摘要:為了考察現(xiàn)場實(shí)際安裝環(huán)境和使用條件對渦街流量計測量精度的影響，對DN100渦街流量計進(jìn)行了基準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)、上游單個90°彎頭和全開閘閥共23組實(shí)流實(shí)驗(yàn)、實(shí)驗(yàn)介質(zhì)為水，雷諾數(shù)范圍3.5x104~5.3x105以平均儀表系數(shù)的相對誤差、儀表系數(shù)的線性度和重復(fù)性作為評價指標(biāo)，最終給出了渦街流量計在2種安裝條件下的推薦前后直管段長度:雷諾數(shù)在1.0x104~5.3x105單彎頭時，前直管段長度至少5D，后直管段長度至少3D;全開閘閥時，前直管段長度至少5D,后直管段長度至少5D,此時彎頭和閘閥對渦街流量計的測量影響才能忽略、雷諾數(shù)在3.5x104~5.3x105時，小流量點(diǎn)處儀表系數(shù)的嚴(yán)重下降導(dǎo)致渦街流量計在2種安裝條件下均無法達(dá)到測量精度.
　　渦街流量計是一種基于流體振蕩原理的新型速度式流量儀表,以其對流體物性變化的不敏感性、可靠性和精度高特點(diǎn)而被廣泛應(yīng)用于工業(yè)現(xiàn)場.自20世紀(jì)60年代末誕生以來,渦街流量計發(fā)展迅速，國內(nèi)外學(xué)者分別對旋渦發(fā)生體形狀、信號檢測方式以及數(shù)字信號處理方法等方面展開了大量研究工作,并取得了顯著成果.隨著渦街流量計的推廣和使用，其安裝影響越來越受到人們的重視,安裝環(huán)境、使用條件對其測量精度的影響成為需要關(guān)注的問題.
　　對上游安裝單90°彎頭、半開閘閥、不同平面的2個90°彎頭3種阻流件情況分別進(jìn)行了探究"，討論渦街流量計安裝在其下游的測量精度.通過實(shí)流實(shí)驗(yàn)方法,對4種不同形狀的旋渦發(fā)生體在6種阻流件安裝條件下的測量性能進(jìn)行探究,通過分析每種阻流件情況下儀表系數(shù)的相對誤差,最終給出了安裝每種阻流件時保證渦街流量計測量精度所需的最短上游直管段長度，但對后直管段長度并未提及.此外,機(jī)械行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)(JB/T9249-1999)中對渦街流量計在不同阻流件情況下的前后直管段長度也作了相應(yīng)規(guī)定,但是規(guī)定中所推薦的直管段均較長,一般渦街流量計現(xiàn)場安裝條件根本無法滿足.而國外文章中給出的實(shí)驗(yàn)結(jié)果是否具有普適性,能否直接拿來使用值得推敲.目前國內(nèi)針對渦街流量計安裝使用條件的實(shí)驗(yàn)研究鮮見報道.針對100mm口徑的渦街流量計開展了基準(zhǔn)、上游單90°彎頭和全開閘閥影響的實(shí)驗(yàn)研究,通過實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對平均儀表系數(shù)的相對誤差、線性度和重復(fù)性進(jìn)行分析與評價,最終給出了上游單彎頭、全開閘閥條件下渦街流量計安裝的前后直管段長度建議.
1實(shí)驗(yàn)裝置
　　過程參數(shù)檢測與控制重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的水流量標(biāo)準(zhǔn)裝置上完成的，實(shí)驗(yàn)管徑100mm,圖1為實(shí)驗(yàn)裝置示意.水泵連續(xù)將水池里的水送人高位水塔,水塔通過溢流來保持水壓的恒定.實(shí)驗(yàn)時，水從水塔的下水管引人到實(shí)驗(yàn)管道,依次流過標(biāo)準(zhǔn)表電磁流量計、實(shí)驗(yàn)樣機(jī)渦街流量計,最后回到水池,通過調(diào)節(jié)閥門開度進(jìn)行流量調(diào)節(jié).實(shí)驗(yàn)采用計算機(jī)控制，實(shí)現(xiàn)對電磁流量計、渦街流量計輸出信號的實(shí)時采集與處理.水流量標(biāo)準(zhǔn)裝置精度可達(dá)0.1%.
 
