蘇黎麗

（福建省計量科學(xué)研究院　福建　福州　350003　國家蒸汽流量計產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心（籌）福建　福州　350003）

管道振動對渦街流量計計量性能影響的試驗(yàn)研究

蘇黎麗

（福建省計量科學(xué)研究院福建福州350003國家蒸汽流量計產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心（籌）福建福州350003）

借助液體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置，輔以功率放大器、激振器、測振儀等設(shè)備，測量渦街流量計在一定流量范圍內(nèi)受不同振動方向、加速度、頻率作用時的示值誤差，分析不同振動情況對渦街流量計計量性能的影響。

管道振動；渦街流量計；計量性能；試驗(yàn)

引言

渦街流量計（又稱旋渦流量計）是根據(jù)“卡門渦街”原理研制的流體振蕩式流量測量儀表[1]。因其具有準(zhǔn)確度等級高、量程比寬、壓力損失小、可靠性高、安裝維護(hù)方便等諸多優(yōu)點(diǎn)，特別是在測量工況體積流量時幾乎不受流體密度、壓力、溫度、粘度等參數(shù)的影響，被廣泛應(yīng)用于工業(yè)管道中氣體、液體、蒸汽等多種介質(zhì)流體的流量測量。

在實(shí)際生產(chǎn)過程中，管道常常因?yàn)闄C(jī)械振動、氣流脈動、液體流經(jīng)節(jié)流口處產(chǎn)生空穴等原因產(chǎn)生振動，這些振動將對流量儀表的準(zhǔn)確計量造成或多或少的影響，嚴(yán)重時甚至導(dǎo)致無法正常工作和損壞，國內(nèi)外許多用戶、流量儀表生產(chǎn)企業(yè)、高校及流量專業(yè)人員對此都深有體會，但具體研究的文獻(xiàn)卻屈指可數(shù)，天津大學(xué)邢娟、張濤等人曾經(jīng)采用標(biāo)準(zhǔn)表法，在氣體流量管道試驗(yàn)裝置上進(jìn)行管道振動對渦街流量計測量影響的試驗(yàn)研究[2]。本文同樣以渦街流量計為研究對象，但采用質(zhì)量法，在液體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置上進(jìn)行同類試驗(yàn)，最大程度地消除測量標(biāo)準(zhǔn)受到的管道振動影響，研究分析液體管道振動對渦街流量計計量性能的影響。

1　試驗(yàn)方案

1.1試驗(yàn)設(shè)備

在液體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置的基礎(chǔ)上，加裝振動裝置和便攜式測振儀，對渦街流量計進(jìn)行振動試驗(yàn)，裝置結(jié)構(gòu)見圖1。其中：

液體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置采用靜態(tài)質(zhì)量法，主要由液體循環(huán)系統(tǒng)、試驗(yàn)管道、流量工作標(biāo)準(zhǔn)、實(shí)驗(yàn)啟停設(shè)備和控制設(shè)備等5部分組成[3]。裝置不確定度Urel≤0.05%（k=2），被檢表口徑（DN25～DN300）mm。試驗(yàn)過程中，除了拆裝被檢流量計外，其他主要操作均由計算機(jī)自動控制，包括自動控制氣動開關(guān)閥、流量調(diào)節(jié)閥、水泵、計時器、換向器等的運(yùn)行，進(jìn)行溫度傳感器、壓力傳感器、電子天平、被檢渦街流量計輸出信號等的采集處理和數(shù)據(jù)處理。

振動裝置由電磁激振器、功率放大器及工業(yè)過程校驗(yàn)儀等組成，振幅（0～10）mm，頻率（0～2000）Hz。

便攜式測振儀用于測量管道的振動狀態(tài)，可測量加速度0.0～199.9m/s2（頻率10～1000Hz）。

1.2工作原理

由圖1可知，將被測渦街流量計9用氣動夾表器11安裝在試驗(yàn)管道上，啟動水泵3，將水池1中的水打入穩(wěn)壓罐5，經(jīng)穩(wěn)壓罐消除高頻脈動后進(jìn)入試驗(yàn)管道，通過流量調(diào)節(jié)閥12調(diào)節(jié)所需的流量，使水依次通過被測渦街流量計前直管段、被測渦街流量計、后直管段、夾表器、流量調(diào)節(jié)閥，經(jīng)噴嘴13流出試驗(yàn)管道。噴嘴出口處安裝換向器14，通過切換換向器改變水流方向，或流入電子天平17上的稱量容器18，進(jìn)行稱重后通過排水閥16回到水池，或流入旁通管15后回到水池[4]。

圖1　試驗(yàn)裝置結(jié)構(gòu)示意圖

進(jìn)行管道振動試驗(yàn)時，則同時啟動振動裝置19，用測振儀8測量管道振動參數(shù)，根據(jù)需要的振動頻率、加速度調(diào)節(jié)振動裝置。

1.3環(huán)境條件

溫度：（5～45）℃；濕度：（35～95）%RH；大氣壓力：（86～106）kPa。

1.4試驗(yàn)對象

渦街流量計，準(zhǔn)確度等級1.0級，口徑DN250mm。

1.5試驗(yàn)介質(zhì)

