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 0 引言

    旋渦流量計是一種速度式流量計，可用于測量液體、氣體和蒸汽等多種介質(zhì)的流量，具有測量范圍寬、無(wú)運動(dòng)部件、壓力損失小、工作可靠、準確度高及安裝和維護方便等優(yōu)點(diǎn)，應用比較廣泛。下面介紹旋渦流量計在某熱電廠(chǎng)鍋爐送風(fēng)流量測量中的具體應用，并結合實(shí)際，詳細分析使用中存在的問(wèn)題及相應的解決辦法。

    1 旋渦流量計工作原理

    旋渦流量計又稱(chēng)渦街流量計，它是利用有規律的旋渦剝離現象來(lái)測量流體流量的。如圖1所示，在管道中垂直于流體流動(dòng)方向插入一根非流線(xiàn)形的阻流體（也叫旋渦發(fā)生體），當流體的雷諾數達到一定數值時(shí)，流體在阻流體兩側交替地分離釋放出兩列規則的交錯排列的旋渦渦街，在一定的流速范圍內，旋渦的分離頻率正比于流量。

    如果設兩列旋渦間的距離為h，同列相鄰兩個(gè)旋渦間的距離為L(cháng)，則當h/L=0.281時(shí)，所產(chǎn)生的旋渦是周期性和穩定的。此時(shí)，對于圖1所示圓柱形旋渦發(fā)生體產(chǎn)生的旋渦，其單側頻率f可表示為式中：f為單側旋渦頻率，H_z；S_t為斯特勞哈爾數，無(wú)量綱，數值大小與旋渦發(fā)生體形狀和流體雷諾數有關(guān)；v為流體平均流速，m/s；d為圓柱體直徑，m。

    當流體雷諾數在2×10⁴～7×10⁶范圍（這是儀表的正常工作范圍）之內時(shí)，斯特勞哈爾數可視為常數，這時(shí)，旋渦產(chǎn)生的頻率與流體平均流速成正比，測得頻率f即可求得流體的體積流量^{（1-2）_。}

    旋渦頻率的測量可采用熱、電、聲等多種方法，如熱敏檢測法、應力檢測法、電容檢測法、超聲檢測法等，這些方法是利用敏感元件把旋渦處的壓力、流速或密度等參數的周期性變化轉換為周期性的電信號，然后經(jīng)放大整形等處理后得到方波脈沖，zui后由二次儀表顯示、記錄或累積^{（1）_。}

    2 旋渦流量計在鍋爐送風(fēng)流量測量中的應用

    送風(fēng)流量是電站鍋爐非常重要的熱工參數之一，其大小不僅可反映送風(fēng)機的工作狀態(tài)，同時(shí)也是組建燃燒自動(dòng)控制系統*的變量^（1）_。

    送風(fēng)管道的橫截面多為矩形，且情況比較復雜，流量的測量存在一定的難度。本文采用旋渦流量計對送風(fēng)流量進(jìn)行測量，收到了比較好的效果。

    2.1 測量系統構成及原理

    旋渦流量測量系統由傳感器、轉換器及顯示/記錄儀等組成。如圖2所示。其中，傳感器主要包括旋渦發(fā)生體和旋渦檢測器，用于把待測送風(fēng)流量轉換成相應的頻率信號；轉換器將變送器輸出的頻率信號進(jìn)行放大和整形等處理，zui后輸出4～20mADC標準信號；顯示/記錄儀接收轉換器的輸出信號，顯示/記錄待測送風(fēng)流量的大小。

    2.2 應用問(wèn)題分析

    對旋渦流量計工作原理分析可知，在實(shí)際使用中，旋渦流量計有非常嚴格的技術(shù)要求，如果儀表及配套設備選型、安裝條件、安裝方法、工作環(huán)境以及使用與維護等方面不能滿(mǎn)足相關(guān)要求，就會(huì )引起測量誤差增大或示值不穩，甚至不能正常測量?，F將實(shí)際應用中的有關(guān)問(wèn)題總結如下。

    2.2.1 儀表選型問(wèn)題

    1）旋渦流量計的可測下限流量除受檢測元件靈敏度影響外，主要與下限雷諾數有關(guān)，而雷諾數又與流場(chǎng)的幾何特征尺寸、流體的密度、黏度及流動(dòng)速度等因素有關(guān)。如果在下限雷諾數以下工作，則斯特勞哈爾數就不再是常數，旋渦流量計也就進(jìn)入非線(xiàn)性工作區，這將增大測量誤差。

