摘(zhāi)要:爲研究管(guan)道振動對渦(wo)街流量計 測(cè)量的影響,以(yǐ)國内普遍使(shǐ)用的應力式(shì)渦街流量⛱️計(ji)爲研究✌️對象(xiang).在氣體流量(liàng)管道振動試(shì)驗裝置上,流(liú)量範圍35m'/h~145m/h内,分(fen)别在不同管(guǎn)道振動加速(sù)度(0.05g.0.Ig.0.2g.0.5g、1g)、頻率(40Hz、100Hz、200Hz)、垂直(zhi)和水✉️平方向(xiàng)上進行了一(yī)系列管道振(zhen)動試驗。通過(guò)對不同管道(dao)振動情況下(xià)的渦街流量(liang)🍉計儀表系數(shù)誤差分析發(fa)現，渦街儀表(biǎo)系數誤差随(suí)管道振動🌂加(jia)速度的增加(jiā)而變大,抗振(zhèn)性能較差;相(xiàng)同振動加速(su)度下,儀㊙️表系(xì)數誤差随流(liú)量增大有減(jiǎn)小趨勢,小流(liu)🔴量下對管道(dao)振動尤爲敏(min)感;同一振動(dòng)加速度下,儀(yi)表系數誤差(cha)随管道振動(dòng)頻率增大而(ér)減小;水平⭐方(fāng)向管道振動(dòng)較之垂直方(fāng)向儀表系數(shu)🌈誤差更小,抗(kàng)振性能更好(hao)。
　　渦街流量計(jì)是一種基于(yú)流體振動原(yuan)理的流量計(ji)。目前已🏃成爲(wèi)管道中液體(tǐ)、氣體、蒸汽的(de)計量和工業(yè)過程控制中(zhong)不可缺少的(de)流量測量儀(yí)表1-2:o但是,渦街(jie)🈚流量計☂️本質(zhi)上是流體🈲振(zhen)動型流量計(ji)🐆,它對機械振(zhen)動、流體的流(liu)動狀态🔱特别(bié)敏感,不僅可(kě)以感受傳感(gan)🤟器受到的渦(wo)街力，還可以(yi)感受到傳感(gan)器受到的其(qí)👈他力，如管道(dào)振動、流體脈(mo)動以及流體(ti)的沖擊力等(deng)3--4],這些幹擾勢(shi)必會對渦街(jie)流量計的測(ce)量産生很大(dà)的影響。
　　本文(wen)以國内應用(yong)廣泛的應力(li)式渦街流量(liàng)計爲研究對(dui)象♍,在氣體流(liu)量管道振動(dòng)試驗裝置上(shàng),相同流量範(fàn)🐕圍内🔞進行🌏了(le)不⚽同振動加(jiā)速度的管道(dao)振動試驗。拟(ni)定🌈渦街儀表(biǎo)系數誤差(除(chu)流量下限外(wài))小于3%作爲渦(wo)街流🌈量計抗(kang)管道振動的(de)标準,研究了(le)應力式渦街(jiē)流量計在管(guǎn)道振動🍉條件(jian)下的抗振性(xing)能，并分🧑🏽‍🤝‍🧑🏻析了(le)不同管道♋振(zhèn)動頻率、振動(dong)方向對渦街(jie)流量計測量(liàng)的影響，試驗(yàn)🐅結果對應力(lì)式渦街流量(liàng)計具有普遍(biàn)意義。
1試驗裝(zhuāng)置
　　圖1爲氣體(tǐ)流量管道振(zhen)動試驗裝置(zhì)結構圖。爲避(bì)免氣體壓🌈力(li)波動,1先将大(da)氣中的空氣(qì)壓縮打人2中(zhong)，經🚩3冷卻除濕(shi)後,得🛀到的純(chún)淨📐氣體先後(hòu)流經4、5.7.10後,通向(xiang)大氣。流量校(xiao)準采用标準(zhǔn)表法,即由 标(biāo)準渦輪流量(liang)計 測得的流(liú)量、表前壓力(li)以及被測渦(wō)街流量計的(de)表前壓力💁,即(jí)⛱️可🌐換算得到(dào)被測渦街流(liú)量計常壓下(xia)的體積流量(liàng)👄(管路中氣體(ti)溫度變化很(hěn)小忽略不計(jì))。研究對象10選(xuǎn)用國内普遍(biàn)使用的應力(lì)式渦街流量(liang)計,内徑爲50mm,流(liu)量範圍36m3/h~320m3/h;标⚽準(zhun)表 渦輪流量(liàng)計 精度爲1%,内(nèi)徑50mm,流量範圍(wéi)5m3/h~100m3/h;壓力變送器(qi)精度均爲2%0。

