企業公告
  • 2010年上海巨貫工業自動化設備有限公司

    推出新產品

經濟實用型超聲波熱量表

   便攜式超聲波熱量計

        插入式超聲波流量計

  油田專用高壓電磁流量計

便攜式時差、多普勒二合一流量計

我公司流量儀表,液位儀表憑借二

十年的供貨生產能力誠招全國代理,

質量可靠,工作穩定,價格合理!

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選用渦街流量計考慮要點
 

 

五、選用考慮要點


1. 應用概況

  VSF自20世紀70年代在工業上應用以來,由于它具有一些突出的特點,受到用戶歡迎,并得到迅速發展。像它這樣開發只有20多年即已躋身通用流量計之列,在流量計中是少有的。由于應用時間短,無論理論研究或實踐經驗都比較薄弱,不免出現一些問題,這是不足為怪的。多年實踐證明,VSF的選用(選型和使用)是用好流量計的關鍵環節,因此儀表制造廠應加強售前服務,即幫助用戶選型,并在安裝投用上給予指導。只要抓住這一環節,該流量計不失為一種性能不錯的流量計。
  20世紀90年代中后期世界范圍內VSF在流量儀表總量中,臺數約占3%~5%,每年5萬~6萬臺,金額占4%~6%;在我國銷售臺數約占流量儀表總量(不包括家用燃氣表和水 表及玻璃管浮子流量計)的6%~8%,每年1.5萬~2萬臺。

2. VSF的口徑選擇

  VSF的儀表口徑及規格選擇很重要,它類似于差壓流量計節流裝置的設計計算,要遵循一些原則進行選擇。儀表口徑選擇步驟如下。
  首先必須明確以下工作參數。
  1)流體名稱,組分;
  2)工作狀態的最大、常用、最小流量;
  3)最高、常用、最低工作壓力和工作溫度;
  4)工作狀態介質的粘度。
  VSF的輸出信號是與工作狀態的體積流量成正比的,因此如已知氣體流量是標準狀態體積流量或質量流量時,應把它換算成工作狀態下的體積流量qv
              qv=qn(pnTZ/pTnZn) m3/h                 (9)
式中 qv,qn--分別為工作狀態和標準狀態下的體積流量,m3/h;
   P,Pn--分別為工作狀態和標準狀態下的絕對壓力,Pa;
   T,Tn--分別為工作狀態和標準狀態下的熱力學溫度,K;
   Z,Zn--分別為工作狀態和標準狀態下的氣體壓縮系數。
  工作狀態下介質的密度ρ和體積流量qv
          ρ=ρn(pTnZn/ pnTZ)                       (10)
式中  ρ,ρn--分別為工作狀態和標準狀態下的介質密度,kg/m3
  其余符號同上。
              qv =qm/ρ                       (11)
式中 qm--質量流量,kg/h。
  下面需要選擇傳感器口徑。傳感器口徑選擇主要是對流量下限值進行核算。它應該滿足 兩個條件:最小雷諾數不應低于界限雷諾數(ReC=2×104)和對于應力式VSF在下限流量 時旋渦強度應大于傳感器旋渦強度的允許值(旋渦強度與升力ρU2成比例關系),對于液體 還應檢查最小工作壓力是否高于工作溫度下的飽和蒸氣壓,即是否會產生氣穴現象。
  這些條件用數學式可表示如下(12-14)
              
式中 qVmin,qV0min--分別為工作狀態和校準狀態下的最小體積流量,m3/h;
  (qVminρ--滿足旋渦強度要求時最小體積流量,m3/h;
  (qVminυ--滿足最小雷諾數要求時最小體積流量,m3/h;
  ρ,ρ0--分別為工作狀態和校準狀態下介質的密度,kg/m3
  υ,υ0--分別為工作狀態和校準狀態下介質的運動粘度,m2/s;
  Pmin--最小工作壓力,Pa;
  △p--最大流量時傳感器的壓力損失,Pa,
          △p=CD(ρU2/2),CD≈2
  U--管道平均流速,m/s;
  PV--工作溫度下液體的飽和蒸氣壓,Pa。
  比較(qVminρ,和(qVminυ
  若(qVminυ≥(qVminρ,可測流量范圍為(qVminρ~qVmax,線性范圍為(qVminυ~qVmax
  若(qVminυ<(qVminρ,可測流量范圍和線性范圍為(qVminρ~qVmax
  流量測量范圍的確定還應檢查是否處于儀表的最佳工作范圍(即上限流量的1/2~2/3處)。表4示有某型號渦街流量計特定校準條件下各種口徑的流量測量范圍。

