企业公告
  • 2010年上海巨贯工业自动化设备有限公司

    推出新产品

经济实用型超声波热量表

   便携式超声波热量计

        插入式超声波流量计

  油田专用高压电磁流量计

便携式时差、多普勒二合一流量计

我公司流量仪表,液位仪表凭借二

十年的供货生产能力诚招全国代理,

质量可靠,工作稳定,价格合理!

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选用涡街流量计考虑要点
 

 

五、选用考虑要点


1. 应用概况

  VSF自20世纪70年代在工业上应用以来,由于它具有一些突出的特点,受到用户欢迎,并得到迅速发展。像它这样开发只有20多年即已跻身通用流量计之列,在流量计中是少有的。由于应用时间短,无论理论研究或实践经验都比较薄弱,不免出现一些问题,这是不足为怪的。多年实践证明,VSF的选用(选型和使用)是用好流量计的关键环节,因此仪表制造厂应加强售前服务,即帮助用户选型,并在安装投用上给予指导。只要抓住这一环节,该流量计不失为一种性能不错的流量计。
  20世纪90年代中后期世界范围内VSF在流量仪表总量中,台数约占3%~5%,每年5万~6万台,金额占4%~6%;在我国销售台数约占流量仪表总量(不包括家用燃气表和水 表及玻璃管浮子流量计)的6%~8%,每年1.5万~2万台。

2. VSF的口径选择

  VSF的仪表口径及规格选择很重要,它类似于差压流量计节流装置的设计计算,要遵循一些原则进行选择。仪表口径选择步骤如下。
  首先必须明确以下工作参数。
  1)流体名称,组分;
  2)工作状态的最大、常用、最小流量;
  3)最高、常用、最低工作压力和工作温度;
  4)工作状态介质的粘度。
  VSF的输出信号是与工作状态的体积流量成正比的,因此如已知气体流量是标准状态体积流量或质量流量时,应把它换算成工作状态下的体积流量qv
              qv=qn(pnTZ/pTnZn) m3/h                 (9)
式中 qv,qn--分别为工作状态和标准状态下的体积流量,m3/h;
   P,Pn--分别为工作状态和标准状态下的绝对压力,Pa;
   T,Tn--分别为工作状态和标准状态下的热力学温度,K;
   Z,Zn--分别为工作状态和标准状态下的气体压缩系数。
  工作状态下介质的密度ρ和体积流量qv
          ρ=ρn(pTnZn/ pnTZ)                       (10)
式中  ρ,ρn--分别为工作状态和标准状态下的介质密度,kg/m3
  其余符号同上。
              qv =qm/ρ                       (11)
式中 qm--质量流量,kg/h。
  下面需要选择传感器口径。传感器口径选择主要是对流量下限值进行核算。它应该满足 两个条件:最小雷诺数不应低于界限雷诺数(ReC=2×104)和对于应力式VSF在下限流量 时旋涡强度应大于传感器旋涡强度的允许值(旋涡强度与升力ρU2成比例关系),对于液体 还应检查最小工作压力是否高于工作温度下的饱和蒸气压,即是否会产生气穴现象。
  这些条件用数学式可表示如下(12-14)
              
式中 qVmin,qV0min--分别为工作状态和校准状态下的最小体积流量,m3/h;
  (qVminρ--满足旋涡强度要求时最小体积流量,m3/h;
  (qVminυ--满足最小雷诺数要求时最小体积流量,m3/h;
  ρ,ρ0--分别为工作状态和校准状态下介质的密度,kg/m3
  υ,υ0--分别为工作状态和校准状态下介质的运动粘度,m2/s;
  Pmin--最小工作压力,Pa;
  △p--最大流量时传感器的压力损失,Pa,
          △p=CD(ρU2/2),CD≈2
  U--管道平均流速,m/s;
  PV--工作温度下液体的饱和蒸气压,Pa。
  比较(qVminρ,和(qVminυ
  若(qVminυ≥(qVminρ,可测流量范围为(qVminρ~qVmax,线性范围为(qVminυ~qVmax
  若(qVminυ<(qVminρ,可测流量范围和线性范围为(qVminρ~qVmax
  流量测量范围的确定还应检查是否处于仪表的最佳工作范围(即上限流量的1/2~2/3处)。表4示有某型号涡街流量计特定校准条件下各种口径的流量测量范围。

表4 某型号涡街流量计特定校准条件下流量测量范围

口径DN/mm
液体/(m3/h)
气体/(m3/h)
标准测量范围
可选测量范围
标准测量范围
可选测量范围
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:校准条件如下:
  1.液体:常温水,t=20℃,ρ=998.2kg/m3,υ=1.006×10-6m2/s。
  2.气体:常温常压空气,t=20℃,P=0.1MPa(绝),ρ=1.205 kg/m3,υ=15×10-6 m2/s。


  根据上述原则选择的仪表口径不-定与管道通径相一致,如不同时应连接异形管并配置一段必要的直管段长度。

  【例1】空气流量测量

   ⑴ 已知条件

   最大流量:2000m3/h(20℃,101.325kPa)
   最小流量:300m3/h(20℃,101.325kPa)
   管道内径:80mm
   工作压力:0.5MPa(绝)
   工作温度:60℃

  (2)辅助计算
    
    

   (3) 口径选择
    
  比较(qV0minρ和(qV0minυ
                (qV0minρ>(qV0minυ
  故可测流量范围为(qV0minρ~qVmax
  即可测流量范围为143.7~2000m3/h,由表4查得DN100可满足要求,这样VSF口径与管道通径不一致,应设置异径管(扩散管)并配置一段直管段。