　　一體型渦街流量計，口徑100mrm.該樣機(jī)最大特點(diǎn)是采用了基于頻譜分析的數(shù)字信號處理方法，保證了在較寬的測量范圍內(nèi)具有較高精度.可測流量范圍7.5~248m3/h,精度可達(dá)1%.但是,受實(shí)驗(yàn)裝置所能提供的流量范圍限制，最小流量只能做到10m3/n,最大流量可以達(dá)到200m3/h.由于管道改造后壓損增大,最終流量上限只能達(dá)到150m/h左右,所以進(jìn)行實(shí)流實(shí)驗(yàn)測試的流量范圍為10~150m3/h.
2實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計
　　表1給出了此次研究的實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計,共進(jìn)行基準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)、上游單彎頭和全開閘閥3大類共23組實(shí)流實(shí)驗(yàn),均在圖1所示的實(shí)驗(yàn)段X處進(jìn)行.其中,基準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)是所有阻流件實(shí)驗(yàn)的參考基準(zhǔn)，即認(rèn)為渦街流量計人口為充分發(fā)展湍流流動,為其最佳使用條件，此時渦街流量計前直管段長度為100D(D為管道直徑,D=100mm)，后直管段長度為10D.對于單彎頭和全開閘閥的實(shí)驗(yàn)需要對裝置進(jìn)行改造后才能進(jìn)行，圖2所示為彎頭和閘閥實(shí)驗(yàn)管道及組件的連接示意.
 
 
　　通過不同管道組件的組合來實(shí)現(xiàn)不同前后直管段長度的實(shí)驗(yàn).如表1所示，彎頭實(shí)驗(yàn)進(jìn)行前直管段分別為1D、3D、5D、10D、15D、20D,后直管段為3D、5D共12組實(shí)驗(yàn),后直管段下游安裝-一個全開閘閥，作為后直管段長度的結(jié)束.同理,全開閘閥實(shí)驗(yàn)進(jìn)行5種前直管段長度、2種后直管段長度共10組實(shí)驗(yàn).與彎頭實(shí)驗(yàn)不同的是,為了消除閘閥上游阻流件(彎頭)對流場的影響，在實(shí)驗(yàn)段X.上游設(shè)置了30D長的直管段,這樣保證了與基準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)比較的差異均由閘閥安裝引起.圖3和圖4分別為彎頭實(shí)驗(yàn)前直管段20D、后直管段3D安裝條件時和全開閘閥實(shí)驗(yàn)前直管段15D、后直管段5D安裝條件時的管道現(xiàn)場安裝示意.
 
3實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析與討論
3.1實(shí)驗(yàn)評價指標(biāo)
　　根據(jù)渦街流量計檢定規(guī)程(JJG1029-2007),當(dāng)其安裝滿足充分發(fā)展的前后直管段要求時,評價渦街流量計測量精度的指標(biāo)有量程比、線性度等.針對本文所討論的上游存在阻流件且前后直管段改變的情況，評價指標(biāo)包括平均儀表系數(shù)的相對誤差、儀表系數(shù)線性度和重復(fù)性.
1)平均儀表系數(shù)的相對誤差△`K
　　每個流量檢定點(diǎn),在第i次檢定時間內(nèi),渦街流量計輸出脈沖數(shù)為Ni,流經(jīng)渦街流量計的體積流量為Vi,則該流量點(diǎn)下第i次檢定的儀表系數(shù)為
 
