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【摘 要】 渦街流量計(jì)在計(jì)量蒸汽時(shí)，管內(nèi)蒸汽流速必須限定在一個(gè)范圍內(nèi)，渦街流量計(jì)才能正常工作。有人使用一些看似無意其實(shí)違法的手段，致使下游的壓力驟降，導(dǎo)致蒸汽流速超過渦街流量計(jì)測(cè)量流速上限，渦街流量計(jì)不能正常工作，計(jì)量嚴(yán)重偏小。非常后提出采用加裝限流裝置的方法來控制蒸汽流速以保證渦街流量計(jì)正常計(jì)量。
目前，渦街流量計(jì)廣泛運(yùn)用在蒸汽計(jì)量上。渦街流量計(jì)是一種發(fā)展比較成熟的流量計(jì)，其主要優(yōu)點(diǎn)有：無可動(dòng)部件，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單牢固，安裝方便，維護(hù)費(fèi)用較低，量程比一般在10∶1以上，精度也相對(duì)較高，測(cè)量氣體一般在1.0級(jí)到1.5級(jí)之間，測(cè)量液體一般在1.0級(jí)。在多年的檢定工作中，我們發(fā)現(xiàn)有人使用了一個(gè)蒸汽渦街流量計(jì)的漏洞，在保持渦街流量計(jì)計(jì)量管段原封不動(dòng)的情況下，只在蒸汽出口處做文章，即可致使渦街流量計(jì)計(jì)量嚴(yán)重偏小。
圖1中我們看到在渦街流量計(jì)計(jì)量段，沒有任何修改，而在其后的大型儲(chǔ)氣罐卻大有文章。整個(gè)系統(tǒng)根據(jù)儲(chǔ)氣罐內(nèi)壓力變化來對(duì)前后閥門分別進(jìn)行自動(dòng)控制，從而進(jìn)行一套充氣、放氣、再充氣、放氣的循環(huán)操作。整個(gè)循環(huán)過程是：開始時(shí)，儲(chǔ)氣罐是空的，閥門1、閥門2都關(guān)閉。然后閥門1快速打開，上游0.8MPa的過和熱蒸汽劇烈充入空罐。然后儲(chǔ)氣罐充氣漸滿，壓力升高至一定壓力后，關(guān)閉閥門1，打開閥門2，讓儲(chǔ)氣罐中蒸汽排出以供使用。這樣操作的目的主要是使大部分流過渦街流量計(jì)的蒸汽以*流速通過。
為什么這樣會(huì)使蒸汽流速達(dá)到非常高的程度呢？而渦街流量計(jì)在高流速下計(jì)量會(huì)有什么問題呢？
1 分析蒸汽的流速
臨界壓力比是分析管內(nèi)流動(dòng)的一個(gè)重要數(shù)值，蒸汽在出口外的背壓pb與臨界界面前的進(jìn)口壓力P1之比小于或等于臨界壓力比時(shí)，在臨界截面上，蒸汽流速達(dá)到臨界值音速c。
當(dāng)過流氣體為過熱蒸汽時(shí)：k=1.3，γcr=0.546 、pcr稱為：臨界壓力。
所以我們得到：通過降低背壓比，能讓通過蒸汽的流速提升到相對(duì)于渦街流量計(jì)來說非常高的程度，甚至達(dá)到音速，過熱蒸汽音速可以達(dá)到500m/s以上。從熱網(wǎng)過來的蒸汽壓力一般高于0.8MPa，而在儲(chǔ)氣罐開始充氣時(shí)，罐內(nèi)壓力幾乎為常壓。根據(jù)蒸汽的臨界流原理。蒸汽管道和容器的前后壓力比只要低于臨界壓力比γcr=0.546，那么管內(nèi)蒸汽的流速將達(dá)到音速。在這個(gè)案例里，儲(chǔ)氣罐內(nèi)壓力按充氣階段中后期才逐漸升高到的0.4MPa來計(jì)算，背壓比為0.5。也就是說，在大部分蒸汽通過階段，背壓比都小于0.546，蒸汽的流速都保持在音速，音速是大大超過渦街流量計(jì)測(cè)量流速上限的。通過這樣一個(gè)辦法，即能大幅度提高通過渦街流量計(jì)的蒸汽流速，致使渦街流量計(jì)計(jì)量嚴(yán)重偏少。不法用戶還狡辯，我的所有計(jì)量器具都通過了國(guó)家法定計(jì)量檢定機(jī)構(gòu)的檢定。確實(shí)，這種情況，單是檢定流量計(jì)是無法發(fā)現(xiàn)問題的。我們可以判斷，介質(zhì)的高流速對(duì)渦街流量計(jì)的計(jì)量性能產(chǎn)生了很大的影響致使其計(jì)量不準(zhǔn)。
為什么這么說呢？我們?cè)賮矸治鰵怏w的高流速對(duì)渦街流量計(jì)的影響。
2 渦街流量計(jì)工作原理
在流體中安放漩渦發(fā)生體，流體在漩渦發(fā)生體兩側(cè)交替地分列出兩列有規(guī)律的交錯(cuò)排列的漩渦，在一定雷諾數(shù)范圍內(nèi)，改漩渦的頻率與漩渦發(fā)生體的幾何尺寸有關(guān)，所產(chǎn)生的漩渦頻率f 正比于流量，此頻率可由各種傳感器檢出。
渦街流量計(jì)就是利用卡門渦街原理，得到如下關(guān)系：
式中：b ——阻流件的寬度，m； ——流經(jīng)流量計(jì)的流體平均流速，m/s；f ——漩渦的頻率，Hz；Sr ——斯特羅哈爾數(shù)（無量綱）。
