摘要：選(xuan)擇傳統(tǒng)應力式(shi)渦街流(liu)量計
,通(tong)過管道(dào)振動條(tiáo)件下的(de)測量試(shi)驗結合(he)頻譜分(fèn)析方法(fǎ),研究其(qí)抗振性(xing)能。試驗(yàn)結果表(biǎo)明,不考(kǎo)慮其下(xia)限流速(su),振動頻(pin)率爲40Hz時(shí),隻有在(zai)0.05g管道振(zhen)動加速(sù)度的情(qíng)況下,才(cái)能正常(chang)工作。
0引(yin)言
渦街(jie)流量計(ji)利用流(liú)體經過(guò)旋渦發(fā)生體後(hòu)産生的(de)振動進(jin)行流量(liàng)測量[1-2],因(yin)其介質(zhi)适應性(xìng)強、無可(kě)動部🤞件(jian)、結構簡(jian)單、可靠(kào)性高等(deng)特點而(ér)被廣泛(fan)使用”。正(zheng)是因爲(wei)其以流(liú)體🛀振動(dòng)爲測量(liang)原理,在(zài)管💯道振(zhen)動的情(qing)況下,渦(wo)街流量(liàng)計的使(shi)用受到(dao)了限制(zhì)。
國内外(wai)諸多學(xué)者及研(yán)究機構(gou)對渦街(jiē)流量計(jì)抗振性(xìng)和振動(dòng)環境下(xià)渦街流(liú)量計的(de)使用進(jin)行了大(dà)量研究(jiu)😍[4-7]。本文以(yǐ)國💋内外(wài)🥰應用最(zuì)爲廣泛(fàn)的應力(lì)式渦街(jiē)流量計(ji)作爲研(yan)究對象(xiang),在氣體(ti)流量管(guǎn)道振動(dòng)試驗裝(zhuang)置上,在(zai)相同流(liú)速範圍(wéi)内進行(háng)了相同(tóng)振動頻(pín)率❓不同(tong)振動加(jia)速度的(de)管道振(zhèn)動試驗(yan)，研究了(le)應力式(shì)渦街流(liú)量計在(zai)管道振(zhen)動條件(jiàn)下的抗(kang)振性能(néng)。
1試驗裝(zhuang)置
圖1爲(wei)氣體流(liu)量管道(dao)振動試(shì)驗裝置(zhi)結構圖(tú)。爲避免(miǎn)氣體壓(yā)力波動(dong),空氣壓(ya)縮機先(xian)将大氣(qi)中的空(kong)氣壓縮(suō)打⛷️人穩(wen)壓儲氣(qi)罐中，高(gāo)✏️溫壓縮(suō)空氣經(jīng)過冷千(qian)機冷卻(què)除濕後(hou)，得🤩到的(de)純淨氣(qi)體先後(hou)流經氣(qì)路總閥(fá)、氣動調(diào)節閥、渦(wō)輪流量(liàng)計(标準(zhun)表)、渦街(jiē)流🏃🏻量計(jì)(被校表(biǎo))後,最終(zhong)通向大(dà)氣。本文(wen)選用的(de)振動🈲台(tai),具有頻(pín)率調節(jiē)(1~400Hz)、簡易調(diào)整加速(sù)度(<20g)/振幅(fu)、輸出正(zhèng)弦類波(bō)形🌈等功(gōng)能,從而(er)使設定(dìng)頻率下(xia)不同振(zhen)動加速(su)度的管(guan)道振動(dong)試驗得(de)以實現(xiàn))。
試驗中(zhong)對渦街(jie)流量計(ji)的流量(liang)校準采(cai)用标準(zhǔn)表法🔴,即(ji)由渦輪(lun)流量計(ji)測得的(de)流量值(zhi)和渦輪(lun)流量計(ji)表前壓(yā)⚽力變送(sòng)器測得(dé)的壓力(li)值便可(ke)換算得(dé)到流經(jīng)被測渦(wō)街流量(liàng)計的體(tǐ)積流量(liàng)(管路中(zhong)🏃氣體溫(wen)度變化(huà)很小,忽(hu)略不計(ji))。标準表(biǎo)渦輪流(liú)量計的(de)最大允(yun)許誤差(cha)爲±1%,内徑(jìng)爲50mm，流量(liàng)範圍爲(wèi)5~100m3/h;兩個