 
3.2實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析
　　根據(jù)實(shí)驗(yàn)裝置所能達(dá)到的最寬流量范圍,進(jìn)行了單彎頭和全開閘閥的實(shí)流實(shí)驗(yàn).圖5和圖6分別為彎頭實(shí)驗(yàn)和閘閥實(shí)驗(yàn)渦街流量計儀表系數(shù)K隨流量Q變化的曲線.圖中只給出了流量范圍在24~150m3/h時相同后直管段情況下改變前直管段長度時的實(shí)驗(yàn)結(jié)果,虛線位置流量為28m3/h.需要說明的是,通過實(shí)流實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),該流量點(diǎn)是渦街流量計測量性能突變的一個分界點(diǎn).小于該流量時渦街流量計的測量性能變差,且流量越低儀表系數(shù)下降越嚴(yán).重,因此圖中僅給出24m3/h情況作為說明.表2列出了基于第3.1節(jié)的評價指標(biāo)計算出的在分界流量點(diǎn)兩側(cè)時渦街流量計測量性能數(shù)據(jù).
　　從圖5和圖6中可以看出，當(dāng)流量在28~150m3/h時，無論是單彎頭還是閘閥,實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)都具有以下特征.
(1)在相同后直管段條件下，渦街流量計儀表系數(shù)隨流量的減小而逐漸增大,但在接近下限流量處會有一突降.從渦街流量計工作特性來分析,出現(xiàn)突降點(diǎn)是不合理的.分析可能造成的原因,小流量時渦街信號微弱不易檢測,加之實(shí)驗(yàn)裝置管道振動等干擾因素，會使渦街流量計輸出脈沖信號不穩(wěn)定,造成丟波或漏檢.雖然儀表系數(shù)的突降會造成渦街流量計測量性能變差,但從表2的數(shù)據(jù)可以看出，在前直管段大于等于5D時,測量性能仍可保證,即渦街流量計仍處于正常工作狀態(tài).
 
(2)在相同后直管段條件下,隨著前直管段的縮短，渦街流量計平均儀表系數(shù)逐漸增大,即曲線逐漸上移.
(3)與基準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)相比，直管段長度改變對小流量造成的影響比大流量時要大，即小流量時儀表系數(shù)偏差更大.
(4)當(dāng)前直管段較長時,后直管段對儀表系數(shù)的影響不大;隨著前直管段逐漸縮短，后直管段越短造成平均儀表系數(shù)的偏差越大(見表2).
 
　　對于流量小于28m3/h的情況,如圖5和圖6所示在24m3/h流量點(diǎn),前直管段越短,儀表系數(shù)下降越嚴(yán)重,造成在整個測量范圍(24~150m3/h)內(nèi)儀表系數(shù)非線性越嚴(yán)重,即線性度越差.此外,前直管段越短,重復(fù)性越差.如表2所示，當(dāng)流量計上游為單彎頭時，只有前直管段為20D時能夠滿足測量精度要求.當(dāng)為全開閘閥時，由于儀表系數(shù)非線性嚴(yán)重，所討論的直管段長度均不能滿足測量要求.由于在24m3/h時渦街流量計受安裝條件影響已顯現(xiàn)出較差的測量性能.
3.3安裝使用建議
　　表2給出了23組實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)記錄,并基于第3.1節(jié)的評價指標(biāo)和表3給出的評價方法對數(shù)據(jù)進(jìn)行了評價,給出了安裝使用渦街流量計的建議.其中“V”表示安裝的前后直管段合適;“x”表示安裝的前后直管段不合適，上游阻流件對渦街流量計的影響不能忽略.
 
