關於氣體渦街流量計的結構原理與解決不斷流（liú）問題

摘要（yào）:為了適應市場的需求,在普通渦街的（de）基礎（chǔ）上,研製出一種不斷流傳感頭可拆高溫型氣體（tǐ）渦街流量計。該流量計將漩渦（wō）檢測傳力杆（gǎn）與信號檢（jiǎn）測傳感頭巧妙的隔開,且二者完全密閉隔離,使得信號檢測傳感頭的溫度（dù）遠遠低於介質的實際溫度。既解決了測（cè）量高溫介質的問題（tí）,又解決了（le）普通渦街現場不斷流（liú）拆卸的問題。同時還（hái）節省了在重（chóng）要場合安裝的備用旁路設施,降低了使（shǐ）用單位的前期成本。
引言
自20世紀60年代末開始研製氣體渦街流量計至今,人們已（yǐ）經相繼開發出了多種類（lèi）型阻擋體及漩渦（wō）檢（jiǎn）測方法的氣體渦街流量計（jì）,並在管道流（liú）量測量中得到（dào）了廣泛應用。隨著相關科學技術的不斷（duàn）發展,氣體渦（wō）街流量計的整體性能也在不斷地提高,並以其測量精度高、量程範圍寬（kuān）、壓力損失小以及較高的性價比等特點,越來越被廣大用戶所認可。氣體渦街流量計也因此而躋身於通用流量（liàng）計之列。
然而,隨著普通氣體渦街流量計使用量的增多（duō）,人們逐漸發現（xiàn）,雖然它具有很多優點,但在使用過程中還是（shì）存（cún）在著諸如可測介質溫度低（dī）(受信號（hào）檢測傳感頭材（cái）料限製,一般長期使用溫（wēn）度低於350℃)、更換傳感器測頭麻煩、可靠性（xìng）能差等使用上的局限性(。也正是因為如此,在重要的（de）控（kòng）製場合（hé）和測量高溫介質（zhì）的流量係統中,普通渦街還是一直不能（néng）夠（gòu）被選（xuǎn）用。為了（le）解決普通（tōng）渦街在使用上的局限性,技術人員憑借多年的製（zhì）造和使用經驗,在普通氣體（tǐ）渦街流量計的（de）基礎上,研製開發出了一種（zhǒng）不斷流傳感頭可拆（chāi）高溫型氣體渦街流量計(後文簡稱（chēng）為不斷流渦（wō）街)。該氣體（tǐ）渦街流量計將漩（xuán）渦檢測傳力杆與信號檢測傳（chuán）感頭通過隔離裝置巧妙地隔離。由於不斷流渦街的傳力杆與信（xìn）號（hào）檢測傳感頭是（shì）完全（quán）密閉隔離的（de）,使得信號檢測傳感頭的使用溫度要遠遠低於被測介質的實際溫（wēn）度。這樣（yàng）既解決（jué）了普通渦街不能在線不斷流（liú）更換以（yǐ）及維護信號檢測（cè）傳感頭的問（wèn）題,又解決（jué）了普通渦街測量介質溫度低的問題。
1不斷（duàn）流渦（wō）街的結構原理
不斷流渦街同樣是以卡（kǎ）門渦街原理為依（yī）據測量（liàng）流體（tǐ）流速的,但不斷流渦街表體已經在結構（gòu）上有了（le）質的改變。如圖1所示,它將普通渦街單一（yī）的信（xìn）號檢測（cè）傳感頭改變為傳力杆與信號檢測傳感頭兩部分,並通（tōng）過隔離裝（zhuāng）置（zhì）完全隔離。當表體中流過流體並產生漩渦時（shí）,由傳力杆（gǎn）檢測漩渦的變化,並以（yǐ）力的形式傳遞給信號檢測傳感頭,完成了力信號到（dào）電信號的轉（zhuǎn）換過程。雖然傳力（lì）杆與流體直接接觸,但其本（běn）身隻是（shì）進行力傳輸的杠杆,因此,隻對（duì）外形尺寸及鋼材選擇上具有要求。而信號（hào）檢測傳感頭是（shì）通過隔離裝（zhuāng）置（zhì）與流體完全密閉隔離的,再加上（shàng）隔離裝置本身具有的散熱功能,使得信號檢測傳感頭的使用溫度要遠（yuǎn）遠低於流體的實際溫度,從而有效地提高了普通信號檢測傳感頭的可測介質溫度。同時,不斷流渦街在進行維修更換信號檢測傳感頭時,並不影響工藝管道內流體的流動,真正實現了（le）信號檢測傳感頭的不斷（duàn）流拆裝維護。

