渦街(jie)流量計選型标(biao)準與應用 發布(bu)時間:2025-12-16
摘要:介紹(shào)了渦街流量計(ji) 的工作原理,并(bìng)對渦街流量計(ji)的優缺點進行(háng)了分析💋;其次結(jié)合采油平台實(shi)際工況進行了(le)流量儀表🔅選型(xíng);并且🈲介紹了針(zhēn)對渦街流量計(ji)的防振措施;最(zuì)🛀後通過計算對(duì)比分析,證明渦(wō)街流量計是一(yi)款相對節能的(de)流量計。 0引言? 在(zài)工業生産過程(cheng)中,爲了有效地(dì)指導生産操作(zuo)、監視和控制生(shēng)産過程,經常需(xū)要檢測生産過(guo)程中各種流動(dong)介質(如液體、氣(qi)體或蒸汽)的流(liú)量,以便爲管理(lǐ)和控制生産提(ti)供依據。同時,工(gōng)業生産的各環(huán)節之間經常有(yǒu)物料的輸送,需(xu)要對它們進行(háng)精确的計量,作(zuo)爲經濟核算的(de)重要依據。所以(yǐ),流量監測在💯現(xiàn)代化工業生産(chǎn)過程中顯得十(shi)分重要。 1工作原(yuan)理 渦街流量計(ji)(又稱漩渦流量(liang)計)是根據“卡門(men)漩渦”原理研制(zhi)成的一種流體(ti)振蕩式流量測(cè)量儀表。“卡門漩(xuan)渦”現象是在流(liú)動‼️的流⭐體中插(chā)入一根(或多根(gen))迎‼️流面爲非流(liú)線型柱狀物時(shi),流體在柱狀物(wù)兩側交替地分(fèn)離釋放出兩列(lie)規則的漩渦。在(zai)測量管道的流(liu)體中設置非流(liú)線型的漩渦發(fā)生體,當雷諾數(shù)達到一定值時(shi)⛷️,從漩渦發生體(tǐ)下遊兩側交替(tì)地分離釋放出(chu)兩串規則地交(jiao)錯排列的漩渦(wō),這種漩渦稱爲(wèi)卡門渦街,在一(yi)定雷諾數範圍(wéi)内漩🌏渦的分離(lí)頻率與漩渦發(fa)生體的幾何尺(chǐ)寸、管道的幾何(hé)尺寸有🏃♀️關,漩渦(wō)的頻域正比于(yú)流量,并可由各(ge)種形式的傳感(gǎn)器檢出[1-3]。 流量計利用(yòng)卡門渦街原理(li)如圖1所示,有如(ru)下關系🐕式: 式中(zhong)d——阻流件的寬度(dù),m; `U——流經流量計的(de)流體平均流速(su),m/s; f——漩渦的頻率Hz; Sr——斯(si)特勞哈數(Strouhalnumber) m——漩渦(wō)發生體兩側弓(gong)形面積與管道(dao)橫截面面積之(zhī)☎️比,對于直徑爲(wei)的圓柱形漩渦(wō)發生體: 式中K——流(liú)量計的儀表系(xi)數,1/m2。 K除與漩渦發(fā)生體、管道的幾(jǐ)何尺寸有關外(wài),還與斯特勞哈(hā)數有關。斯特勞(láo)哈數爲無量綱(gāng)參數,它與漩渦(wō)發生體形狀及(ji)雷諾數有關,圖(tu)2所示爲三角柱(zhù)狀漩渦發生體(tǐ)的斯特勞哈數(shù)與管道雷諾數(shù)的關系圖。由圖(tu)2可見,在46210~710DRe???範圍内(nei),Sr可視爲常數,這(zhè)是儀表正常⁉️工(gong)作範圍。 當測量(liàng)氣體流量時,渦(wō)街流量計的标(biāo)準體積流量計(ji)算式爲 式中Vnq,Vq——标(biāo)準參比條件下(xià)(C?20,101.325kPa)工況下的體積(jī)流量m3/s; Pn,P——标準參比(bǐ)條件下和工況(kuang)下的絕對壓力(li),Pa; Tn,T——标準參比條件(jiàn)下和工況下的(de)熱力學溫度,K; Zn,Z——标(biao)準參比條件下(xia)和工況下的氣(qì)體壓縮系數; 由(yóu)式(5)可見,渦街流(liu)量計輸出的脈(mo)沖頻率信号不(bú)受🛀🏻流體物性和(hé)組分變化的影(yǐng)響,即儀表系數(shu)在一定雷諾數(shù)範圍内僅與😘漩(xuan)渦發生體及管(guǎn)道的形狀尺寸(cun)等有關。 