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渦街流量計在蒸汽流量測量中的應用
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時(shí)間：2013-10-10
來(lái)源：網(wǎng)絡(luò )
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對如今廣泛應用的熱電聯(lián)產(chǎn)，蒸汽計量不僅關(guān)系到能源的統計和考核，還直接關(guān)系到產(chǎn)汽單位和用汽單位的經(jīng)濟效益。目前工業(yè)上使用的流量計品種很多，由于渦街流量計結構簡(jiǎn)單、安裝維護方便，已被廣泛應用。本文就渦街流量計在蒸汽計量應用中的若干問(wèn)題進(jìn)行分析。
1 工作原理
渦街流量計實(shí)現流量測量的理論基礎是流體力學(xué)中著(zhù)名的卡門(mén)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(zhù)流體沿旋渦發(fā)生體流動(dòng)的速度加快，從旋渦發(fā)生體兩側交替產(chǎn)生有規律的旋渦，這種旋渦稱(chēng)為卡門(mén)旋渦。
由于旋渦之間的相互影響，這些渦列多數是不穩定的，卡門(mén)對渦列的穩定性條件進(jìn)行了研究并得到結論：只有形成相互交替的內旋的兩排渦列，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(mǎn)足：h/l=0.281時(shí)，這樣的渦街列才是穩定的（圖1）。 
圖1 卡門(mén)旋渦
2 計算公式
2.1 質(zhì)量流量計算公式
渦街流量計是根據旋渦脫離旋渦發(fā)生體的頻率與流量之間的關(guān)系來(lái)測量流量的儀表，根據卡門(mén)渦街原理，旋渦頻率f與管道內平均流速v有如下關(guān)系：
f=St * v/d
式中：St是斯特勞哈爾數，d是旋渦發(fā)生體的特征寬度。
由上式可見(jiàn)f與管流流速成正比。由上式可得被測流體的瞬時(shí)流量和質(zhì)量流量公式： 
式中：M為質(zhì)量流量；r為管道內徑；ρ為流體的密度。通過(guò)在氣體標定裝置或水的標定裝置上檢定可以獲得儀表系數K，K是單位工況體積介質(zhì)流過(guò)流量計時(shí)產(chǎn)生的脈沖數（即旋渦個(gè)數），即一個(gè)脈沖反過(guò)來(lái)代表多少工況體積的流體介質(zhì)。
K=f/Q
由上式可得：
M=Q*ρ=fρ/K
交替產(chǎn)生的旋渦數通過(guò)壓電元件檢測出頻率f，經(jīng)電子線(xiàn)路檢測后輸出到儀表單片機進(jìn)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，這種體積流量不受流體溫度、壓力、密度、粘度、成分等性質(zhì)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(shí)際生產(chǎn)中，一般測量蒸汽流量時(shí)習慣上以質(zhì)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）參數進(jìn)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(shí)，其密度約增大了10%，如表1所示?？梢?jiàn)，蒸汽性質(zhì)變化或操作條件波動(dòng)時(shí)會(huì )產(chǎn)生一定的附加誤差。因此在體積流量檢測的同時(shí)還要進(jìn)行溫度壓力的檢測，也即通過(guò)T、P對ρ進(jìn)行實(shí)時(shí)補償以消除系統的附加誤差，保證最終需要的檢測結果即質(zhì)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(dòng)完成。所以，應用渦街流量計測量蒸汽流量時(shí)，溫度壓力補償是很有必要的。 表1 飽和蒸汽密度表
在本測量系統中，蒸汽的體積流量Q、壓力P和溫度T分別通過(guò)渦街流量計、壓力變送器和熱電阻（Pt100）的檢測而轉換為脈沖、4mA～20mADC和電阻值信號，并同時(shí)輸入現場(chǎng)的智能流量積算儀進(jìn)行運算和顯示，其讀數即為補償后的蒸汽質(zhì)量流量M。
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