1.1表（biǎo）體結構
各部件（jiàn）功能說明如下:
①阻流體。和普通氣體渦街流量計一樣,阻流體作為不斷流渦街的漩渦發生（shēng）體,其外形尺寸與對應口（kǒu）徑的普通型渦街阻流體在材質及外形尺寸上完全（quán）相同。
②傳力杆。用於檢測流體（tǐ）流過阻流體後產生漩渦（wō）振動頻率的傳感頭。
③信號檢測傳感頭。用於將振動頻率轉換成與之對應的電荷信號的（de）傳感頭。
④隔離裝置。實現將表體（tǐ）內流體與外界及信號檢測傳感頭隔離的裝置,同時還具有為信（xìn）號檢（jiǎn）測傳感頭散熱的功（gōng）能。
1.2測（cè）t原（yuán）理
由（yóu）於（yú）不斷流渦街的阻流體與相（xiàng）同口徑普通氣體渦街流量計的阻流體在結構和外形尺寸上是完全相同的(不同的隻（zhī）是（shì）漩渦頻率的檢測方法)。由卡門渦街原理可知,不斷流渦街漩渦頻率（lǜ）的計算方法與普通渦街完全相同。在不斷流（liú）渦（wō）街表體中設（shè）置（zhì）阻流體（tǐ）(漩渦發生體（tǐ）),從阻流體兩（liǎng）側交替地產生有規則的漩渦,這種漩渦（wō）稱為卡門渦街,漩渦在阻擋體下遊非對稱地排列。
根據卡門渦街原理,有如下關（guān）係式:

式中:m為漩渦發生體兩側弓形麵積與管道橫截麵（miàn）麵積之比;D為表體通徑,~;d為漩（xuán）渦發生體迎麵寬度,~;f為漩渦的發生頻率（lǜ）,Hz;U:為漩渦發生體兩側平均流速,耐s;sr為斯特勞哈爾數;U為被測介質來（lái）流的平均速度,耐s。管（guǎn）道內體積（jī）流（liú）量q。為:

式中:e為瞬時工況體積流量,m,h/。
在實際（jì）標定過程中,相同口徑的不斷流（liú）渦街與普通氣體渦街流量計在可測流量範圍、基本誤差、重複性等參數上基本一致,達到了設計和使用精度的要求。
2不斷（duàn）流渦街實際檢定情況
分別用精度0.5級音速噴嘴氣體標定裝置、精度0.2級稱重法水標（biāo）定（dìng）裝置對DN50口徑的不斷（duàn）流渦街進行實際標定,其標定數據如（rú）表1、表2所示。