壓(yā)力變送(sòng)器
的最(zui)大允許(xu)誤差均(jun1)爲±2%
2試驗(yan)條件
爲(wèi)了分析(xī)管道振(zhen)動對渦(wō)街流量(liàng)計測量(liàng)的影響(xiǎng)，分别在(zài)5,7.5,11,15.5,20.5m/s五個😄流(liu)速,施加(jia)豎直方(fāng)向振動(dong),振動頻(pín)率40Hz,振動(dong)的加速(sù)度分别(bié)爲0.05g,0.1g,0.2g,0.5g。
3試驗(yàn)數據結(jie)果分析(xī)
選用國(guó)内生産(chan)的普通(tong)應力式(shi)模拟渦(wō)街流量(liang)計,在圖(tú)1所示的(de)氣體管(guǎn)道振動(dong)試驗裝(zhuang)置上進(jin)行測量(liàng)試驗。試(shi)驗數⛷️據(jù)如表1所(suo)示。将👄測(ce)量數據(jù)整理分(fen)析，繪制(zhi)其不同(tong)加速度(du)振動條(tiáo)件下儀(yí)表系數(shù)相對于(yu)無管道(dào)振動時(shi)儀表系(xi)數的相(xiang)對誤差(chà)曲線如(rú)2所示。
在(zai)相同的(de)振動加(jiā)速度下(xia)不同流(liú)速對渦(wo)街流量(liang)計測量(liang)影響的(de)程度是(shi)不同的(de)。低流速(su)時渦街(jie)流量計(ji)受管道(dao)振動影(ying)響更加(jiā)嚴重,輸(shu)出脈沖(chong)的頻率(lǜ)即爲管(guǎn)道振🌈動(dòng)的頻率(lü)。在振動(dong)加速度(du)較大時(shí)，低流速(su)點5m/s處的(de)儀表系(xì)數的相(xiàng)對誤差(cha)集中在(zài)-一點。随(sui)着流速(su)的升高(gāo),渦街流(liu)量計受(shou)管道振(zhèn)動影響(xiang)根據振(zhèn)動加😄速(sù)度的不(bu)同💋可分(fen)爲以下(xia)幾種情(qíng)況:1)管道(dao)振動加(jiā)速度爲(wèi)0.05g、0.1g時,渦街(jiē)流量計(ji)儀表系(xi)數相對(duì)誤差随(sui)流速的(de)升高而(ér)減小，最(zui)終減㊙️小(xiao)至零;2)管(guǎn)道振動(dòng)加速度(du)爲0.2g時,渦(wo)街流量(liàng)計儀表(biao)系數相(xiang)對誤差(cha)随流速(sù)升高先(xiān)增大後(hòu)減小，最(zui)終減💁小(xiao)至零🔴;3)管(guan)道振動(dong)加速💜度(du)爲0.5g時,渦(wō)街流量(liang)計儀表(biao)系數相(xiàng)對誤差(chà)随流速(sù)升高先(xian)增大🔴後(hou)減🌍小，但(dàn)最終未(wèi)減小至(zhi)零。出現(xiàn)💞上述現(xian)象的原(yuán)因在于(yu),應力式(shi)渦街流(liu)量計是(shi)利用壓(ya)電探頭(tóu)對交替(tì)⛹🏻♀️作用在(zài)旋渦發(fā)⭕生體上(shang)的升力(lì)的檢📧測(cè)進而獲(huò)得渦💚街(jiē)頻率的(de)，而作用(yong)在旋渦(wo)發生體(ti)上的升(sheng)力與被(bei)測流體(ti)的密度(dù)和流速(sù)平方成(chéng)正比。