表4 某型號渦街流量計特定校準條件下流量測量范圍

口徑DN/mm
液體/(m3/h)
氣體/(m3/h)
標準測量范圍
可選測量范圍
標準測量范圍
可選測量范圍
20
1.2~12
1~15
6~50
5~77
25
1.6~16
1.6~18
8~60
8~120
40
2~30
2~48
18~180
18~310
50
3~50
3~70
30~300
30~480
80
15~150
10~170
70~700
70~1230
100
20~200
15~270
100~1000
100~1920
125
36~360
25~450
150~1500
140~3000
150
50~500
40~630
200~2000
200~4000
200
100~1000
80~1200
400~4000
320~8000
250
150~1500
120~1800
600~6000
550~11000
300
200~2000
180~2500
1000~10000
800~18000
注:校準條件如下:
  1.液體:常溫水,t=20℃,ρ=998.2kg/m3,υ=1.006×10-6m2/s。
  2.氣體:常溫常壓空氣,t=20℃,P=0.1MPa(絕),ρ=1.205 kg/m3,υ=15×10-6 m2/s。


  根據上述原則選擇的儀表口徑不-定與管道通徑相一致,如不同時應連接異形管并配置一段必要的直管段長度。

  【例1】空氣流量測量

   ⑴ 已知條件

   最大流量:2000m3/h(20℃,101.325kPa)
   最小流量:300m3/h(20℃,101.325kPa)
   管道內徑:80mm
   工作壓力:0.5MPa(絕)
   工作溫度:60℃

  (2)輔助計算
    
    

   (3) 口徑選擇
    
  比較(qV0minρ和(qV0minυ
                (qV0minρ>(qV0minυ
  故可測流量范圍為(qV0minρ~qVmax
  即可測流量范圍為143.7~2000m3/h,由表4查得DN100可滿足要求,這樣VSF口徑與管道通徑不一致,應設置異徑管(擴散管)并配置一段直管段。

  【例2】熱水流量測量

  (1)已知條件

  最大流量:18m3/h
  最小流量:6 m3/h
  工作壓力:0.25MPa
  工作溫度:90℃
  介質密度:965 kg/m3
  介質粘度:3.32×10-7m2/s

  (2)口徑選擇
    
  比較(qV0minρ和(qV0minυ
                (qV0minρ≤(qV0minυ
  可測流量范圍為(qV0minρ~qVmax。查得DN40、ND50皆可滿足要求,選擇DN40更合適些。

  (3)檢查壓力損失

  最大流量時平均流速Umax
    
  查生產廠提供的資料得CD:2.2
  則 △p=1.1ρU2max=1.1×965×3.982=0.168×105Pa
  不發生氣穴的最低工作壓力
        p=2.7△pmax+1.3pv=2.7×0.168×105+1.3×0.7149×105=0.138MPa
  故由計算可知不會發生氣穴現象。
  飽和水蒸氣的流量測量范圍可由表4所示氣體流量測量范圍用下式求得
                           (15)
式中 qm--水蒸氣的質量流量,t/h;
   qv空--空氣的體積流量,m3/h;
   ρ--水蒸氣的密度,kg/m3
   ρ0--空氣的密度,ρ0=1.205 kg/m3
  飽和水蒸氣的流量測量范圍如表5所示。
  試計算DN100飽和水蒸氣0.8MPa時的流量范圍。
  1) 由表4查得DN100流量范圍100~1000 m3/h;
  2) 由飽和水蒸氣密度表查出0.8MPa時,ρ=4.162 kg/m3
  3) 計算得
    

表5 飽和水蒸氣質量流量范圍       單位:(kg/ h)