斯特羅哈爾數(shù)為無量綱參數(shù)，它與漩渦發(fā)生體的形狀及雷諾數(shù)有關(guān)。圖3所示為三角柱漩渦發(fā)生體的斯特勞哈爾數(shù)與管道雷諾數(shù)的關(guān)系。
圖3 斯物勞哈爾數(shù)與雷諾數(shù)關(guān)系曲線
由圖3可見，在Re D=2×104～7×106范圍內(nèi) ，斯特勞哈爾數(shù)可視為常數(shù)。我們使用的渦街流量計(jì)都是在斯特勞哈爾數(shù)視為常數(shù)的這個(gè)范圍內(nèi)設(shè)計(jì)的。因此我們使用渦街流量計(jì)時(shí)一定要避免測(cè)量介質(zhì)的雷諾數(shù)在2×104～7×106這個(gè)范圍外，超過這個(gè)范圍，斯特勞哈爾數(shù)不再是常數(shù)，渦街流量計(jì)測(cè)得的頻率與流速也不再是簡(jiǎn)單的正比關(guān)系。也就是說，超過雷諾數(shù)2×104～7×106這個(gè)范圍，便違反了渦街流量計(jì)的設(shè)計(jì)原理，這時(shí)候渦街流量計(jì)是不能正常計(jì)量的。因?yàn)槔字Z數(shù)與介質(zhì)流速有關(guān)，所以我們具體到介質(zhì)流速的話，對(duì)于蒸汽來說，渦街流量計(jì)的流速測(cè)量范圍控制在5m/s～60m/s之間，好的渦街流量計(jì)量程上限非常多再往上延伸20%。因此在選型渦街流量計(jì)的口徑和流量測(cè)量范圍時(shí)，要保證滿足這個(gè)流速限定。絕大部分渦街流量計(jì)對(duì)于高流速介質(zhì)是沒有辦法計(jì)量的。
所以上訴案例中，用普通渦街流量計(jì)去計(jì)量音速下的蒸汽，得到的結(jié)果是*不可信，不能用的。渦街流量計(jì)是一種數(shù)字儀表，是通過傳感器來檢測(cè)漩渦頻率的。流量計(jì)的電氣性能必須要工作在適宜它的條件下。我們來看看在高流速下，渦街流量計(jì)檢測(cè)漩渦頻率的情況。引用一個(gè)高流速下渦街流量計(jì)的實(shí)驗(yàn)。該實(shí)驗(yàn)在采用在線實(shí)時(shí)頻譜分析時(shí)發(fā)現(xiàn)：在口徑為DN80及其以下的管線上，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)高于80m/s的高流速，其中有近一半的出現(xiàn)超過100m/s的高流速，更有甚者，流速高達(dá)180m/s。一般的渦街流量計(jì)在通過介質(zhì)流速過高時(shí)，會(huì)發(fā)生劇烈的漏波現(xiàn)象，因而產(chǎn)生難以估算的誤差。
從圖4上看漏波的結(jié)果就是檢測(cè)到的脈沖不再連續(xù)，發(fā)生了漏缺。所以這種情況下，測(cè)量結(jié)果的趨勢(shì)是一般都是偏小。在高流速下，漩渦發(fā)生體后的流體運(yùn)動(dòng)更加復(fù)雜。渦街傳感器檢測(cè)信號(hào)需要一定的清晰度，如果流速過高，流場(chǎng)變得更加復(fù)雜。此時(shí)傳感器將受到嚴(yán)重干擾，目標(biāo)信號(hào)清晰度急劇下降，使渦街流量傳感器測(cè)不準(zhǔn)或者測(cè)不到。我們可以看到，高流速下的渦街流量計(jì)的漏波十分明顯，正是利用了渦街的這個(gè)漏洞，讓渦街流量計(jì)在超高流速下大量漏波，致使非常后得到的流量遠(yuǎn)小于實(shí)際流量。
除了是上述案例中的裝置，還有一種把蒸汽直接放入水池中加熱水的熱水站，采用了手段這些都是為了設(shè)法讓蒸汽出口的壓力驟降，得到突然變小的背壓比，以大大提高蒸汽的流速。即使達(dá)不到音速，也遠(yuǎn)高于渦街流量計(jì)的測(cè)量上限，導(dǎo)致渦街流量計(jì)的不正常工作。因此為了保證渦街流量計(jì)正常計(jì)量，我們必須重視渦街流量計(jì)的測(cè)量范圍，管內(nèi)流速必須限定在渦街流量計(jì)的測(cè)量范圍以內(nèi)。對(duì)于那些在后端搞壓力驟降提高蒸汽流速的，可以想辦法把蒸汽流速限定在合理范圍內(nèi)。比如采用限流裝置，在渦街流量計(jì)后方管線上安裝臨界流文丘里噴嘴。
當(dāng)蒸汽通過臨界流文丘里噴嘴時(shí)，在噴嘴上、下游壓力比如果小于或等于該噴嘴的臨界壓力比時(shí)，噴嘴喉部形成臨界狀態(tài)，流過噴嘴的蒸汽質(zhì)量流量達(dá)到非常大。這時(shí)蒸汽的質(zhì)量流量不受下游狀態(tài)變化的影響。根據(jù)這個(gè)原理，我們把臨界流文丘里噴嘴安裝在可能會(huì)發(fā)生壓力驟降的管段前，就能穩(wěn)穩(wěn)的限死上游通過渦街流量計(jì)的非常大流量了。而選用文丘里噴嘴的原因是能夠減少壓力損失。
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展會(huì)城市：北京市展會(huì)時(shí)間：2025-06-18