　　管(guǎn)道振動試驗(yàn)設備由11、12組成(chéng),實物見圖2。11爲(wei)激振設備由(yóu)振🙇‍♀️動台體㊙️和(he)控制器組成(cheng),具有調頻(1Hz~400Hz)定(dìng)加速度(<20g)/振幅(fú)、輸出正弦類(lèi)波形🌈等功能(néng)，從而使不同(tóng)加速度和🈲頻(pín)率下的振動(dòng)試驗得以實(shí)現。12爲測振設(shè)備采用壓🆚電(diàn)式加速度傳(chuan)感器正确測(ce)量渦街流量(liang)計所在處管(guan)道振動狀态(tai)。由于振動台(tái)爲單自由度(dù)，僅能産生👈垂(chuí)直方向(圖1中(zhong)Y方向)管道振(zhen)動,爲了實現(xian)水平方向(X方(fang)向)管道振動(dong),将✌️渦街流量(liàng)計旋轉90°水平(ping)安裝[如圖2(b)],此(cǐ)時,振動台再(zai)工作時其振(zhen)動方向相對(duì)于渦街流量(liàng)計即實現了(le)如圖1所示的(de)X方向。當管道(dao)振動時爲避(bì)免對标準表(biǎo)産生影響,在(zài)渦街流量計(jì)🧑🏾‍🤝‍🧑🏼上遊2.5m(50D)處加裝(zhuāng)軟管消除機(jī)械振動。
　　整套(tao)試驗裝置由(you)計算機系統(tǒng)實時控制處(chù)理,對氣.動調(diào)💃🏻節閥采用PID調(diao)節确保流量(liang)穩定,對渦街(jie)、渦輪流量計(jì)👅以及壓力變(bian)送😘器的輸出(chu)信号均由計(ji)算機系統進(jin)行采集及數(shù)據分✏️析。

2試驗(yan)結果與分析(xī)
　　在圖1試驗裝(zhuang)置上,流量35m3/h~145m'/h(裝(zhuang)置所能達到(dào)的常壓下的(de)最大🔞流量)内(nei),分别在未施(shī)加和施加振(zhen)動施加不同(tong)振動加速度(du)頻率、方向的(de)🏃🏻情況下,對渦(wō)街流量計進(jìn)行了管道振(zhèn)動試驗,對試(shi)驗結果予以(yǐ)分析。
2.1未施加(jia)管道振動的(de)試驗
　　在無管(guan)道振動情況(kuàng)下,對渦街流(liu)量計進行了(le)5點實流試✍️驗(yan),數💋據如表1。每(mei)個流量點每(měi)次檢定時間(jiān)爲30s,重複性、平(píng)均儀表系數(shu)和線🛀🏻性度均(jun)按照速度式(shi)流量✨計檢定(dìng)規程[12]中的公(gōng)式計算。試驗(yàn)研究的應力(li)式渦街流量(liang)計 精度爲1級(ji)。

2.2不同管道振(zhèn)動加速度的(de)試驗
　　爲考察(chá)應力式渦街(jie)流量計對管(guǎn)道振動加速(sù)度的抗振🌏性(xing)能,在🏃🏻垂直振(zhèn)動方向、振動(dòng)頻率爲100Hz、振動(dòng)加速度0.05g~1g情況(kuang)下，進行了流(liú)量試驗。将得(de)到的5組試驗(yan)數據,繪制出(chu)相應的🤞儀表(biǎo)系📐數随流量(liàng)變化曲線如(ru)圖3所示。可見(jian),當施加管道(dào)振動後,渦街(jiē)流量計🚶儀表(biao)系數随流量(liàng)及振動加速(sù)度的不同變(bian)化很大。爲了(le)與無管道振(zhèn)動時作比較(jiào),圖4給出了不(bu)同振動加速(sù)度下的儀表(biǎo)系數相對于(yu)無管道振動(dòng)時平均儀表(biǎo)系數‼️的誤差(chà)曲線。

