誤差(cha)更小,抗振性能更(gèng)好。
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