小(xiǎo)流量🌂時(shí)升力幅(fu)🌈值小，易(yi)受到管(guan)道振動(dong)的幹擾(rao),當振動(dòng)加速度(dù)較大✂️時(shi)，振動信(xìn)号的幅(fú)值超過(guò)了渦街(jie)升力的(de)幅值,有(you)用信号(hao)幾乎完(wan)全被淹(yan)沒,隻能(neng)檢測到(dào)管道振(zhen)動信号(hao),故渦街(jie)流量計(jì)儀表系(xi)數相對(duì)誤差集(jí)中在一(yī)點。随🈲着(zhe)流速升(sheng)高,作用(yòng)在旋渦(wo)發生☔體(tǐ)上的升(sheng)力幅值(zhí)成平方(fāng)倍的增(zēng)長,而管(guǎn)道振動(dong)加速度(du)不變即(jí)振動幅(fu)值不變(bian),故壓電(dian)探頭檢(jian)測到的(de)混合信(xin)☂️号中渦(wō)街有☎️用(yong)信号逐(zhu)♊漸顯露(lu)出來。當(dang)管道振(zhen)動加速(su)度爲第(di)1)種🆚情況(kuang)時，渦街(jiē)信号幅(fu)值随流(liu)速升高(gao)而迅速(su)增強,最(zuì)終能夠(gòu)抑制🤩管(guǎn)道的📞振(zhen)動信号(hào)使儀表(biǎo)系數相(xiang)對誤差(chà)減小至(zhì)零;當管(guan)道振動(dòng)加速💰度(dù)爲後兩(liang)種情況(kuang)時㊙️,在低(di)流速下(xia),檢測到(dào)的信号(hao)完全是(shì)振動信(xìn)号,以此(cǐ)固定的(de)管道振(zhèn)動頻率(lü)作爲渦(wō)街的頻(pín)率信号(hào),得出🌈的(de)儀表系(xi)數當然(ran)随着流(liú)速的升(sheng)高而減(jian)小，儀表(biǎo)系✏️數繼(jì)續降🚶低(dī),相對誤(wù)差增大(dà)，随着流(liú)速的升(sheng)高，渦街(jie)信号幅(fú)度增大(da),信噪比(bǐ)相對提(ti)高時,相(xiang)對誤差(cha)随之🏃🏻減(jian)小。而振(zhèn)動加速(su)度爲0.5g的(de)振動信(xin)号相對(duì)較強,渦(wō)街信号(hao)的幅值(zhí)随着流(liú)速的升(sheng)高雖❄️然(rán)有大幅(fu)提升,但(dàn)仍無法(fa)完全有(yǒu)效地抑(yi)制管道(dào)振動信(xin)号,儀表(biǎo)系數☀️相(xiàng)對誤差(cha)有所減(jiǎn)小,但不(bú)能減至(zhi)零。
此外,除(chu)最低流(liú)速點外(wài),相同流(liu)速下渦(wo)街流量(liàng)計的儀(yi)表系數(shu)相對誤(wu)差随振(zhen)動加速(sù)度的增(zēng)加而增(zeng)大,這是(shì)由于振(zhen)動加速(sù)度的增(zeng)加導緻(zhi)管道振(zhen)動幹擾(rǎo)❓的幅度(du)💞變大,對(duì)🧡渦街流(liú)量計信(xin)🌈号輸出(chū)造成更(gèng)加惡📧劣(liè)的影響(xiang)。由以上(shang)試驗以(yǐ)及分析(xī)可以看(kan)出,普通(tōng)模拟渦(wō)街流量(liang)🐅計抗管(guan)道振動(dòng)的性能(néng)很差,不(bú)考慮其(qi)☎️下限流(liu)速,振動(dong)頻率爲(wei)40Hz時,隻有(you)🐆在0.05g管道(dao)振動加(jia)速度♻️的(de)情況下(xia)☂️,才能正(zheng)常工作(zuò)。
4試驗信(xìn)号頻譜(pǔ)分析
