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一、插入式渦街流量計工作原理

在流體中設(shè)置非流線型旋渦發(fā)生體(阻流體).則從旋渦發(fā)生體兩側(cè)交替地產(chǎn)生兩列有規(guī)則的旋渦，這種旋渦稱為卡曼渦街，如圖1所示。

旋渦列在旋渦發(fā)生體下游非對稱地排列。設(shè)旋渦的發(fā)生頻率為f，被測介質(zhì)來流的平均速度為V，旋渦發(fā)生體迎流面寬度為d表體通徑為D.根據(jù)卡曼渦街原理.有如下關(guān)系式:

                                  f=StV/d公式(1)

    式中:

        f-發(fā)生體一側(cè)產(chǎn)生的卡門旋渦頻率

        St-斯特羅哈爾數(shù)(無量綱數(shù))

        V-流體的平均流速

        d-旋渦發(fā)生體的寬度

    由此可見.通過測量卡門渦街分離頻率便可算出瞬時流量。其中.斯特羅哈爾數(shù)(St)是無因次未知數(shù)，圖2表示斯特羅哈爾數(shù)(St)與雷諾數(shù)(Re)的關(guān)系。

    在曲線表中St=0.17的平直部分漩渦的釋放頻率與流速成正比，即為渦街流量傳感器測量范圍度。只要檢測出頻率f就可以求得管內(nèi)流體的流速.由流速V求出體積流量。所測得的脈沖數(shù)與體積量之比.稱為儀表常數(shù)(K)。見式(2)

                          K=N/Q (1/m3)公式(2)

式中:K=儀表常數(shù)(1/m3)

      N=脈沖個數(shù)

      Q=體積流量(m3)

二、插入式渦街流量計技術(shù)指標

    插入式渦街流量儀表廣泛適用于石油、化工、冶金、熱力、紡織、造紙等行業(yè)對過熱蒸汽、飽和蒸汽、壓縮空氣和一般氣體(氧氣、氮氣氫氣、天然氣、煤氣等)、水和液體(如:水、汽油、酒精、苯類等)的計量和控制。

插入式渦街流量計外形尺寸

球閥插入式渦街儀表安裝定位尺寸

插入式渦街流量計選型

    儀表選型是儀表應(yīng)用中非常重用的工作，儀表選型的正確與否將直接影響到儀表是否能夠正常運行。

因此用戶和設(shè)計單位在選用本公司產(chǎn)品時，請仔細閱讀本節(jié)資料,認真核對流體的工藝參數(shù)并隨時可與我公司的銷售或技術(shù)支持部門聯(lián)系.以確保選型正確。

    一、適用流量范圍和儀表口徑的確定

    儀表口徑的選擇，根據(jù)流量范圍來確定。不同口徑渦街流量儀表的測量范圍是不一樣的。即使同一口徑流量表，用于不同介質(zhì)時，它的測量范圍也是不一樣的。實際可測的流量范圍需要通過計算確定。

     (一)參比條件下空氣及水的流量范圍，見表4，參比條件如下:

1. 氣體：常溫常壓空氣，t=20℃，P=0.1MPa(絕壓)，ρ=1.205kg/m3,υ=15×10-6m2/s。
2. 液體：常溫水，t=20℃,ρ=998.2Kg/m3,υ=1.006×10-6m2/s。               (二)確定流量范圍和儀表口徑的基本步驟：

1.明確以下工作參數(shù)。

  (1)被測介質(zhì)的名稱、組份

  (2)工作狀態(tài)的最小、常用、流量

  (3)介質(zhì)的、常用、壓力和溫度

  (4)工作狀態(tài)下介質(zhì)的粘度

2.渦街流量儀表測量的是介質(zhì)的工作狀態(tài)體積流量.因此應(yīng)先根據(jù)工藝參數(shù)求出介質(zhì)的工作狀態(tài)體積流量。相關(guān)公式如下:

  (1)已知氣體標準狀態(tài)體積流量，可通過以下公式求出工況體積流量

  (2)已知氣體標準狀態(tài)密度ρ，可通過以下公式求出工況密度

(3)已知質(zhì)量流量0m換算為體積流量Qv

Qv=Qm×103/ρ

式中:

  Qv:介質(zhì)在工況狀態(tài)下的體積流量(m3/h)(Qv=3600f/K K:儀表系數(shù))

  Qo:介質(zhì)在標準狀態(tài)下的體積流量(Nm3/h)

  Qm:質(zhì)量流量(t/h)

  ρ:介質(zhì)在工況狀態(tài)下的密度(kg/m3)

  Po:介質(zhì)在標準狀態(tài)下的密度(kg/m3).常用氣體介質(zhì)的標準狀態(tài)密度.見表5

  P:工況狀態(tài)表壓(MPa)

  t:工況狀態(tài)溫度(℃)

