[摘要]文章介紹(shao)差動開關電容式(shì)渦街流量計 的結(jie)構原理及其在蒸(zheng)汽計量中的實際(ji)應用，并對安☔裝👨‍❤️‍👨使(shi)用過程中較容易(yi).疏忽的一些問題(ti)進行分析。
　　随着能(néng)源短缺時代的到(dao)來以及人們環保(bao)意識的不斷提高(gao)✉️和❗對安全生産的(de)高度重視，集中供(gong)熱事業得到快速(su)發展。熱能變成一(yi)種商品，供汽和收(shōu)費自然成爲熱力(lì)公司的根本，蒸🎯汽(qì)計量顯得越來越(yuè)重要。
　　熱力公司面(mian)向廣州經濟技術(shù)開發區、高新區、出(chu)口加工區和保稅(shui)區的集中供熱企(qi)業，熱源有廣州恒(heng)運集團熱電(A、B、C、D)廠的(de)二次蒸汽和熱力(li)公司自建的3台蒸(zheng)汽鍋爐，供汽能力(lì)達300t/h,蒸汽管網總長(zhang)約50kmn,蒸汽用戶🍓目前(qian)以區内的50多家工(gōng)廠企業爲主。工業(ye)用戶的特點是:(1)各(gè)用戶的蒸汽用量(liàng)相差很大，小的不(bú)足1t/h,大的高達50t/h,相應(ying)的蒸汽流量計口(kou)徑大小從DN10~DN300mm;(2)連續生(sheng)💚産連續用汽，尤其(qí)是一-些大用戶，若(ruò)意外停汽将會造(zao)成重大的經濟損(sǔn)失，(3)流量變化量大(da)，視生産時段而定(dìng)♍。因此，對蒸汽計量(liang)儀表選型的基本(běn)要求是:穩✏️定可🧡靠(kao)、量程比寬、精度🏃.高(gao)、維護工作量少。近(jin)幾💯年來，我們🔅采用(yòng)以差動開關電容(róng)式渦✉️街流量計爲(wei)基礎的蒸🐕汽流量(liàng)測量系統，取得明(míng)✂️顯的效果和經濟(ji)效益。
1差動開關電(diàn)容式渦街流量計(ji)
1.1基本工作原理
　　渦(wō)街流量計 是基于(yú)“卡門渦街”原理實(shí)現流量測量的儀(yí)表。
　　在流體的管路(lù)中設置非流線型(xíng)柱狀阻力部件，在(zài)某一雷諾數Re範圍(wéi)内，其下遊兩側将(jiāng)産生旋渦分離現(xian)象，形成兩排交替(tì)出現的旋渦列并(bìng)依次向下遊流.去(qù)，連‼️續不斷🏃，好象--條(tiáo)由旋渦組成的街(jiē)道，形象地稱爲鍋(guo)街”。當渦列寬🛀度h與(yu)同列✔️相鄰兩旋渦(wō)的間距L之比滿足(zu)h/L=0.281時，這樣的渦街陣(zhen)列幾何結構才穩(wěn)定，稱💘爲卡門渦街(jie)。産生旋渦分離的(de)阻力部.件稱爲旋(xuan)渦發生體見圖1)。當(dang)旋渦發生📱體爲三(san)角柱體時，其旋渦(wo)分離頻率f(單位:Hz)和(he)管道内平均流速(sù)v旋渦發生體迎流(liú)面寬度d之間關系(xì)爲:
f=St.ʋ1/d=St.ʋ/[(1-1.25d/D).d](1)
　　式中:St爲斯特勞(láo)哈爾數無量綱)，在(zai)一定Re範圍内，st爲常(chang)🌈數🔴;ʋ1爲發💯生體兩側(ce)流體的平均流速(su)，m/sD爲管道内徑，m;d/D爲柱(zhù)寬👉比，即旋渦發生(shēng)體寬度與管徑之(zhī)比值;v爲旋渦發生(sheng)體前平均流速,m/s。
 
　　因(yin)管道中平均瞬時(shi)流量qv[m3/h]與管徑D和平(píng)均流速v關系🐕爲🏃:
 
　　實(shí)驗表明，當雷諾數(shù)Re≥20000時,斯特勞哈爾數(shu)st基本爲恒定👌值🌐，如(ru)三角柱發生體st=0.16,另(lìng)一方面,對于給定(ding)形式的具體儀表(biao)，其🤩幾何👨‍❤️‍👨尺寸D、d和相(xiang)互關系等已确定(ding)，故儀表系數K值也(yě)确定，與流體物性(xing)和組分無關。所以(yi)操作狀态體積流(liú)量qv與旋渦頻率ƒ成(cheng)🐇線性比例🌈關系:
qv=ƒ/K(5)
　　由(yóu)此可見，隻要正确(què)檢測旋渦頻率便(biàn)可得知體積流量(liàng)，這就是渦街流量(liàng)計的檢測基礎和(he)基本工作原理。而(ér)如何正确檢測旋(xuán)渦頻率則成爲決(jue)定渦街流量計♻️整(zhěng)體性能的關鍵，各(gè)種渦街流量計的(de)明顯區别也在于(yú)采用的檢測技術(shù)元件)不同，如從早(zao)期熱敏電阻元件(jiàn)的熱敏式渦街流(liu)量計，後來市場較(jiao)🚩多的壓電晶體元(yuán)件的應力式渦街(jie)流量計，到近期發(fa)展起來的差動🛀🏻開(kai)關電👌容式渦街流(liú)量計等等。
1.2結構原(yuán)理
　　差動開關電容(rong)式渦街流量計(以(yǐ)下簡稱電容式渦(wō)街)采用🏃差動開關(guan)電容傳感器(以下(xià)簡稱DSC傳感器)檢測(cè)卡門渦❗街産生的(de)旋渦頻率信号。整(zhěng)個信号檢測處理(li)過程如圖2。
 