2優勢與(yǔ)局限性 2.1優點 1)渦(wo)街流量計結構(gòu)簡單,安裝維護(hù)方便。 2)無可移動(dong)部件,可靠性高(gao)。 3)重量輕,價格便(biàn)宜,在衆多的流(liu)量計中,渦街流(liú)量計的經濟📐性(xìng)較好,是一種經(jīng)濟實惠的流量(liang)計。 4)适應性強,結(jie)構形式多種多(duō)樣,可計量多種(zhong)流體介質,如液(yè)體🛀🏻、氣體、高溫蒸(zheng)汽、低溫液體和(hé)部分混相流體(ti)[4]。 5)在一定的雷諾(nuo)數範圍,輸出頻(pín)率信号不受流(liú)體物🍓性(密度、黏(nian)度)和組分的影(yǐng)響。 6)壓力損失小(xiǎo)。 7)在一種典型介(jie)質中校驗,而适(shi)用于各種介質(zhì)。 8)可以通過确定(ding)斯特勞哈爾數(shù)與發生體幾何(hé)參數🔞之間的關(guān)系,來實現幹标(biāo)定。 2.2局限性 1)渦街(jie)流量計不适用(yong)于低雷諾數測(cè)量(ReD≥2×104),因此不适用(yong)于低流🥰速,或者(zhě)小口徑,或者高(gāo)黏度的流體計(ji)量。 2)漩渦分離的(de)穩定性受流速(su)分布畸變及旋(xuan)轉流的影響。 3)除(chú)了熱敏和超聲(sheng)式,其他種類的(de)渦街流量計對(dui)管道機械❤️振動(dong)均較敏感,不宜(yi)用于強震動場(chǎng)所。 4)儀表口徑不(bú)宜過大,一般口(kou)徑不超過300mm。 5)渦街(jie)流量計适用的(de)流體比較廣泛(fàn),但不适用于髒(zang)污流體。 6)渦街流(liu)量計在混相流(liú)體中的應用經(jing)驗還少。 3渦街流(liú)量計的初步選(xuan)型 渦街流量計(jì)同樣具有局限(xian)性,也有其适用(yòng)範圍,因此何種(zhǒng)🍓工況選用渦街(jiē)流量計,選用哪(na)一類的渦街🈲流(liu)量計,根據已經(jīng)投産的某油氣(qì)生産平台實際(ji)工🌈況(表1)進行了(le)流🛀量儀表的初(chū)步選型。 由表1中(zhōng)的工藝參數可(ke)知,管道介質爲(wèi)生産水。它由原(yuán)油處理✍️系統的(de)生産污水經過(guò)斜闆除油器除(chu)掉浮油後産生(shēng)。除掉浮油後的(de)生産污水進入(rù)溶氣式氣浮進(jìn)一步去除污水(shui)中的小油滴。首(shǒu)先從管道尺寸(cùn)考慮,由于管道(dào)尺寸爲8*25.4=203.2mm,超出靶(ba)式流量計(15~50mm)和科(ke)氏流量計(150~200mm)的常(cháng)用測量管道尺(chi)寸範圍,排除靶(bǎ)式、浮子流量計(ji)和科氏流量計(jì);從壓損方面考(kǎo)慮,排除❓孔闆流(liu)量計(壓損:20~50kPaG);從安(ān)裝方式方面考(kao)慮,排除浮子流(liu)量計(需要垂直(zhí)安裝);容🚶♀️積式、超(chāo)聲式、電磁式、渦(wō)街流量㊙️計滿足(zú)上述要求。最後(hòu)從購置考慮,由(yóu)于渦街流量計(jì)的購置、安裝、運(yun)行、維護📞費用較(jiào)低的特點,因此(cǐ)在✉️此選擇渦街(jiē)流量計作爲🐆初(chū)步選型儀表。 4防(fáng)振措施探讨 海(hǎi)洋平台本身空(kong)間比較緊湊,在(zài)較小的空間内(nei)布置了大量✉️的(de)📧工藝和生産設(shè)備。一些振動源(yuan)比如空氣壓縮(suo)機和泵會對渦(wo)街流量計的使(shi)用産生影響。