收藏本站 | 网站地图 | 联系我们
主页 > 新闻中心 > >>

多种钝体组合结构的涡街流量计仪表系数及压力

  为了研究了不同组合双钝体的仪表系数—流量关系,通过压力损失分析,得到线性度及压力损失皆佳的一组钝体组合.给出了多种钝体组合结构的仪表系数及压力损失试验结果,表明双钝体结构在一定的流量范围内具有类似单钝体的常定斯特劳哈尔数.          
  涡街流量计具有精度高、线性度好、介质适应性宽、性能可靠、无运动部件等优点,因而,自20世纪70年代初商品化的涡街流量计在日本出现以来,其发展非常迅速.然而,涡街流量计存在的流量下限高和抗干扰性能差等问题,使它丧失了许多潜在的应用领域.为此,国内外研究者做了大量的工作,试图改善其抗干扰性能和降低它的计量下限.Kawano[1]通过增强钝体刚度和使用微处理器控制的自适应低通滤波方法来改善流量计的信噪比,并采用了自适应低频信号截止辨识器,使流量计的可靠性得到明显改善.Amadi-E[2,3]研究了工作条件对旋涡脱落的影响,并采用了信号处理和系统辨识技术来提高流量计的精度. Pankanin[4]和Bentley[5]从优化钝体几何结构和传感器安装位置的角度,研究了提高信号质量、频率稳定性和流量计线性度的方法.但这些研究几乎都是从二次仪表入手,寻求拓展计量下限和提高抗振性能的途径.本文从一次仪表入手,采用双钝体组合强化流体振动,提高流量计计量下限,采用差动式传感器抑制共模干扰信号,提高流量计抗干扰性能.试验结果表明,这种新结构涡街流量计的计量下限和抗干扰性能均得到了明显改善.
  1 双钝体涡街流量计的原理
  图1所示为双钝体涡街流量计的原理图
  双钝体涡街流量计的基本设计思路是利用前钝体和后钝体引发的旋涡脱离现象,通过试验获得使旋涡在后钝体周围实现同相位叠加的最佳钝体组合,从而加强流体的振动,降低计量的下限.同时利用钝体两侧的流体振动具有180°相位差的特点,采用差动式传感器抑制共模干扰信号,提高流量计的抗干扰性能.
  2 试验装置及原理
  2.1 试验装置
  图2所示的试验装置采用了临界流文丘利喷嘴检定装置,它由工作装置和信号采集与处理系统组成,装置准确度±0.5%.控制系统由工业控制计算机、数据采集模块、操作台等组成.试验中所需要给定流量通过控制阀门得到,实际流量、涡街频率、压力损失等参数由计算机自动采集并进行处理.
  前钝体、后钝体和两个压电传感器在双钝体涡街流量计中的位置如图1中所示,传感器是对称于后钝体安装的.试验用涡街流量计为DN50,流量为10~400 m3/h.从图2中可以看出该试验装置的构成,装置试验段的上、下游直管段分别不小于前直管段15D(D为流量计内径)和后直管段5D,并配有检测压力的取压孔,流量计入口设有温度检测点.
  2.2 试验钝体组合
  钝体分三大类共9种型号,即:宽度d为13,14,15 mm三类,每类有3种不同的长度,具体尺寸如表1所示.
  为了减少试验次数,同时又能得到科学合理的试验结果,双钝体组合方式采用正交试验法,最后得到表2的试验组合.在表2的每一对钝体组合中,钝体之间的距离L=40~65 mm.
  3 试验结果
  3.1 双钝体组合的线性度试验研究
  流量仪表系数K反映了涡街、涡轮等线性流量计的特性,其物理意义为流经流量计单位体积流量所产生的脉冲数,即
  式(1)中,f为旋涡频率,Hz;Q为体积流量,m3/h.
  由此可见,仪表系数K决定了流量Q与频率f之间的关系,当K为常数时,两者保持为线性关系[7].因此在双钝体涡街流量计中可用仪表系数来衡量线性度.
  从1~9号钝体的单钝体涡街流量计试验中可以看出,4号钝体的单钝体涡街信号强度、稳定性及线性度为9个中最佳.组合25(L=50 mm),92(L=65 mm),19(L=50 mm),44(L=60 mm),58(L=45 mm)等双钝体涡街流量计的线性度比较好.图3和图4是试验得到的线性度有较好的钝体组合的仪表系数与流量的关系曲线及仪表系数标准偏差与钝体相对位置的关系曲线.
  从图3和图4中可以得出,各组双钝体的仪表系数与单钝体相比是有差别的,双钝体组合的仪表系数比单钝体小,而且不同组合的仪表系数不同.从仪表系数与流量曲线图上看,双钝体在流量≥300m3/h时,仪表系数呈下降趋势,其原因是:当流量增大到一定程度时,流体本身的扰动或者外界干扰将导致涡街信号发生畸变,使脉冲信号产生丢失,从而造成了流量大的时候出现仪表系数小的现象.
   从图4的标准偏差曲线上可以看出,双钝体的仪表系数波动较大,但大致趋势是随L的增大,标准偏差波动越来越小,这表明当钝体的设计满足一定要求时,双钝体结构可获得类似单钝体的常定的斯特劳哈尔数.从图中可以看出19组合L=50,55mm和44组合L=60,65 mm时,双钝体的标准偏差与单钝体4最接近.
  3.2 双钝体组合的压力损失试验研究
  图5给出9种不同钝体组合的仪表压力损失钝体间相对位置的关系.图6给出线性度较好的组合的仪表压力损失与钝体间相对位置之间的关系.图7是典型的双钝体涡街流量计压力损失与流量的关系曲线.
   综合分析以上3图,可得出以下结论:
  ()在9种双钝体组合中,44组合的仪表压力损失为最小,表明宽度不同的钝体组合比宽度相同的钝体组合有更大的压力损失.
  (2) 44号组合和4号钝体相比也有较小的仪表压力损失.
  (3)仪表压力损失随钝体间距离的增大而增大,这与文献[6]的仿真结果相吻合.
  (4)双钝体涡街流量计的压力损失随着流量增大而增大. 
  通过选择适当的钝体及钝体组合,可以设计出满足线性度要求的涡街流量计.本试验中的44号钝体组合在钝体相距为60 mm时,有好的线性度.从仪表系数与流量曲线图上看,双钝体在流量≥300m3/h时,仪表系数都有下降趋势.这表明双钝体流量计的计量范围是有限的.综合考虑压力损失等因素,可以认为44号为最佳钝体组合.

地址:江苏省金湖工业园区
电话:0517-86888205  手机:15312328893
邮箱:ldcr_1988@163.com  QQ:2357929551
Copyright © 2018 江苏西源仪表科技有限公司 All Rights Reserved


24小时热线
153-1232-8893

江苏西源仪表