    2）被測流體的常用流量應處在儀表測量范圍的1/2～2/3之間，以減小測量誤差。如果儀表量程選擇過(guò)大，則可能會(huì )造成流量計無(wú)瞬時(shí)流量顯示。此時(shí)，一是可以調低流量計下限截止頻率，這樣做雖然可以使流量計正常工作，但會(huì )造成測量精度降低；二是更換小規格的旋渦流量計^{（3）_。}

    3）用旋渦流量計測量送風(fēng)流量必須考慮溫度和壓力補償問(wèn)題，應同時(shí)選擇合適的溫度、壓力測量?jì)x表及智能流量積算儀，而且，這些配套儀表及旋渦流量計之間必須建立正確的流量、溫度、壓力和參考溫度、參考壓力的對應關(guān)系^{（5）_，}否則會(huì )造成很大的測量誤差。

    2.2.2 安裝問(wèn)題

    1）在選擇安裝場(chǎng)所時(shí)，應盡量避開(kāi)強電設備、高頻設備、強開(kāi)關(guān)電源、高溫熱源、輻射熱源、高濕環(huán)境及強腐蝕氣氛等，并應盡量避免碰撞沖擊和機械振動(dòng)，尤其是在水平面上與管道軸線(xiàn)垂直方向上的振動(dòng)。鍋爐送風(fēng)管道的機械振動(dòng)比較大，這是使用旋渦流量計遇到的zui大問(wèn)題。旋渦流量計在管道振動(dòng)慣性力的作用下，會(huì )產(chǎn)生振蕩干擾，當被測介質(zhì)流速較大時(shí)，就會(huì )使波形失真，干擾脈沖輸出數量^{（4）_，}進(jìn)而影響測量精度。實(shí)際中，可考慮采用安裝管道支架、加裝減振裝置或加強濾波等措施，當然也可選擇抗振型旋渦流量計，它可在一定程度上減小振動(dòng)對流量測量精度的影響。

    2）旋渦流量計對脈動(dòng)流、旋轉流及流速分布畸變等流動(dòng)特性的影響比較敏感，必須注意上、下游阻流件（如閥門(mén)、溫度傳感器等）的分布，并保證上、下游有足夠的直管段長(cháng)度。對于被測流體的脈動(dòng)頻率，如果其處在旋渦流量計的頻帶之內時(shí)，會(huì )對測量精度產(chǎn)生影響，尤其是在脈動(dòng)頻率與旋渦頻率合拍時(shí)，會(huì )破壞儀表的正常工作，甚至損壞儀表。必要時(shí)，可考慮在旋渦流量計上游管路上加裝緩沖器或節流孔板，以衰減脈動(dòng)壓力，減小脈動(dòng)對測量的影響。

    3）配管內徑D_P應與流量計內徑D_N相同，如有差異，則應滿(mǎn)足0.98D_N≤D_P≤1.05D_N，否則會(huì )增大測量誤差。在安裝旋渦流量計時(shí)，應保持流量計與測量管道同心，其不同心度應小于0.05DN，如果安裝偏心，則會(huì )降低測量精度。

    2.2.3 使用與維護問(wèn)題

    1）目前所使用的旋渦流量計多為智能型儀表，儀表安裝好后，為保證流量測量精度，用戶(hù)必須根據自己的實(shí)際需要準確設置有關(guān)參數，主要包括：流體類(lèi)型選擇、流體zui小密度設定、儀表系數（根據實(shí)際管徑、常用流速及管道粗糙度等確定）的設定、標準工作溫度和壓力設定、截止頻率設定、量程設定及輸出參數（4～20mA或脈沖）選擇等。智能型旋渦流量計都具有流量校正和自診斷功能，它可根據不同工況自動(dòng)進(jìn)行相關(guān)參數的校正和誤差分段修正，這可在一定程度上提高流量測量的準確度。

    2）應對儀表進(jìn)行定期校準，以保證儀表長(cháng)期工作的準確性。

    3）如果流量計測量管堵塞或檢測元件被臟污介質(zhì)粘附，應及時(shí)進(jìn)行清洗，以免影響測量精度。

    3 結束語(yǔ)

    旋渦流量計的使用條件比較苛刻，影響其測量準確度的因素也較多，通過(guò)對其工作原理及測量系統各個(gè)環(huán)節的認真分析，并采取相應的措施，在一定程度上保證了旋渦流量計的穩定運行和準確測量。