  【例2】热水流量测量

  (1)已知条件

  最大流量:18m3/h
  最小流量:6 m3/h
  工作压力:0.25MPa
  工作温度:90℃
  介质密度:965 kg/m3
  介质粘度:3.32×10-7m2/s

  (2)口径选择
    
  比较(qV0minρ和(qV0minυ
                (qV0minρ≤(qV0minυ
  可测流量范围为(qV0minρ~qVmax。查得DN40、ND50皆可满足要求,选择DN40更合适些。

  (3)检查压力损失

  最大流量时平均流速Umax
    
  查生产厂提供的资料得CD:2.2
  则 △p=1.1ρU2max=1.1×965×3.982=0.168×105Pa
  不发生气穴的最低工作压力
        p=2.7△pmax+1.3pv=2.7×0.168×105+1.3×0.7149×105=0.138MPa
  故由计算可知不会发生气穴现象。
  饱和水蒸气的流量测量范围可由表4所示气体流量测量范围用下式求得
                           (15)
式中 qm--水蒸气的质量流量,t/h;
   qv空--空气的体积流量,m3/h;
   ρ--水蒸气的密度,kg/m3
   ρ0--空气的密度,ρ0=1.205 kg/m3
  饱和水蒸气的流量测量范围如表5所示。
  试计算DN100饱和水蒸气0.8MPa时的流量范围。
  1) 由表4查得DN100流量范围100~1000 m3/h;
  2) 由饱和水蒸气密度表查出0.8MPa时,ρ=4.162 kg/m3
  3) 计算得
    

表5 饱和水蒸气质量流量范围       单位:(kg/ h)

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

 

3. VSF的精确度

  VSF的精确度对于液体大致在±0.5%R~±2%R,对于气体在±l%R~±2%R,重复性一般为0.2%~0.5%。由于VSF的仪表系数较低,频率分辨率低,口径愈大愈低,故仪表口径不宜过大(DN300以下)。
  范围度宽是VSF的特点,但重要的是下限流量为多少。一般液体平均流速下限为0.5m/s,气体为4~5m/s。VSF的正常流量最好在正常测量范围的1/2~2/3处。
  VSF的仪表系数不受测量介质物性的影响,这是很大的优点,可以用一种典型介质校验而应用到其他介质去,对于解决校验设备问题提供便利。但是应该看到由于液、气的流速范围差别很大,因此频率范围亦差别很大。处理涡街信号的放大器电路中,滤波器的通带不 同,电路参数亦不同,因此,同一电路参数是不能用于不同测量介质的。介质改变,电路参数亦应随之改变。
  另外,气体和液体的密度差别很大,旋涡分离时产生的信号强度与密度成正比。因此信号强度差别亦很大,液、气放大器电路的增益,触发灵敏度等皆不一样,压电电荷差别大, 电荷放大器的参数也不同。即使同为气体(或液体、蒸汽)随着介质压力、温度不同,密度不同,使用的流量范围不同,信号强度亦不同,电路参数同样要改变。因此一台VSF不经硬件或软件修改,改变使用介质或改变仪表口径是不可行的。

4. 主要问题

  VSF大量使用已有十余年,使用效果不理想,总结起来主要有以下几点原因。
  1)产品质量问题,设计原理或设计方案有严重缺陷,产品材料、工艺质量不良。尤其近年来,一些生产厂片面追求利润,产品粗制滥造,败坏了VSF的声誉。
  2)仪表选型和使用问题,用户给定工艺参数不准确,使得选型不当;安装地点选择有问题,安装不符合规定要求。
  3)现场调整问题,现场投运缺乏调整或调整不当,正确的调整是用好的关键。

5. 适用的情况

  VSF不适用于测量低雷诺数(ReD≤2×104)流体。低雷诺数时斯特劳哈尔数随着雷诺数而变,仪表线性度变差,流体粘度高会显著影响甚至阻碍旋涡的产生,选型的一个限制条件是不能使用于界限雷诺数之下。
  VSF适用的流体比较广泛,但对于流体的脏污性质要注意。含固体微粒的流体对旋涡发生体的冲刷会产生噪声,磨损旋涡发生体。若含有的短纤维缠绕在旋涡发生体上将改变仪表系数。
  VSF在混相流体中的应用经验还少,一般可用于含分散、均匀的微小气泡,但容积含气率应小于7%~10%的气、液两相流,若超出2%就应对仪表系数进行修正。可用于含分散、均匀的固体微粒,含量不大于2%的气固、液固两相流。可用于互不溶解的液液(如油和水)两组分流等。
  脉动流和旋转流会对VSF产生严重影响。如果脉动频率与涡街频率频带合拍可能引起谐振破坏正常工作和设备,使涡街信号产生"锁定(1ock-in)"现象,这时信号固定于某一频率。"锁定"与脉动幅值、旋涡发生体形状及堵塞比等有关。VSF的正常工作的脉动阈值尚待试验确定。80年代以来国内外流量测量工作者已对VSF在混相流、脉动流中的应用开展许多试验研究,国际标准化组织(ISO)已发布的技术报告中亦关注这方面内容。

6. 经济性

  在众多的流量计中,VSF的经济性较好,是一种经济实惠的流量计。VSF的基本性能处于中等偏上水平,购置费低于质量式、电磁式、容积式等,而安装、运行、维护费低于节流式、容积式、涡轮式等,如仅作为控制系统检测仪表可采用干校方式节省周期校验费用。

 

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