由表1和表2的實際標（biāo）定數據可知,在量程比大於1:10的情況下,用不斷流氣體渦街流量計測量（liàng）氣體或液（yè）體介質（zhì）時,基本誤差（chà）及重複性均能達到（dào）中華人民共和國機械行業標準JB/T9249一1999《渦街流（liú）量傳感器》[’1中所規定的精度要求（qiú）。
3 實際使用（yòng）過程中與普通氣體渦街流量計的、對（duì）比
3.1 可（kě）測流體溫度
普通氣（qì）體渦街流量計受表體結構及信號傳感頭材料(壓電晶體)的限製,一般允許*高工作溫度為350℃,而長期使用溫度應低於30℃,否則會大大縮短信號檢測傳感頭的使用壽命岡。而不斷流渦街由於（yú）獨特（tè）的隔離型結構設計,使信號檢測傳感頭與高溫流體介質完全隔離（lí）,再加上隔離裝置本身具有散熱功能,使得信號檢測傳感頭的實際使用溫度要遠遠低於流體溫度。
通過在（zài）大（dà）港石油420℃高溫過熱蒸汽主管道上近兩年的（de）實際使用情況表明,將普通耐溫30℃的壓電式傳感頭用作不斷流渦街中的信號檢測傳感頭,不斷流渦街可在流體溫度高達420℃工藝管道上（shàng）長期、穩定、準確、可靠的運行。由此可見（jiàn）,這種傳感頭不斷（duàn）流拆裝的隔離結構設計將普通傳感頭的長期使用溫度提高了約120℃。
3.2 不（bú）斷（duàn）流拆裝
圖2a為普通氣（qì）體渦街流量計的現場安裝（zhuāng）結構示意圖。在重要的流量係統中,為了（le）在流量儀表發生故（gù）障時不影響（xiǎng）工藝（yì）過（guò）程,安裝普通氣體渦街流量計時,一般需要同時安裝旁路係統。對流量計進行維護時,為了保證管道（dào）內介質的正常流動而不（bú）影（yǐng）響工藝過程,將3#閥門打開後,關閉1禪（chán）閥門、2#閥門,再將渦（wō）街表體拆（chāi）下,方可進行傳感頭的拆裝更換。這樣既（jì）增加了工藝管線的旁路設施及泄漏點,又（yòu）增加（jiā）了維護人員的工作量。
圖b為（wéi）不斷流渦街的現場安裝結構示意圖。由於不斷流渦街（jiē）具有（yǒu）不斷流拆裝信號檢測傳感頭的功能,所以並不需要在工藝管線中安裝（zhuāng）繁瑣的旁路係統。當不斷流渦街出現（xiàn）故障或信號（hào）檢測傳感頭損壞時,不需要關閉閥門和拆（chāi）卸表體,便可以直接對信號檢測傳感頭進行檢修（xiū）及拆裝維護（hù）。這樣不僅實現了渦街信號檢測傳感頭的現場不（bú）斷流拆裝,而且（qiě）還完全省卻了繁瑣的旁路設施。既簡化了工（gōng）藝管線,又減少（shǎo）了維護人（rén）員的工作量

現場兩年（nián）多的實際運行情況證明,安裝在藍星石化氣分裝置、餘碳四裝置（zhì）控製係統（tǒng）工藝管道上的不斷流（liú）渦街運行穩定可（kě）靠,維護簡（jiǎn）單方便,完全能夠滿足現場控製精度及工藝流程的要求。同（tóng）時,由（yóu）於省略了以往安裝流量儀表時所需的旁路（lù）設施,還為企業節省了大量的資金。
4 結束（shù）語
不（bú）斷流渦街不僅延續了普通渦街的全部優點,同時由於具有的不斷流拆裝信號傳感頭功能,所以去掉了以往流量儀表安裝（zhuāng）時繁瑣的旁路設施,提高了可測介質溫度（dù）(可長期工作（zuò）在420℃高溫介質的工藝管線上)。也正是融合了這些優點,不斷流渦街（jiē）才徹底改變了普通（tōng）渦街不能被應（yīng）用於重要控製（zhì）係統的尷尬局麵,*大地拓寬了氣體渦街流量計的適（shì）用範圍。從不斷流渦街的實際標定情況及現場實際使用情況來看,它運行穩定（dìng）可靠,完（wán）全能夠滿足工藝流程要求,因此可廣泛地應用於石油、化工、冶金（jīn）、蒸汽熱網計量以（yǐ）及其它重要控製係統的流量工藝管線（xiàn）中。

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