江蘇金鼎自動(dòng)化儀表有限公司 ：姚佳明
引言
旋渦流量計(jì)是一種速度式流量計(jì)，可用于測(cè)量液體、氣體和蒸汽等多種介質(zhì)的流量，具有測(cè)量范圍寬、無運(yùn)動(dòng)部件、壓力損失小、工作可靠、準(zhǔn)確度高及安裝和維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用比較廣泛。下面介紹旋渦流量計(jì)在某熱電廠鍋爐送風(fēng)流量測(cè)量中的具體應(yīng)用，并結(jié)合實(shí)際，詳細(xì)分析使用中存在的問題及相應(yīng)的解決辦法。
1 旋渦流量計(jì)工作原理
旋渦流量計(jì)又稱渦街流量計(jì)，它是利用有規(guī)律的旋渦剝離現(xiàn)象來測(cè)量流體流量的。如圖1所示，在管道中垂直于流體流動(dòng)方向插入一根非流線形的阻流體（也叫旋渦發(fā)生體），當(dāng)流體的雷諾數(shù)達(dá)到一定數(shù)值時(shí)，流體在阻流體兩側(cè)交替地分離釋放出兩列規(guī)則的交錯(cuò)排列的旋渦渦街，在一定的流速范圍內(nèi)，旋渦的分離頻率正比于流量。
如果設(shè)兩列旋渦間的距離為h，同列相鄰兩個(gè)旋渦間的距離為L(zhǎng)，則當(dāng)h/L=0.281時(shí)，所產(chǎn)生的旋渦是周期性和穩(wěn)定的。此時(shí)，對(duì)于圖1所示圓柱形旋渦發(fā)生體產(chǎn)生的旋渦，其單側(cè)頻率f可表示為式中：f為單側(cè)旋渦頻率，Hz；St為斯特勞哈爾數(shù)，無量綱，數(shù)值大小與旋渦發(fā)生體形狀和流體雷諾數(shù)有關(guān)；v為流體平均流速，m/s；d為圓柱體直徑，m。
當(dāng)流體雷諾數(shù)在2×104～7×106范圍（這是儀表的正常工作范圍）之內(nèi)時(shí)，斯特勞哈爾數(shù)可視為常數(shù)，這時(shí)，旋渦產(chǎn)生的頻率與流體平均流速成正比，測(cè)得頻率f即可求得流體的體積流量（1-2）。
旋渦頻率的測(cè)量可采用熱、電、聲等多種方法，如熱敏檢測(cè)法、應(yīng)力檢測(cè)法、電容檢測(cè)法、超聲檢測(cè)法等，這些方法是利用敏感元件把旋渦處的壓力、流速或密度等參數(shù)的周期性變化轉(zhuǎn)換為周期性的電信號(hào)，然后經(jīng)放大整形等處理后得到方波脈沖，zui后由二次儀表顯示、記錄或累積（1）。
2旋渦流量計(jì)在鍋爐送風(fēng)流量測(cè)量中的應(yīng)用
送風(fēng)流量是電站鍋爐非常重要的熱工參數(shù)之一，其大小不僅可反映送風(fēng)機(jī)的工作狀態(tài)，同時(shí)也是組建燃燒自動(dòng)控制系統(tǒng)*的變量（1）。
送風(fēng)管道的橫截面多為矩形，且情況比較復(fù)雜，流量的測(cè)量存在一定的難度。本文采用旋渦流量計(jì)對(duì)送風(fēng)流量進(jìn)行測(cè)量，收到了比較好的效果。
2.1 測(cè)量系統(tǒng)構(gòu)成及原理
旋渦流量測(cè)量系統(tǒng)由傳感器、轉(zhuǎn)換器及顯示/記錄儀等組成。如圖2所示。其中，傳感器主要包括旋渦發(fā)生體和旋渦檢測(cè)器，用于把待測(cè)送風(fēng)流量轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的頻率信號(hào)；轉(zhuǎn)換器將變送器輸出的頻率信號(hào)進(jìn)行放大和整形等處理，zui后輸出4～20mADC標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)；顯示/記錄儀接收轉(zhuǎn)換器的輸出信號(hào)，顯示/記錄待測(cè)送風(fēng)流量的大小。
2.2 應(yīng)用問題分析
對(duì)旋渦流量計(jì)工作原理分析可知，在實(shí)際使用中，旋渦流量計(jì)有非常嚴(yán)格的技術(shù)要求，如果儀表及配套設(shè)備選型、安裝條件、安裝方法、工作環(huán)境以及使用與維護(hù)等方面不能滿足相關(guān)要求，就會(huì)引起測(cè)量誤差增大或示值不穩(wěn)，甚至不能正常測(cè)量。現(xiàn)將實(shí)際應(yīng)用中的有關(guān)問題總結(jié)如下。
2.2.1 儀表選型問題
1）旋渦流量計(jì)的可測(cè)下限流量除受檢測(cè)元件靈敏度影響外，主要與下限雷諾數(shù)有關(guān)，而雷諾數(shù)又與流場(chǎng)的幾何特征尺寸、流體的密度、黏度及流動(dòng)速度等因素有關(guān)。如果在下限雷諾數(shù)以下工作，則斯特勞哈爾數(shù)就不再是常數(shù)，旋渦流量計(jì)也就進(jìn)入非線性工作區(qū)，這將增大測(cè)量誤差。
