[摘要]渦街(jie)流量計 在(zai)計量蒸汽(qi)時，管内蒸(zheng)汽流速必(bi)須限定在(zai)一個範✨圍(wei)内,渦街✍️流(liu)量計才能(neng)正常工作(zuo)。有人使用(yong)一些看似(si)無意其實(shi)違法的📞手(shou)段,緻使下(xia)遊的壓力(li)驟降,導緻(zhi)蒸汽流速(su)超過渦街(jie)流量計🈲測(ce)量流速上(shang)限，渦街流(liu)量計不能(neng)正常工作(zuo),計量嚴重(zhong)偏小。最📐後(hou)提出采用(yong)加裝限流(liu)📧裝置的方(fang)法來控制(zhi)蒸汽🔴流速(su)以保證😄渦(wo)街流量計(ji)正常計量(liang)。
目前，渦街(jie)流量計廣(guang)泛運用在(zai)蒸汽計量(liang)上。渦街流(liu)量計是一(yi)種發展比(bi)較成熟的(de)流量計，其(qi)主要優點(dian)有:無可動(dong)部件，結構(gou)簡單🏃‍♀️牢固(gu)，安裝方便(bian)，維護費用(yong)較低，量程(cheng)比一般在(zai)10:1以上,精度(du)也相對較(jiao)高，測量氣(qi)💜體一般在(zai)1.0級到1.5級之(zhi)間，測量液(ye)體一般在(zai)1.0級。
在多年(nian)的檢定工(gong)作中，發現(xian)有人使用(yong)了一個蒸(zheng)汽渦🤟街流(liu)量計的漏(lou)洞，在保持(chi)渦街流量(liang)計計量管(guan)段原封不(bu)動的情況(kuang)下，隻在蒸(zheng)汽出口處(chu)做文章，即(ji)可緻使渦(wo)街流量計(ji)計量嚴重(zhong)偏小。
圖1中(zhong)看到在渦(wo)街流量計(ji)計量段,沒(mei)有任何修(xiu)改，而在其(qi)🏃‍♂️後的大型(xing)儲氣罐卻(que)大有文章(zhang)。整個系統(tong)根據儲氣(qi)罐内壓力(li)變化來對(dui)前後閥[]分(fen)别進行自(zi)動控制，從(cong)而✍️進行-套(tao)充氣、放氣(qi)、再充氣、放(fang)氣的循環(huan)操作。整個(ge)循環過程(cheng)是:開始時(shi)，儲氣罐是(shi)空的，閥門(men)1、閥門2都關(guan)閉。然後閥(fa)門1快速打(da)開，上遊0.8MPa的(de)過和熱蒸(zheng)汽劇烈充(chong)人空罐。然(ran)後儲氣罐(guan)充氣漸滿(man)，壓力升高(gao)至--定壓力(li)後，關閉閥(fa)門1，打開閥(fa)門2，讓儲氣(qi)罐中蒸汽(qi)排出以供(gong)使用。這樣(yang)操作的目(mu)的主要是(shi)使大部分(fen)流過渦街(jie)流量計的(de)蒸汽以極(ji)高流速通(tong)過。

爲什麽(me)這樣會使(shi)蒸汽流速(su)達到非常(chang)高的程度(du)呢?而渦街(jie)流💔量計在(zai)高流速下(xia)計量會有(you)什麽問題(ti)呢?
1分析蒸(zheng)汽的流速(su)
臨界壓力(li)比是分析(xi)管内流動(dong)的一個重(zhong)要數值，蒸(zheng)汽在出口(kou)外的背壓(ya)p。與臨界界(jie)面前的進(jin)口壓力P之(zhi)比小于或(huo)等于臨界(jie)壓力比時(shi)，在臨界截(jie)面上，蒸汽(qi)流.速達到(dao)臨界值音(yin)速c。