在(zài)此介紹幾種減(jiǎn)振措施[5,6]: 1)在儀表(biao)選型之初,就要(yào)确保渦街流量(liàng)計安裝環境無(wú)振動或📱振動較(jiao)小,不影響渦街(jie)流量計的正常(cháng)工作; 2)抗振接頭(tóu)耐壓、耐腐蝕、價(jià)格低、安裝簡單(dan)易行,可以擴大(dà)渦💚街流量計的(de)使用範圍,也适(shì)用于其他減振(zhen)🌈場所,此方法在(zài)海洋平台中的(de)渦街流量計的(de)選型和使用過(guò)程中值得借鑒(jiàn); 3)當管道振動速(su)度大于1g或者振(zhèn)動頻率達到500Hz以(yǐ)上時🔞,在傳🌈感器(qì)2倍口徑處安裝(zhuāng)固定支撐點; 4)将(jiang)渦街流量計軸(zhou)向旋轉适當角(jiǎo)度,适當調整渦(wo)街流量計觸🔞發(fā)✍️電平; 5)在小管徑(jing)流量測量中可(kě)以采用彈性軟(ruǎn)管連接渦🚶街流(liú)❌量✔️計。 5渦街流量(liang)計的能耗分析(xī) 渦街流量計屬(shǔ)于阻力型流量(liang)計。它們阻礙流(liu)體的流🌈動,使🤩流(liú)體流經流量計(ji)時産生壓力損(sǔn)失,從而引起輸(shu)⭐送單位流體所(suo)用的✂️推動功的(de)增加,即需要多(duo)消耗能量,實際(ji)使用的流量計(jì)多爲阻力型流(liú)量計。 不同的阻(zu)力型流量計對(dui)流體阻礙作用(yòng)的大小不同,阻(zǔ)礙🌏作用的大小(xiǎo)可由壓力損失(shi)表示。阻礙作用(yong)大的引起的能(neng)耗就🆚大,如 孔闆(pǎn)流量計 、噴嘴流(liu)量計,渦街流量(liàng)計次之。通常把(bǎ)能耗相對較小(xiǎo)的流💃量計叫節(jiē)能型流量計,相(xiàng)對于孔闆、噴嘴(zui)流量計,渦街流(liu)量計能耗較小(xiǎo)。從這三種流量(liàng)計看,孔闆流量(liang)計的壓損最大(da)🛀,通常爲🌈20~50kPa;渦街流(liú)量計最小,通🔱常(chang)爲2~15kPa。隻有通過對(duì)流💘量計的能耗(hao)計算,才🐪能了解(jiě)每💛種流量計的(de)能耗,也才能進(jin)一步比較節能(neng)型流量計節能(neng)量的大小。 5.1測量(liang)液體時壓損及(jí)能耗計算[7] 由于(yu)液體介質可看(kàn)作是不可壓縮(suō)性流體,壓力變(bian)🐇化🏃但密🍉度不🌈變(bian)。 1)用孔闆時,壓損(sǔn)計算 5.2測量氣體(tǐ)時壓損及能耗(hao)分析計算 由于(yú)氣體具有很強(qiang)的可壓縮性,經(jīng)過流量計後壓(yā)力由于損失🔱而(ér)由P1變爲P2,這時的(de)比容。也發生了(le)變化,由n1變爲n2,相(xiàng)應地🔞體積流量(liang)由qn1,變爲qn2,能耗的(de)計算按下式計(jì)算: 式中W—功率W;P1—壓(ya)損前流體壓力(lì),Pa;P2—壓損後流體壓(ya)力;qn1—壓損前流體(tǐ)🔴體🐇積流量,m3/s;qn2—壓損(sun)後流體體積流(liu)量,m3/s;?h—電機和風機(jī)效率。 若把氣體(ti)看作理想氣體(tǐ),通過流量計的(de)過程看作絕熱(re)過💯程,則由工程(chéng)熱力學可知: P2=P1-△W(10) 壓(ya)損仍由式(6),式(8)計(jì)算。 5.3舉例計算 由(yóu)表3和表4中的渦(wo)街流量計和孔(kǒng)闆流量計在不(bú)同工況下的㊙️壓(ya)損和能耗對比(bi)可知,渦街流量(liàng)計有相對較🌍小(xiao)的💚壓損和能耗(hao),在♻️孔闆流量計(ji)和渦街流量計(ji)同時🈲适用的工(gong)況下優先選用(yòng)渦街🔆流量計。 6結(jie)束語 渦街流量(liang)計的工作原理(li)和優點與局限(xiàn)性的基礎☂️上,結(jie)合海洋生産平(píng)台實際工況進(jin)行了選型并提(ti)出了具體防振(zhen)措施。最後,介紹(shào)了一種壓損與(yǔ)能耗的計算方(fang)法,并通過與孔(kong)闆流量計的對(dui)比,證明渦街流(liú)量計是一款相(xiàng)對節能的流量(liàng)計。
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