渦街流量計在蒸汽流量測量中的應用
1 工作原理
渦街流量計實現(xiàn)流量測量的理論基礎是流體力學中著名的卡門渦街流量原理。
如圖1所示,在流體中設置旋渦發(fā)生體(阻流體),隨著流體沿旋渦發(fā)生體流動的速度加快,從旋渦發(fā)生體兩側交替產(chǎn)生有規(guī)律的旋渦,這種旋渦稱為卡門旋渦。
由于旋渦之間的相互影響,這些渦列多數(shù)是不穩(wěn)定的,卡門對渦列的穩(wěn)定性條件進行了研究并得到結論:只有形成相互交替的內(nèi)旋的兩排渦列,且當兩旋渦列之間的距離h和同列的兩旋渦之間距離l之比滿足:h/l=0.281時,這樣的渦街列才是穩(wěn)定的(圖1)。
圖1 卡門旋渦
2.1 質量流量計算公式
渦街流量計是根據(jù)旋渦脫離旋渦發(fā)生體的頻率與流量之間的關系來測量流量的儀表,根據(jù)卡門渦街原理,旋渦頻率f與管道內(nèi)平均流速v有如下關系:
f=St * v/d
式中:St是斯特勞哈爾數(shù),d是旋渦發(fā)生體的特征寬度。
由上式可見f與管流流速成正比。由上式可得被測流體的瞬時流量和質量流量公式:
K=f/Q
由上式可得:
M=Q*ρ=fρ/K
交替產(chǎn)生的旋渦數(shù)通過壓電元件檢測出頻率f,經(jīng)電子線路檢測后輸出到儀表單片機進行運算處理并顯示流體流量。
2.2 溫度壓力補償
對于使用渦街流量計測量流體體積流量,在其測量范圍內(nèi),這種體積流量不受流體溫度、壓力、密度、粘度、成分等性質變化所影響,因而是準確的,不需要任何溫度、壓力補償。
但在實際生產(chǎn)中,一般測量蒸汽流量時習慣上以質量流量作為結算方式,單位用kg/h或t/h表示。所以上述體積流量Q需要引入蒸汽密度ρ(P,T)參數(shù)進行折算:
M(P,T)=Q*ρ(P,T)
而蒸汽密度ρ是直接受到蒸汽工作狀態(tài)如溫度T、壓力P等影響的,例如溫度為190℃的蒸汽,當壓力由1.1MPa上升到1.2MPa時,其密度約增大了10%,如表1所示。可見,蒸汽性質變化或操作條件波動時會產(chǎn)生一定的附加誤差。因此在體積流量檢測的同時還要進行溫度壓力的檢測,也即通過T、P對ρ進行實時補償以消除系統(tǒng)的附加誤差,保證最終需要的檢測結果即質量流量的準確性,而這些補償運算工作均在流量積算儀中自動完成。所以,應用渦街流量計測量蒸汽流量時,溫度壓力補償是很有必要的。
表1 飽和蒸汽密度表
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