3.儀表下限流量的確定。渦街流量儀表的上限適用流量一般可不計算.渦街流量儀表口徑的選擇主要是對流量下限的計算。下限流量的計算應(yīng)該滿足兩個條件:最小雷諾數(shù)不應(yīng)低于界限雷諾數(shù)(Re=2×104);對于應(yīng)力式渦街流量儀表在下限流量時產(chǎn)生的旋渦強度應(yīng)大于傳感器旋渦強度的允許值(旋渦強度與升力ρv2成比例關(guān)系)。這些條件可表示如下:

由密度決定的工況可測下限流量:

由運動粘度決定的線性下限流量:

Qv=Qo×υ/υo

式中:

  Qp:滿足旋渦強度要求的最小體積流量(m3/h)

  ρo:參比條件下介質(zhì)的密度

  Qv:滿足最小雷諾數(shù)要求的最小線性體積流量(m3/h)

  ρ:被測介質(zhì)工況密度(kg/m3)

  Qo:參比條件下儀表的最小體積流量(m3/h)

  υ:工作狀態(tài)下介質(zhì)的運動粘度(m2/S)

  υo:參比條件下介質(zhì)的運動粘度(m2/s)

通過公式(6). (7)計算出Qp和Qv比較Qp和Qv.確定流量儀表可測下限流量和線性下限流量:

Qv≥Qp:可測流量范圍為Qp~Qmax，線性流量范圍為Qv≥Qmax

Qv

Qmax:渦街流量儀表的上限體積流量(m3/h )

4.儀表上限流量以表4中的上限流量為準.氣體的上限流速應(yīng)該小于70m/s。液體的上限流速應(yīng)該小于7m/s。

5.當用戶測量的介質(zhì)為蒸汽時，常采用的計量單位是質(zhì)量流量.即:t/h或Kg/h。由于蒸汽(過熱蒸汽和飽和蒸汽)在不同溫度和壓力下的密度是不同的，因此蒸汽流量范圍的確定可由公式(8)進行計算得出

式中

   ρ:蒸汽的密度(kg/m3)

   ρo:1.205kg/m3

   Q蒸汽:蒸汽質(zhì)量流量(t/h)

6.計算壓力損失檢測壓力損失對工藝管線是否有影響.公式(單位:Pa):

△P=Cdρv2/2

式中：

△P壓力損失(Pa)  Cd:壓力損失系數(shù)

ρ：工況介質(zhì)密度(kg/m3)V:平均流速(m/s)

7.被測介質(zhì)為液體時，為防止氣化和氣蝕，應(yīng)使管道壓力符合以下要求:

   P≥2.7△P+1.3po

  式中：

△P：壓力損失(Pa)

Po:工作溫度下液體的飽和蒸汽壓(Pa絕壓) 

PO：流體的蒸汽壓力(Pa絕壓)

8.渦街流量計不適合測量高粘度液體。當計算出的可測流量下限不滿足設(shè)計工藝要求時應(yīng)該考慮選用其它類型流量計。

9.通過計算如果有兩種口徑都可滿足要求為了提高測量效果、降低造價。應(yīng)選用口徑較小的表。應(yīng)該注意的是.盡可能使常用量處在流量范圍上限的1/2-2/3

參比條件下渦街流量傳感器工況流量范圍表

常用氣體介質(zhì)的標準狀體密度(0℃，絕壓P=0.1MPa)

(三)選型舉例:

例一:已知氣體壓力和溫度及標況下的流量時某壓縮空氣.標況流量范圍為

    Qn=1200-12000Nm3%h壓力P=O.7Mpa(表壓)，溫度t=30℃。試確定流量計口徑。

步驟一:計算壓縮空氣的工況體積流量

    由公式(3):

工況使用下限體積流量為:

Qvmin=Qn×0.101325×(273.15+t)/293.15(P+0.1)=1200×0.101325×(273.15+30)/293.15/(0.7+0.1)=157(m3/h)

    工況使用流量上限為:Qvmin=1570(m3/h)

步驟二:根據(jù)使用工況流量范圍157-1570m3/h,查表4.滿足下限流量條件的流量計為DN80、DN100和DN125，考慮到上限流量1270m3/h及使用效果和經(jīng)濟成本,初選DN100, DN100流量計的工況流量范圍是100-1700m3/h接近使用流量范圍.初選DN100流量計，但應(yīng)具體核算DN100流量計在該工況條件下的可測下限流量。

核算DN100流量計在該工況條件下的可測下限流量:

由公式(4)及公式(6):

即，流量計在該工況條件下的可測下限流量是37.46m3/h.遠小于要求的工況下限流量157m3/h.確定選用DN100流量計。

例二:已知蒸汽壓力和溫度及工況流量時

    測量介質(zhì)為過熱蒸汽.蒸汽溫度為320℃壓力為1.5MPa(絕壓)流量范圍為3t/h~25t/h.試確定流量計口徑。

步驟一:計算蒸汽的等效空氣參比條件下的體積流量范圍.經(jīng)查附表二，該狀態(tài)下蒸汽的密度為5.665Kg/m3由公式(8):

步驟二:根據(jù)等效參比流量范圍765-6379m3/h.查表4比較適合該流量范圍為DN200口徑。