當過流(liu)氣體爲過(guo)熱蒸汽時(shi):k=1.3,?cr=0.546pcr稱爲:臨界(jie)壓力。
所以(yi)得到:通過(guo)降低背壓(ya)比，能讓通(tong)過蒸汽的(de)流速提升(sheng)到相對于(yu)渦街流量(liang)計來說非(fei)常高的程(cheng)度,甚至達(da)🙇‍♀️到音速，過(guo)🏃熱蒸汽音(yin)☂️速可以達(da)到500m/s以上。
從(cong)熱網過來(lai)的蒸汽壓(ya)力一般高(gao)于0.8MPa，而在儲(chu)氣罐開始(shi)♍充氣時✌️，罐(guan)内壓力幾(ji)乎爲常壓(ya)。根據蒸汽(qi)的臨界流(liu)原🎯理。蒸汽(qi)管道和🔞容(rong)器的前後(hou)壓力比隻(zhi)要低于臨(lin)界壓力比(bi)?cr=0.546,那麽管内(nei)蒸汽的流(liu)速将達到(dao)音速。在這(zhe)個案例☔裏(li)，儲氣罐👈内(nei)壓力按💁充(chong)氣階段中(zhong)後期才逐(zhu)漸升高到(dao)的0.4MPa來計算(suan)，背壓比爲(wei)0.5。也就🙇🏻是說(shuo)，在大部分(fen)蒸汽通過(guo)階段，背壓(ya)比都小👌于(yu)0.546,蒸汽的流(liu)速都保持(chi)在音速，音(yin)速是大大(da)超過渦街(jie)流量計測(ce)量流速上(shang)限的。通過(guo)這樣一🈲個(ge)辦法，即能(neng)大幅度提(ti)高通過渦(wo)街流量計(ji)的蒸汽流(liu)㊙️速，緻使渦(wo)街流量計(ji)計量嚴❤️重(zhong)偏少。不法(fa)用戶還狡(jiao)辯，所有計(ji)量器具都(dou)通過了國(guo)家法定計(ji)量檢定機(ji)構的檢定(ding)。确實，這種(zhong)情況，單是(shi)檢定流量(liang)計是無法(fa)發現問題(ti)的。可以判(pan)斷，介質的(de)高流速對(dui)渦街流量(liang)計的計量(liang)💘性能産生(sheng)了很大的(de)影響緻使(shi)其計量不(bu)準。爲什麽(me)這麽說呢(ne)?再來⛱️分析(xi)氣體的高(gao)流速對渦(wo)街流量計(ji)的影響。
2渦(wo)街流量計(ji)工作原理(li)
在流體中(zhong)安放漩渦(wo)發生體，流(liu)體在漩渦(wo)發生體兩(liang)側交替💘地(di)分列出兩(liang)列有規律(lü)的交錯排(pai)列的漩渦(wo)，在定雷諾(nuo)數範❗圍内(nei)，改漩🥵渦的(de)頻率與漩(xuan)渦發生體(ti)的幾何尺(chi)寸有關，所(suo)産生的漩(xuan)渦頻率㊙️f正(zheng)比于流量(liang)，此頻率可(ke)由各種傳(chuan)感器檢出(chu)。

渦街流量(liang)計就是利(li)用卡門渦(wo)街原理，得(de)到如下關(guan)系

式中:b-阻(zu)流件的寬(kuan)度，m;ū一流經(jing)流量計的(de)流體平均(jun)流速，m/s;f一漩(xuan)渦的頻率(lü)，Hz;Sr斯特羅哈(ha)爾數(無量(liang)綱)。
斯特羅(luo)哈爾數爲(wei)無量綱參(can)數，它與漩(xuan)渦發生體(ti)的形狀及(ji)雷☎️諾數有(you)關。圖3所示(shi)爲三角柱(zhu)漩渦發生(sheng)體的斯特(te)勞哈爾🙇‍♀️數(shu).與☔管道雷(lei)諾數的關(guan)系。

由圖3可(ke)見，在ReD=2×104~7×10'6範圍(wei)内，斯特勞(lao)哈爾數可(ke)視爲常數(shu)。使用的🥰渦(wo)街流量計(ji)都是在斯(si)特勞哈爾(er)數視爲常(chang)數的這個(ge)範圍内設(she)計的。因♋此(ci)使用渦街(jie)流量計時(shi)--定要避免(mian)測量介質(zhi)的雷諾數(shu)在❌2×104~7×106這個範(fan)圍外，超過(guo)這💰個範圍(wei)，斯特勞哈(ha)爾數不再(zai)是常數，渦(wo)街流量計(ji)測得的頻(pin)率與流速(su)也不再是(shi)簡單的正(zheng)♊比關系。也(ye)就是說，超(chao)過雷諾數(shu)2×104~7×106這個範圍(wei)，便違反了(le)渦街流量(liang)計的設計(ji)原理，這時(shi)候渦街㊙️流(liu)量計是不(bu)能正常計(ji)量的🔞。因爲(wei)雷諾數與(yu)介😘質流速(su)有關，所以(yi)具體到介(jie)質流速的(de)話，對于蒸(zheng)汽來🧡說，渦(wo)街流量計(ji)的流速測(ce)量範圍控(kong)制在5m/s~60m/s之間(jian)，好的渦街(jie)流量計量(liang)程上限最(zui)多再往上(shang)延伸20%。因此(ci)在選型渦(wo)街流量計(ji)的口徑和(he)流量測🏃🏻量(liang)範圍時，要(yao)保證滿足(zu)這個流速(su)限定。絕大(da)部分渦街(jie)流🔞量計對(dui)于高流速(su)介質是沒(mei)👌有辦法計(ji)量的。所以(yi)上訴案🙇‍♀️例(li)中，用普通(tong)渦街流量(liang)計去計量(liang)音❌速下的(de)蒸汽，得到(dao)的📱結果是(shi)完全不可(ke)信，不能用(yong)的。
渦街流(liu)量計是一(yi)種數字儀(yi)表，是通過(guo)傳感器來(lai)檢測漩渦(wo)🛀頻率的。流(liu)量計的電(dian)氣性能必(bi)須要工作(zuo)在适宜它(ta)的💞條件🌂下(xia)。來看看在(zai)高流速下(xia)，渦街流量(liang)計檢測漩(xuan)渦頻率的(de)情況🔞。引用(yong)-個🚩高流速(su)下渦街流(liu)量計的實(shi)驗☂️4。該實驗(yan)在采用在(zai)線實時頻(pin)譜分析時(shi)發現:在口(kou)徑爲DN80及其(qi)以下的管(guan)線上，經常(chang)會出現高(gao)于80m/s的高流(liu)速，其中有(you)近一半的(de)出現超過(guo)100m/s的高流❗速(su)，更有甚者(zhe)，流速高達(da)180m/s。一般的渦(wo)街流量計(ji)在通過介(jie)質流速過(guo)高時，會發(fa)生劇烈的(de)漏波現象(xiang)，因而産生(sheng)難以估算(suan)的誤差。