2）被測(cè)流體的常用流量應(yīng)處在儀表測(cè)量范圍的1/2～2/3之間，以減小測(cè)量誤差。如果儀表量程選擇過大，則可能會(huì)造成流量計(jì)無瞬時(shí)流量顯示。此時(shí)，一是可以調(diào)低流量計(jì)下限截止頻率，這樣做雖然可以使流量計(jì)正常工作，但會(huì)造成測(cè)量精度降低；二是更換小規(guī)格的旋渦流量計(jì)（3）。
3）用旋渦流量計(jì)測(cè)量送風(fēng)流量必須考慮溫度和壓力補(bǔ)償問題，應(yīng)同時(shí)選擇合適的溫度、壓力測(cè)量?jī)x表及智能流量積算儀，而且，這些配套儀表及旋渦流量計(jì)之間必須建立正確的流量、溫度、壓力和參考溫度、參考?jí)毫Φ膶?duì)應(yīng)關(guān)系（5），否則會(huì)造成很大的測(cè)量誤差。
2.2.2 安裝問題
1）在選擇安裝場(chǎng)所時(shí)，應(yīng)盡量避開強(qiáng)電設(shè)備、高頻設(shè)備、強(qiáng)開關(guān)電源、高溫?zé)嵩?、輻射熱源、高濕環(huán)境及強(qiáng)腐蝕氣氛等，并應(yīng)盡量避免碰撞沖擊和機(jī)械振動(dòng)，尤其是在水平面上與管道軸線垂直方向上的振動(dòng)。鍋爐送風(fēng)管道的機(jī)械振動(dòng)比較大，這是使用旋渦流量計(jì)遇到的zui大問題。旋渦流量計(jì)在管道振動(dòng)慣性力的作用下，會(huì)產(chǎn)生振蕩干擾，當(dāng)被測(cè)介質(zhì)流速較大時(shí)，就會(huì)使波形失真，干擾脈沖輸出數(shù)量（4），進(jìn)而影響測(cè)量精度。實(shí)際中，可考慮采用安裝管道支架、加裝減振裝置或加強(qiáng)濾波等措施，當(dāng)然也可選擇抗振型旋渦流量計(jì)，它可在一定程度上減小振動(dòng)對(duì)流量測(cè)量精度的影響。
2）旋渦流量計(jì)對(duì)脈動(dòng)流、旋轉(zhuǎn)流及流速分布畸變等流動(dòng)特性的影響比較敏感，必須注意上、下游阻流件（如閥門、溫度傳感器等）的分布，并保證上、下游有足夠的直管段長(zhǎng)度。對(duì)于被測(cè)流體的脈動(dòng)頻率，如果其處在旋渦流量計(jì)的頻帶之內(nèi)時(shí)，會(huì)對(duì)測(cè)量精度產(chǎn)生影響，尤其是在脈動(dòng)頻率與旋渦頻率合拍時(shí)，會(huì)破壞儀表的正常工作，甚至損壞儀表。必要時(shí)，可考慮在旋渦流量計(jì)上游管路上加裝緩沖器或節(jié)流孔板，以衰減脈動(dòng)壓力，減小脈動(dòng)對(duì)測(cè)量的影響。
3）配管內(nèi)徑DP應(yīng)與流量計(jì)內(nèi)徑DN相同，如有差異，則應(yīng)滿足0.98DN≤DP≤1.05DN，否則會(huì)增大測(cè)量誤差。在安裝旋渦流量計(jì)時(shí)，應(yīng)保持流量計(jì)與測(cè)量管道同心，其不同心度應(yīng)小于0.05DN，如果安裝偏心，則會(huì)降低測(cè)量精度。
2.2.3 使用與維護(hù)問題
1）目前所使用的旋渦流量計(jì)多為智能型儀表，儀表安裝好后，為保證流量測(cè)量精度，用戶必須根據(jù)自己的實(shí)際需要準(zhǔn)確設(shè)置有關(guān)參數(shù)，主要包括：流體類型選擇、流體zui小密度設(shè)定、儀表系數(shù)（根據(jù)實(shí)際管徑、常用流速及管道粗糙度等確定）的設(shè)定、標(biāo)準(zhǔn)工作溫度和壓力設(shè)定、截止頻率設(shè)定、量程設(shè)定及輸出參數(shù)（4～20mA或脈沖）選擇等。智能型旋渦流量計(jì)都具有流量校正和自診斷功能，它可根據(jù)不同工況自動(dòng)進(jìn)行相關(guān)參數(shù)的校正和誤差分段修正，這可在一定程度上提高流量測(cè)量的準(zhǔn)確度。
2）應(yīng)對(duì)儀表進(jìn)行定期校準(zhǔn)，以保證儀表長(zhǎng)期工作的準(zhǔn)確性。
3）如果流量計(jì)測(cè)量管堵塞或檢測(cè)元件被臟污介質(zhì)粘附，應(yīng)及時(shí)進(jìn)行清洗，以免影響測(cè)量精度。
3 結(jié)束語
旋渦流量計(jì)的使用條件比較苛刻，影響其測(cè)量準(zhǔn)確度的因素也較多，通過對(duì)其工作原理及測(cè)量系統(tǒng)各個(gè)環(huán)節(jié)的認(rèn)真分析，并采取相應(yīng)的措施，在一定程度上保證了旋渦流量計(jì)的穩(wěn)定運(yùn)行和準(zhǔn)確測(cè)量。
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