清潔水。

1.6試驗(yàn)點(diǎn)選擇

本次試驗(yàn)參照渦街流量計檢定和型試評價的有關(guān)規(guī)定[4]，結(jié)合實(shí)際情況，確定如下試驗(yàn)點(diǎn)：

流量點(diǎn)4個：50m3/h，100m3/h，200m3/h，500m3/h；

振動加速度3種：0.2g，1g，2g；

振動頻率3種：10Hz，75Hz，150Hz；

振動方向2個：按空間直角坐標(biāo)系，取X向（橫向）和Z向（豎向）。

2　試驗(yàn)結(jié)果與分析

為比較分析渦街流量計受振動前后計量性能的變化，分別對流量計進(jìn)行未施加管道振動、在管道豎向上施加不同加速度和頻率振動、在管道橫向上分別施加不同加速度和頻率振動情況下的試驗(yàn)。

2.1未施加管道振動時的試驗(yàn)

在未施加管道振動的情況下，對渦街流量計4個流量點(diǎn)進(jìn)行試驗(yàn)，分別為：50m3/h，100m3/h，200m3/h，500m3/h，每個流量點(diǎn)試驗(yàn)3次，試驗(yàn)數(shù)據(jù)見表1。

從試驗(yàn)數(shù)據(jù)得知，被測渦街流量計未施加振動時，各個流量點(diǎn)的示值誤差均在1.0級渦街流量計最大允許誤差范圍內(nèi)，見圖2。

表1　未施加管道振動時渦街流量計的試驗(yàn)數(shù)據(jù)

2.2施加豎向管道振動時的試驗(yàn)

圖2　未施加振動時示值誤差變化曲線

在管道豎向上，分別施加0.2g、1.0g、2.0g的振動加速度和10Hz、75Hz、150Hz的振動頻率后進(jìn)行試驗(yàn)，得到相應(yīng)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)見表2。

根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，形成不同頻率、不同加速度振動情況下，渦街流量計示值誤差隨流量變化的曲線，見圖3。

表2　施加豎向管道振動時的試驗(yàn)數(shù)據(jù)

比較圖3中的曲線，發(fā)現(xiàn)流量計受振動影響因流量變化產(chǎn)生的誤差變化大，無論振動頻率、振動加速度如何變化，小流量、大流量時的示值誤差（指絕對值，下同）均較大，中流量時的示值誤差較??；在同一振動加速度時，各個流量點(diǎn)示值誤差有隨振動頻率加大而增大的趨勢；在同一振動頻率、同一流量點(diǎn)時，加速度變化引起的誤差變化相對而言較小。

圖3　不同頻率、不同加速度的豎向振動下示值誤差變化曲線

2.3施加橫向管道振動時的試驗(yàn)

在管道橫向上，分別施加與橫向振動相同加速度、頻率后進(jìn)行試驗(yàn)，因激振器只能產(chǎn)生單方向（豎向）的振動，進(jìn)行橫向振動時，將激振器翻轉(zhuǎn)90°，得到相應(yīng)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)并形成曲線圖，分別見表3，圖4。

比較表2、表3和圖3、圖4，可以看出，流量計受橫向振動影響產(chǎn)生的示值誤差比受豎向振動影響產(chǎn)生的示值誤差小，但在兩個振動方向上，因不同振動頻率、不同振動加速度產(chǎn)生的影響類似。

表3　施加橫向管道振動時的試驗(yàn)數(shù)據(jù)

圖4　不同頻率、不同加速度的橫向振動下示值誤差變化曲線

3　結(jié)論

本文通過在質(zhì)量法液體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置上，對渦街流量計進(jìn)行不同方向、不同加速度、不同頻率等振動情況下的試驗(yàn)，得出以下結(jié)論：

（1）在不同管道振動方向作用下，豎向振動較橫向振動對渦街流量計計量性能的影響大。

（2）在相同振動條件（相同方向、加速度、頻率）作用下，渦街流量計兩端流量（小流量、大流量）示值誤差大，中間流量示值誤差小。

（3）在相同振動加速度作用下，渦街流量計各個流量點(diǎn)示值誤差有隨振動頻率加大而增大的趨勢。

（4）在相同振動頻率作用下，加速度變化對渦街流量計同一流量點(diǎn)的示值誤差變化影響相對較小。

綜上所述，渦街流量計受到管道振動后計量性能可能發(fā)生變化，特別是在極限流量時，受加速度大、高頻率的豎向振動影響最大。因此，用戶在選用安裝流量計時，應(yīng)綜合考慮實(shí)際工況條件，選擇最適用的流量計類型或者采取一定的減振防振措施，以保證流量計計量的準(zhǔn)確可靠。

[1]徐英華.流量計量（上）[M].北京：中國質(zhì)檢出版社、中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2012.

[2]刑娟，張濤，郝松.管道振動對渦街流量計測量影響的試驗(yàn)研究[J].振動與沖擊，2009，28（03）：112～115.

[3]《液體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置》（JJG164-2000）[S].

[4]段慧明.液體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置和標(biāo)準(zhǔn)表法流量標(biāo)準(zhǔn)裝置[M].北京：中國計量出版社，2004.

[5]《渦街流量計》（JJG1029-2007）[S].

TK313

A

1673-0038（2015）21-0099-03

2015-5-2