　　由圖4可(ke)知,-方面，同一(yī)振動加速度(du)下不同流量(liang)點對渦街流(liú)🈲量計測量影(yǐng)響的程度不(bú)同。小流量時(shi)受管道振動(dòng)影響劇烈，輸(shū)出脈沖即爲(wei)管道振動頻(pín)率,如圖335m3/h處儀(yi)🔞表系數集中(zhōng)在一點。随着(zhe)流量增加，渦(wō)街流量計受(shòu)管道振動影(ying)響根據振✔️動(dong)加速度的不(bú)同可📧分爲三(san)種:(1)管道振動(dong)加速度爲0.05g、0.1g、0.2g時(shí),儀表💘系數誤(wù)差随流量增(zēng)加而🐆減小直(zhí)至爲零;(2)管道(dào)振動加速度(du)爲0.5g時,儀表系(xì)數誤差随流(liu)量增加先變(bian)大♈後減小但(dan)未減至👌零;(3)管(guan)道振動加速(su)❓度爲1g時,儀表(biǎo)系數誤差随(sui)流量增加而(er)變🔞大最後趨(qū)于🛀平穩。出現(xiàn)上述現象的(de)原因👄在于,應(yīng)力式渦街流(liu)量計是利用(yòng)壓電探頭交(jiāo)替地作用在(zài)其上的升力(li)的檢測、獲得(dé)渦街頻率的(de)，而升力與被(bèi)測流體的密(mi)度和流速平(píng)方成正比。小(xiao)流量時升力(lì)幅值小，易受(shou)管道振動幹(gan)擾、有用信号(hao)被淹沒,隻能(neng)檢測到振動(dòng)信号,故儀表(biao)系數集中在(zai)一點。随着流(liú)量增加，升力(li)幅值成平方(fāng)倍增長，而管(guan)道振動加速(sù)度不變即振(zhèn)動幅值不變(biàn),故壓電🛀🏻探頭(tou)檢測❤️到的混(hùn)合信号中渦(wo)街有❌用信号(hao)逐漸顯露🔞出(chū)來。當管道振(zhèn)動加速度爲(wèi)第(1)種情況時(shí),渦街信号幅(fú)值随🐅流量增(zeng)加而迅速增(zēng)強,最終抑制(zhì)振動信号使(shǐ)儀表系數誤(wu)差減小至零(líng);當管道振動(dong)加速度爲第(di)(2)種情🎯況時,由(you)于振動信号(hao)幅值較強,渦(wō)街信号随😄流(liú)量增加雖然(ran)有大幅提升(sheng)，但仍無法完(wán)全有效😄地抑(yì)制振動信♌号(hào),儀表系數誤(wù)差有減小但(dan)不能.減至零(ling);但當🌈管道振(zhèn)動加速度爲(wèi)第(3)種情況時(shi),由于振動幹(gan)擾幅🔴值遠大(da)于✍️渦街🧑🏾‍🤝‍🧑🏼信号(hao)幅值,所以儀(yi)表系數誤差(cha)很大🔴,但是，渦(wo)街信⛷️号幅值(zhí)随流量增加(jia)成平方倍增(zeng)長仍會對管(guǎn)道振動信号(hào)起到🌈一定抑(yì)制作用，所以(yi)儀表系數誤(wu)差最後趨于(yu)平穩。
　　另一方(fang)面,除流量下(xià)限外,相同流(liu)量下渦街流(liu)量計儀表系(xì)數💘誤差随振(zhen)動加速度的(de)增加而增大(dà),這是由于振(zhèn)動💃🏻加速度的(de)增加🎯導緻振(zhèn)動幹擾幅值(zhi)變大，對渦街(jie)🏃‍♀️流量計信号(hào)輸🈲出必然造(zao)成惡劣的影(ying)響。
　　按照前文(wén)拟定的管道(dào)抗振标準,此(ci)應力式渦街(jie)流量🔴計在管(guan)道振動頻率(lü)爲100Hz時,垂直方(fang)向抗振加速(sù)度僅爲🆚0.05g。
2.3不同(tóng)管道振動頻(pin)率的試驗
　　爲(wei)了研究管道(dao)振動頻率變(biàn)化對渦街流(liú)量計測量的(de)影響,将頻率(lǜ)分别調整爲(wei)40Hz、200Hz後,重新進行(háng)了2.2試驗,得到(dao)了🔴圖5所😍示不(bú)同振動加速(su)度下儀表系(xì)數誤差變化(huà)曲線💛。
　　将圖4.5作(zuò)對比發現，無(wu)論管道振動(dòng)頻率如何變(bian)化,在同‼️一振(zhen)動加速度下(xià),儀表系數誤(wù)差随流量變(bian)化的趨勢類(lèi)似。但是🔞,當管(guan)道振動頻率(lü)變化時,相同(tóng)振動加速度(du)下渦街流量(liang)計儀表系數(shu)誤差❤️會随管(guan)道振動頻率(lǜ)增大而減小(xiǎo)。這是因爲,一(yī)-方面渦🌂街流(liu)量計🈲信号處(chu)理電⛷️路中含(hán)有放✨大和低(dī)通濾波環節(jiē),對40Hz振動幹擾(rǎo)無法💃濾🏃除且(qiě)有放大功😄能(néng)。另一方面,由(you)于渦街流量(liàng)計輸出脈沖(chong)與流速成正(zhèng)比、檢測旋渦(wo)的升力與流(liú)速平方和被(bèi)🧑🏽‍🤝‍🧑🏻測流體的密(mì)度成正比,所(suo)以在小流量(liang)時❗,渦街流量(liang)傳感器信号(hào)頻率低且幅(fú)值小🐪，受低頻(pín)的管道振🌈動(dong)幹擾🍉影響嚴(yan)重,輸出脈沖(chòng)誤差大;随着(zhe)流量增加,渦(wō)街流量傳感(gǎn)器信号頻率(lü)變大⚽且幅值(zhí)增強,受低頻(pin)的管道振動(dòng)♊幹擾影響減(jian)弱,輸出脈沖(chong)也随之誤差(cha)變小。