爲(wei)了觀測(ce)管道振(zhen)動情況(kuang)下渦街(jiē)流量信(xìn)号的特(tè)征,在上(shàng)述試驗(yan)中還啓(qǐ)用了基(jī)于計算(suan)機的信(xìn)号采集(ji)系統㊙️,分(fen)别在上(shang)🌍述五個(ge)流速下(xià)，對經過(guo)電荷放(fàng)大和.低(di)通濾🍉波(bō)後的渦(wō)街正👉弦(xian)信号進(jin)行數㊙️據(jù)采集,利(lì)用頻譜(pu)分析軟(ruǎn)件繪制(zhì)出其對(dui)應的頻(pin)譜圖。由(you)前面對(dui)♍測量數(shu)據分💚析(xi)可知,0.05g和(hé)0.5g兩個振(zhen)動加速(su)度情況(kuang)下的渦(wō)街特性(xing)具備一(yī)定的代(dai)表性。故(gù)此處僅(jin)以0.05g和㊙️0.5g兩(liǎng)個振動(dòng)加速度(du)情況下(xià)的渦街(jie)信号爲(wèi)例,說明(ming)其振動(dòng)條件下(xia)的渦街(jiē)信号的(de)情況。其(qi)他振動(dong)加速度(dù)的信号(hao)情況均(jun1)⚽介于這(zhe)兩種情(qíng)況之🌈間(jian)。
由圖3可(kě)知，在5m/s和(hé)7.5m/s兩個低(di)流速點(diǎn)時,振動(dong)信号比(bǐ)較強,渦(wo)街信号(hao)受💚到嚴(yan)重影響(xiǎng)，流量計(ji)輸出的(de)脈沖頻(pín)率不是(shi)渦街頻(pín)率✏️,而是(shì)振動信(xin)号與渦(wo)街信号(hao)合成的(de)頻率,造(zao)🏃成了流(liú)量計的(de)測量誤(wù)🥰差。随着(zhe)流速的(de)增大,渦(wo)街的真(zhēn)實信号(hao)逐漸顯(xiǎn)露出🎯來(lái),振動信(xìn)号相對(duì)比✂️較微(wei)弱,被渦(wo)街真實(shí)的信号(hao)淹沒,此(ci)時流量(liang)計輸出(chū)的脈沖(chòng)頻率✍️即(ji)爲渦街(jie)信号的(de)👌真實頻(pin)率。
從圖(tu)3和圖4可(ke)以看出(chū),0.5g振動加(jia)速度情(qing)況下,渦(wō)街信号(hào)受管道(dao)振🤩動的(de)影響程(chéng)度與0.05g振(zhen)動加速(sù)度相比(bǐ)要嚴重(zhong)得💯多。雖(sui)然仍存(cun)在随着(zhe)流速的(de)增大,渦(wo)街信号(hao)逐漸增(zeng)強的趨(qu)勢，但是(shì)在整個(ge)試驗測(cè)量🔴範圍(wei)内,渦街(jie)信号都(dou)沒有完(wan)全顯露(lu)出來,而(ér)都是振(zhèn)動信号(hao)占據了(le)主導地(di)位。隻有(yǒu)當流速(sù)比較高(gao)時，振動(dong)信号中(zhōng)才疊加(jiā)了渦街(jie)信号,而(ér)當流速(sù)相🍓對比(bi)較低時(shi),渦💃街信(xin)号完全(quán)被振動(dòng)信号淹(yān)沒。儀表(biao)輸出的(de)脈沖頻(pin)率爲振(zhèn)💞動信号(hào)的頻率(lǜ)。因📧此可(kě)以解釋(shi)圖2相對(dui)誤差曲(qǔ)線中0.5g振(zhèn)動加🤞速(su)度情況(kuàng)下✉️,誤差(cha)比較大(dà),而且最(zuì)終💜仍然(ran)沒有歸(guī)零的原(yuan)因。
5小結(jie)
本文以(yi)應用最(zuì)爲廣泛(fan)的應力(lì)式渦街(jiē)流量計(jì)作爲研(yan)🤞究對象(xiang),對其進(jìn)行管道(dào)振動條(tiao)件下的(de)測量試(shì)驗♊,分析(xi)其信号(hào)頻🆚譜的(de)🐅特點。試(shì)驗結果(guǒ)表明,不(bu)考慮其(qi)下限流(liú)速，振動(dong)頻率爲(wei)40Hz時,隻有(you)☀️在0.05g管道(dào)振動加(jiā)速度的(de)情況下(xia)，才能正(zhèng)常工作(zuo)。
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