　　僅對流量在28~150m3/h情況給出評價結(jié)論:根據(jù)表3評價方法，如表2所示,對于上游安裝單彎頭，前直管段分別為2D、3D,后直管段分別為3D、5D共4種情況時,彎頭對渦街流量計的測量影響不能忽略;對于上游安裝全開閘閥,除了以上4種前后直管段組合情況外,當(dāng)前直管段為5D,后直管段為3D時,閘閥對渦街流量計的測量影響均不能忽略.
4與國外相關(guān)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的比較
　　對渦街流量計安裝影響研究的實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行比較，圖7所示為渦街流量計在彎頭和全開閘閥下游的實(shí)驗(yàn)結(jié)果),橫軸為渦街流量計前直管段長度，以管道直徑D為最小單位,縱軸為平均儀表系數(shù)的相對誤差△`K。
 
1)研究內(nèi)容不同
　　4種旋渦發(fā)生體的渦街流量計在2種安裝角度和2個雷諾數(shù)下前直管段的影響,圖7中所示結(jié)果包含了多種因素,是一個綜合評價.2個雷諾數(shù)分別為3.0x105和7.0x100.
　　針對一種典型渦街流量計在常規(guī)安裝角度(水平安裝,信號轉(zhuǎn)換器在上方)下不同前后直管段長度組合進(jìn)行研究,針對性更強(qiáng).實(shí)驗(yàn)雷諾數(shù)范圍為3.5x104~5.3x105.
2)評價指標(biāo)不同
　　平均儀表系數(shù)的相對誤差作為評價指標(biāo)，且僅給出了相對誤差的分布圖(圖7),沒有關(guān)注在整個測量范圍內(nèi)儀表系數(shù)的特性.
　　除關(guān)注平均儀表系數(shù)相對誤差外，還對流量范圍內(nèi)儀表系數(shù)的重復(fù)性和線性度進(jìn)行了評價,從圖5和圖6中可以很直觀地看出隨流量變化儀表系數(shù)的變化規(guī)律.
3)結(jié)論不同
　　結(jié)論:當(dāng)上游存在單彎頭阻流件時，渦街流量計所需最短上游直管段長度為13D;當(dāng)上游存在全開閘閥阻流件時,渦街流量計所需最短上游直管段長度為5D.
　　結(jié)論:當(dāng)流量在28~150m3/h,渦街流量計.上游存在單彎頭時,其所需最短上游直管段長度為5D,下游直管段長度為3D;上游存在全開閘閥時，渦街流量計所需最短上游直管段長度為5D,下游直管段長度為5D.當(dāng)流量小于28m3/h時，渦街流量計儀表系數(shù)明顯下降,已無法正常工作.這說明,阻流件對小流量測量性能影響嚴(yán)重,若仍想保證測量精度,則需犧牲流量測量范圍.
5結(jié)語
　　通過實(shí)流渦街流量計上游安裝單彎頭和全開閘閥2種情況時對其測量性能的影響.共進(jìn)行了包括基準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)在內(nèi)23組實(shí)流實(shí)驗(yàn),雷諾數(shù)范圍為3.5x104~5.3x105.以平均儀表系數(shù)的相對誤差、儀表系數(shù)的線性度和重復(fù)性作為評價指標(biāo)，最終給出了渦街流量計在2種安裝條件下的推薦前后直管段長度:
　　當(dāng)雷諾數(shù)為1.0x105~5.3x105,單彎頭時,前直.管段長度需滿足至少5D,后直管段長度至少3D;全開閘閥時,前直管段長度需滿足至少5D,后直管段長度至少5D,此時阻流件對渦街流量計的測量影響才能忽略.
　　當(dāng)雷諾數(shù)小于1.0x105時,由于小流量點(diǎn)的儀表系數(shù)嚴(yán)重減小，造成整個流量范圍內(nèi)渦街流量計的測量性能變差:單彎頭時,只有前直管段為20D時可以保證測量精度;全開閘閥時,前直管段15D已無法滿足精度要求.因此當(dāng)渦街流量計安裝在如彎頭、閘閥等非理想管道條件時,其在低雷諾數(shù)時的測量性能需要特別關(guān)注.

文章來源于網(wǎng)絡(luò),如有侵權(quán)聯(lián)系即刪除！