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高流速蒸汽对涡街流量计的影响

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   目前,涡街流量计广泛运用在蒸汽计量上。涡街流量计是一种发展比较成熟的流量计,其主要优点有:无可动部件,结构简单牢固,安装方便,维护费用较低,量程比一般在10∶1以上,精度也相对较高,测量气体一般在1.0级到1.5级之间,测量液体一般在1.0级。

    在多年的检定工作中,我们发现有人使用了一个蒸汽涡街流量计的漏洞,在保持涡街流量计计量管段原封不动的情况下,只在蒸汽出口处做文章,即可致使涡街流量计计量严重偏小。图1中我们看到在涡街流量计计量段,没有任何修改,而在其后的大型储气罐却大有文章。整个系统根据储气罐内压力变化来对前后阀门分别进行自动控制,从而进行一套充气、放气、再充气、放气的循环操作。

    整个循环过程是:开始时,储气罐是空的,阀门1、阀门2都关闭。然后阀门1快速打开,上游0.8MPa的过和热蒸汽剧烈充入空罐。然后储气罐充气渐满,压力升高至一定压力后,关闭阀门1,打开阀门2,让储气罐中蒸汽排出以供使用。这样操作的目的主要是使大部分流过涡街流量计的蒸汽以极高流速通过。 图1为什么这样会使蒸汽流速达到非常高的程度呢?而涡街流量计在高流速下计量会有什么问题呢?1分析蒸汽的流速临界压力比是分析管内流动的一个重要数值,蒸汽在出口外的背压pb与临界界面前的进口压力P1之比小于或等于临界压力比时,在临界截面上,蒸汽流速达到临界值音速c。临界压力比:γcr=水蒸汽音速:c=kpv当过流气体为过热蒸汽时:k=1.3,γcr=0.546pcr称为:临界压力。

    所以我们得到:通过降低背压比,能让通过蒸汽的流速提升到相对于涡街流量计来说非常高的程度,甚至达到音速,过热蒸汽音速可以达到500m/s以上。从热网过来的蒸汽压力一般高于0.8MPa,而在 储气罐开始充气时,罐内压力几乎为常压。根据蒸汽的临界流原理。蒸汽管道和容器的前后压力比只要低于临界压力比γcr=0.546,那么管内蒸汽的流速将达到音速。

    在这个案例里,储气罐内压力按充气阶段中后期才逐渐升高到的0.4MPa来计算,背压比为0.5。也就是说,在大部分蒸汽通过阶段,背压比都小于0.546,蒸汽的流速都保持在音速,音速是大大超过涡街流量计测量流速上限的。通过这样一个办法,即能大幅度提高通过涡街流量计的蒸汽流速,致使涡街流量计计量严重偏少。不法用户还狡辩,我的所有计量器具都通过了国家法定计量检定机构的检定。确实,这种情况,单是检定流量计是无法发现问题的。我们可以判断,介质的高流速对涡街流量计的计量性能产生了很大的影响致使其计量不准。为什么这么说呢?我们再来分析气体的高流速对涡街流量计的影响。

   涡街流量计工作原理在流体中安放漩涡发生体,流体在漩涡发生体两侧交替地分列出两列有规律的交错排列的漩涡,在一定雷诺数范围内,改漩涡的频率与漩涡发生体的几何尺寸有关,所产生的漩涡频率f正比于流量,此频率可由各种传感器检出。图2涡街流量计就是利用卡门涡街原理,得到如下关系:f=(Sr·)b式中:b——阻流件的宽度,m;——流经流量计的流体平均流速,m/s;f——漩涡的频率,Hz;Sr——斯特罗哈尔数(无量纲)。斯特罗哈尔数为无量纲参数,它与漩涡发生体的形状及雷诺数有关。图3所示为三角柱漩涡发生体的斯特劳哈尔数与管道雷诺数的关系。图3斯物劳哈尔数与雷诺数关系曲线由图3可见,在ReD=2×104~7×106范围内,斯特劳哈尔数可视为常数。我们使用的涡街流量计都是在斯特劳哈尔数视为常数的这个范围内设计的。