從(cong)圖4上看漏(lou)波的結果(guo)就是檢測(ce)到的脈沖(chong)不再連續(xu)，發生了漏(lou)缺。所以這(zhe)種情況下(xia)，測量結果(guo)的趨勢是(shi)一❄️般都是(shi)偏小。在高(gao)流速下，漩(xuan)渦發生體(ti)後的流體(ti)運動💯更加(jia)複雜。渦街(jie)傳感器檢(jian)測信号需(xu)要--定的清(qing)晰度，如果(guo)流速過㊙️高(gao)，流場變得(de)更加複雜(za)。此時傳♍感(gan)器将受到(dao)嚴重幹擾(rao)，目标信号(hao)清晰👄度急(ji)劇下降🌐，使(shi)渦街流量(liang)🌈傳感器測(ce)不準或者(zhe)測不到。
可(ke)以看到，高(gao)流速下的(de)渦街流量(liang)計的漏波(bo)十分明顯(xian)，正🌈是利用(yong)了渦街的(de)這個漏洞(dong)，讓渦街流(liu)量計在超(chao)高流速下(xia)大量漏波(bo)，緻使最後(hou)得到的流(liu)量遠小于(yu)實際流量(liang)。
除了是上(shang)述案例中(zhong)的裝置，還(hai)有一種把(ba)蒸汽直接(jie)放人🧑🏾‍🤝‍🧑🏼水池(chi)㊙️中✨加熱水(shui)的熱水站(zhan)，采用了手(shou)段這些都(dou)是爲了設(she)🔞法讓蒸汽(qi)🌐出口㊙️的壓(ya)力驟降,得(de)到突然變(bian)小的背壓(ya)比，以大大(da)提高蒸汽(qi)的流速🔞。即(ji)使達不到(dao)音速，也遠(yuan)高于渦街(jie)流量計的(de)測量上限(xian)，導緻渦街(jie)📧流量計的(de)不正常工(gong)作。因此爲(wei)了保證渦(wo)街流量計(ji)正常計量(liang)，必須💰重視(shi)渦街流量(liang)👌計的測量(liang)範圍，管内(nei)流速必須(xu)限定在渦(wo)街流量計(ji)的測量範(fan)圍以内。
對(dui)于那些在(zai)後端搞壓(ya)力驟降提(ti)高蒸汽流(liu)速的，可以(yi)想辦法把(ba)蒸汽流速(su)限定在合(he)理範圍内(nei)。比如采用(yong)限流裝置(zhi)，在渦街流(liu)量計後方(fang)管線上安(an)裝臨界流(liu)文丘裏噴(pen)嘴。
當蒸汽(qi)通過臨界(jie)流文丘裏(li)噴嘴時，在(zai)噴嘴上、下(xia)遊壓力比(bi)如🈲果📧小于(yu)或等于該(gai)噴嘴的臨(lin)界壓力比(bi)時🌂，噴嘴🔞喉(hou)部🙇🏻形成❌臨(lin)界✔️狀态，流(liu)過噴嘴的(de)蒸汽質量(liang)流量達到(dao)最大。這時(shi)蒸汽🐪的質(zhi)量流量不(bu)🏃🏻‍♂️受下遊狀(zhuang)态變化的(de)影響。根據(ju)這個原理(li)，把臨界流(liu)文丘裏噴(pen)嘴安裝在(zai)可能🌂會發(fa)生壓力驟(zhou)降的管段(duan)前，就能穩(wen)穩的限死(si)上遊通過(guo)渦街流量(liang)計的最大(da)流量了。而(er)選📧用文丘(qiu)裏噴嘴的(de)原因是能(neng)夠減少🥵壓(ya)力損失。

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