絕壓p/MPa
溫度T/oC
密度p/(kg/m3)
0.2
120.23
1.129
0.3
133.54
1.651
0.4
143.62
2.163
0.5
151.84
2.669
0.6
158.94
3.170
0.7
164.96
3.667
0.8
170.41
4.162
DN20 Qmin
Qmax
可擴展最大上限
11
89
89
13
130
130
15
150
171
16
160
211
18
180
250
19
190
290
20
200
329
DN25 Qmin
Qmax
可擴展最大上限
14
140
140
17
170
204
19
190
267
22
220
330
23
230
391
25
250
453
27
270
541
DN40 Qmin
Qmax
可擴展最大上限
31
310
357
38
380
522
44
440
684
48
480
844
53
530
1003
57
570
1160
60
600
1317
DN50 Qmin
Qmax
可擴展最大上限
52
520
558
63
630
816
73
730
1069
81
810
1320
88
880
1568
95
950
1813
101
1010
2058
DN80 Qmin
Qmax
可擴展最大上限
122
1220
1429
148
1480
2090
170
1700
2738
188
1880
3379
205
2050
4013
221
2210
4642
235
2350
5269
DN100 Qmin
Qmax
可擴展最大上限
175
1750
2233
212
2120
3266
242
2420
4278
269
2690
5279
293
2930
6270
315
3150
7254
336
3360
8233
DN125 Qmin
Qmax
可擴展最大上限
262
2620
3489
317
3170
5103
363
3630
6685
404
4040
8249
440
4400
9798
473
4730
11334
504
5040
12864
DN150 Qmin
Qmax
可擴展最大上限
350
3500
5025
423
4230
7348
484
4840
9627
538
5380
11879
586
5860
14019
631
6310
16321
672
6720
15824
DN200 Qmin
Qmax
可擴展最大上限
700
7000
8933
846
8460
13064
969
9690
17115
1076
10760
21119
1173
11730
25083
1261
12610
29016
1344
13440
32993
DN250 Qmin
Qmax
可擴展最大上限
1050
10500
13958
1269
12690
20412
1453
14530
26742
1641
16410
32998
1759
17590
39193
1892
18920
45337
2016
20160
51457
DN300 Qmin
Qmax
可擴展最大上限
1750
17500
20100
2116
21160
29394
2422
24220
38509
2690
26900
47518
2932
29320
56438
3153
31530
65286
3359
33590
74099
DN350 Qmin
Qmax
可擴展最大上限
2624
26240
27359
3174
31740
4008
3632
36320
52415
4035
40350
64677
4397
43970
76818
4730
47300
88862
5038
50380
100857
DN400 Qmin
Qmax
可擴展最大上限
3149
31490
35734
3808
38080
52256
4359
43590
68461
4842
48420
84477
5277
52770
100334
5676
56760
116064
6047
60470
131732
DN500 Qmin
Qmax
可擴展最大上限
4374
43740
55834
5289
52890
81650
6054
60540
106971
6725
67250
131995
7329
73290
156772
7883
78830
181351
8398
83980
205831
DN600 Qmin
Qmax
可擴展最大上限
5599
55990
80401
6770
67700
117576
7749
77490
154038
8608
86080
190073
9381
93810
225752
10089
100890
261146
10749
107490
296397
絕壓p/MPa
溫度T/oC
密度p/(kg/m3)
0.9
175.36
4.655
1.0
179.88
5.147
1.2
187.96
6.127
1.4
195.04
7.106
1.6
201.37
8.085
1.8
207.11
9.065
2.0
212.37
10.05
DN20 Qmin
Qmax
可擴展最大上限
21
210
368
22
220
407
24
240
484
26
260
562
28
280
639
30
300
717
31
310
794
DN25 Qmin
Qmax
可擴展最大上限
28
280
575
30
300
636
33
330
757
35
350
878
37
370
999
40
400
1120
42
420
1242
DN40 Qmin
Qmax
可擴展最大上限
64
640
1473
67
670
1629
73
730
1939
79
790
2249
84
840
2559
89
890
2869
94
940
3180
DN50 Qmin
Qmax
可擴展最大上限
107
1070
2302
112
1120
2545
122
1220
3030
132
1320
3514
140
1400
3998
149
1490
4483
157
1570
4970
DN80 Qmin
Qmax
可擴展最大上限
249
2490
5893
261
2610
6515
285
2850
7757
307
3070
8996
328
3280
10235
347
3470
11476
365
3650
12723
DN100 Qmin
Qmax
可擴展最大上限
355
3550
9208
374
3740
10181
408
4080
12120
439
4390
14057
468
4680
15993
496
4960
17932
522
5220
19880
DN125 Qmin
Qmax
可擴展最大上限
553
5530
14388
560
5600
15908
611
6110
18938
658
6580
21964
702
7020
24990
743
7430
28018
783
7830
31063
DN150 Qmin
Qmax
可擴展最大上限
711
7110
20719
747
7470
22909
815
8150
27270
878
8780
31628
936
9360
35985
992
9920
40347
1044
10440
44732
DN200 Qmin
Qmax
可擴展最大上限
1421
14210
36834
1494
14940
40727
1630
16300
48481
1756
17560
56228
1873
18730
63794
1983
19830
71729
2088
20880
79523
DN250 Qmin
Qmax
可擴展最大上限
2132
21320
57553
2241
22410
63636
2445
24450
75752
2634
26340
87856
2809
28090
99960
2974
29740
112077
3132
31320
124225
DN300 Qmin
Qmax
可擴展最大上限
3553
35530
82876
3736
37360
91636
4076
40760
109083
4389
43890
126513
4682
46820
143943
4958
49580
1613911
5220
52200
178928
DN350 Qmin
Qmax
可擴展最大上限
5329
53290
112804
5603
56030
124726
6114
61140
148457
6538
65380
172199
7023
70230
195923
7436
74360
219671
7830
78300
243541
DN400 Qmin
Qmax
可擴展最大上限
6395
63950
147336
6724
67240
162908
7336
73360
193926
7901
79010
22491
8427
84270
255899
8923
89230
286918
9396
93960
318094
DN500 Qmin
Qmax
可擴展最大上限
8881
88810
230213
9339
93390
254544
10189
101890
303010
10973
109730
351472
11705
117050
399843
12394
123940
448309
13050
130500
497022
DN600 Qmin
Qmax
可擴展最大上限
11368
113680
331506
11954
119540
366544
13042
130420
436335
14046
140460
506055
14982
149820
575774
15864
158640
645565
16704
167040
715712