　　綜合圖(tú)4、5可知,對于應(ying)力式渦街流(liu)量計來說,垂(chui)直方向⚽上🌈的(de)抗振性能均(jun1)較差。當管道(dào)振動頻率爲(wèi)40Hz、100Hz時,抗管道✍️振(zhen)動加速度爲(wei)0.05g;當管道振動(dong)頻率爲200Hz時,抗(kàng)管道振動加(jiā)速度爲0.1g。
2.4不同(tóng)管道振動方(fang)向的試驗
　　爲(wèi)了比較不同(tóng)方向管道振(zhen)動對渦街流(liú)量計測量的(de)影響,在水平(ping)方向管道振(zhen)動條件下,重(zhong)新進行試驗(yàn),得到了管道(dào)🔱振動頻率分(fèn)别爲40Hz、100Hz、200Hz,振動加(jia)速度分别爲(wèi)0.05g.0.1g.0.2g0.5g、1g時,渦😄街儀表(biao)系數誤差随(suí)流量變化的(de)曲線,如圖6所(suǒ)示。

　　通過水平(píng)方向管道振(zhèn)動與垂直方(fāng)向試驗結果(guo)作比較,發現(xiàn)兩種情況下(xià),管道振動頻(pín)率和振動加(jia)速😄度對儀表(biao)系數誤差的(de)影響趨勢類(lei)似;但是,水方(fang)向較之垂直(zhi)方向儀表系(xi)數誤差更小(xiao),抗振性能更(geng)好。依據拟定(dìng)😘的抗振标準(zhun),将此應力式(shi)渦街流量計(jì)在不同振動(dòng)方🔱向上，抗管(guan)道振動性能(neng)小結如表2。

3結論(lun)
　　爲研究管道(dao)振動對渦街(jie)流量計測量(liàng)的影響，利用(yòng)氣體流量管(guǎn)道振動試驗(yan)裝置,在相同(tóng)流量範圍内(nèi),分别在不同(tong)管道振動加(jiā)速度頻率方(fāng)向上對應力(li)式渦街流量(liàng)計進行振動(dong)試驗研究,得(dé)到以下結論(lùn):
(1)渦街流量計(jì)儀表系數誤(wù)差随管道振(zhen)動加速度的(de)💁增🏃加而變大(dà),整體抗振性(xìng)能較差，以管(guan)道振動頻率(lǜ)100Hz爲例,垂直方(fāng)向抗振加速(su)度爲0.05g,水平方(fang)向抗振加速(su)度爲0.2g。
(2)在相同(tóng)管道振動加(jiā)速度條件下(xià),無論振動頻(pin)率如🚩何變化(hua)😍,渦街流量計(jì)儀表系數誤(wu)差随流量增(zeng)大有減小趨(qu)勢,小流量下(xia)受管道振動(dòng)影響最大。
(3)在(zai)相同管道振(zhèn)動加速度條(tiáo)件下,渦街流(liu)量計儀表系(xi)數誤差随管(guǎn)道振動頻率(lü)的增大而減(jian)小。
(4)水平管道(dao)振動方向較(jiào)之垂直方向(xiang)，渦街流量計(jì)儀表系數誤(wù)♌差🌐更小,抗振(zhèn)性能更好。

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