 

3. VSF的精確度

  VSF的精確度對于液體大致在±0.5%R~±2%R,對于氣體在±l%R~±2%R,重復性一般為0.2%~0.5%。由于VSF的儀表系數較低,頻率分辨率低,口徑愈大愈低,故儀表口徑不宜過大(DN300以下)。
  范圍度寬是VSF的特點,但重要的是下限流量為多少。一般液體平均流速下限為0.5m/s,氣體為4~5m/s。VSF的正常流量最好在正常測量范圍的1/2~2/3處。
  VSF的儀表系數不受測量介質物性的影響,這是很大的優點,可以用一種典型介質校驗而應用到其他介質去,對于解決校驗設備問題提供便利。但是應該看到由于液、氣的流速范圍差別很大,因此頻率范圍亦差別很大。處理渦街信號的放大器電路中,濾波器的通帶不 同,電路參數亦不同,因此,同一電路參數是不能用于不同測量介質的。介質改變,電路參數亦應隨之改變。
  另外,氣體和液體的密度差別很大,旋渦分離時產生的信號強度與密度成正比。因此信號強度差別亦很大,液、氣放大器電路的增益,觸發靈敏度等皆不一樣,壓電電荷差別大, 電荷放大器的參數也不同。即使同為氣體(或液體、蒸汽)隨著介質壓力、溫度不同,密度不同,使用的流量范圍不同,信號強度亦不同,電路參數同樣要改變。因此一臺VSF不經硬件或軟件修改,改變使用介質或改變儀表口徑是不可行的。

4. 主要問題

  VSF大量使用已有十余年,使用效果不理想,總結起來主要有以下幾點原因。
  1)產品質量問題,設計原理或設計方案有嚴重缺陷,產品材料、工藝質量不良。尤其近年來,一些生產廠片面追求利潤,產品粗制濫造,敗壞了VSF的聲譽。
  2)儀表選型和使用問題,用戶給定工藝參數不準確,使得選型不當;安裝地點選擇有問題,安裝不符合規定要求。
  3)現場調整問題,現場投運缺乏調整或調整不當,正確的調整是用好的關鍵。

5. 適用的情況

  VSF不適用于測量低雷諾數(ReD≤2×104)流體。低雷諾數時斯特勞哈爾數隨著雷諾數而變,儀表線性度變差,流體粘度高會顯著影響甚至阻礙旋渦的產生,選型的一個限制條件是不能使用于界限雷諾數之下。
  VSF適用的流體比較廣泛,但對于流體的臟污性質要注意。含固體微粒的流體對旋渦發生體的沖刷會產生噪聲,磨損旋渦發生體。若含有的短纖維纏繞在旋渦發生體上將改變儀表系數。
  VSF在混相流體中的應用經驗還少,一般可用于含分散、均勻的微小氣泡,但容積含氣率應小于7%~10%的氣、液兩相流,若超出2%就應對儀表系數進行修正。可用于含分散、均勻的固體微粒,含量不大于2%的氣固、液固兩相流。可用于互不溶解的液液(如油和水)兩組分流等。
  脈動流和旋轉流會對VSF產生嚴重影響。如果脈動頻率與渦街頻率頻帶合拍可能引起諧振破壞正常工作和設備,使渦街信號產生"鎖定(1ock-in)"現象,這時信號固定于某一頻率。"鎖定"與脈動幅值、旋渦發生體形狀及堵塞比等有關。VSF的正常工作的脈動閾值尚待試驗確定。80年代以來國內外流量測量工作者已對VSF在混相流、脈動流中的應用開展許多試驗研究,國際標準化組織(ISO)已發布的技術報告中亦關注這方面內容。

6. 經濟性

  在眾多的流量計中,VSF的經濟性較好,是一種經濟實惠的流量計。VSF的基本性能處于中等偏上水平,購置費低于質量式、電磁式、容積式等,而安裝、運行、維護費低于節流式、容積式、渦輪式等,如僅作為控制系統檢測儀表可采用干校方式節省周期校驗費用。

 

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