　　DSC傳感器爲外置(zhi)懸臂式結構(圖3)，獨(du)立于.儀表旋渦發(fa)生體但⭕又徑向插(chā)入發生體的中心(xin)孔中，并與兩側導(dǎo)壓孔連通，以檢測(ce)卡門旋渦壓力的(de)變化。它實質是一(yi)個電容式機-電轉(zhuan)換器。
 
　　外觀爲圓簡(jian)形且下端密封而(ér)管壁又很薄的振(zhen)動舌🛀🏻作🐪爲電容器(qi)的公共電極，其内(nèi)部有兩個附于同(tóng)---支座下端但又相(xiang)互絕緣的弧狀形(xing)電極。這兩個電極(ji)與公👣.共電極振動(dong)舌🈚内壁之間保留(liu)有充滿空氣🌂的微(wei)小間隙，構成兩♻️個(ge)電容器，電介質爲(wèi)空氣，其電容的大(da)小與電極和振動(dòng)舌内壁之間的距(jù)離成反比。當振動(dong)舌發生形變或位(wèi)移時就會使兩個(ge)電容失去平衡，産(chan)生差✨動電容。
　　當旋(xuan)渦産生時在兩側(cè)形成微小壓差，旋(xuán)渦壓力使振動舌(she)發生左右撓性振(zhèn)動，由于内部兩個(gè)電極及其支㊙️座仍(reng)固定不動⛷️，從而一(yi)個電容間隙增大(da)(電容量變小)，同時(shí)另一電容間隙減(jian)小(電容量變大)，反(fan)之💜亦然，也即導緻(zhi)兩電容的大小因(yin)距離相對變化而(ér)❌發生周期性🌍的變(biàn)化，産生了差動信(xìn)号。這也是差動開(kai)關電容檢測電路(lù)所檢測到的唯一(yī)信号。差動信号呈(cheng)正弦波形式💯，經前(qian)置放大器處🏃🏻理後(hou)以PEM(脈沖頻🌍率調劑(jì))脈沖信号形🐅式輸(shū)出。
2.3性能特點
　　當管(guǎn)道發生振動時，振(zhèn)動的慣性力同時(shí)作用在振動舌❌和(he)電極上，使它們在(zai)同方向上産生形(xing)變，由于振動舌與(yu)🈲兩個電極及支座(zuò)的振動特性和幾(jǐ)何結構相匹配，它(tā)們對于外部振動(dong)的響應是同步的(de)，即形變量相-緻，兩(liǎng)個電容間隙沒有(you)相對變化，故不産(chan)🌈生差動信号，因此(ci)能夠消除任何方(fāng)向、頻率≤500Hz加速度≤1g的(de)強機械振動的影(yǐng)響。
　　應用現代工程(chéng)材料與方法，使其(qí)工作溫度範圍擴(kuo)展至-200℃~+400C,而且不存在(zài)破裂、老化等問題(ti)，能夠承受得住🏃🏻‍♂️高(gāo)達♌100℃/s的熱沖擊。振動(dòng)舌的管壁很薄，因(yīn)此靈敏度很高，即(jí)流速下限可以很(hen)低(介質爲水時，流(liú)速爲0.2m/s);又因爲振動(dòng)舌爲圓簡形不鏽(xiu)鋼，機械結構堅固(gu)，可以耐🚶‍♀️高流速旋(xuan)渦的壓力作用，所(suo)以流速上限較高(gao)(介質爲水時，流速(su)爲9m/s.介質爲蒸汽和(hé)氣體時，流速爲75m/s)。由(yóu)于兼顧了流速的(de)兩🐉個極端，因此量(liang)程👣比很.寬(最高可(kě)達🔞40:1)。
2溫度壓力補償(chang)與測量系統
　　渦街(jiē)流量計 是一種速(su)度式流量計，其直(zhí)接檢測結果是給(gěi)出操作狀态下的(de)體積流量，在其測(cè)量範圍内，這種體(ti)積流量不受流體(ti)溫度🍓、壓力、密度、粘(zhān)度、成分等性質變(biàn)化所影🐕響，因而是(shì)正确的，不需要任(rèn)何溫度、壓力補償(chang)。但工程上測量蒸(zhēng)汽流量時☔習慣上(shàng)以質量流量qm，單位(wèi)用kg/h或t/h表示，所以上(shang)述體積流量qv需要(yao)引入蒸汽密度Q(p,T)參(cān)數進🏃🏻‍♂️行折算:
 
　　而蒸(zhēng)汽密度Q是直接受(shou)到蒸汽工作狀态(tài)如溫度T、壓力p等影(yǐng)響❄️的，例如溫度爲(wei)190℃的蒸汽，當壓力由(you)1.IMPa上升到💚1.2MPa時，其🔴密度(dù)約增大了10%,可見🔆，蒸(zheng)汽性質變化或操(cao)作條件波動時會(huì)産生一定的附加(jiā)誤差。因🙇‍♀️此在體積(jī)流量檢測的🈲同時(shí)還要進行溫度壓(yā)力的檢測，也即通(tōng)⚽過T、p對Q進行實時補(bu)償以消除系統的(de)附加誤差，保證最(zui)終需要的檢☔測結(jié)果即質量流量的(de)正确率，而這些補(bu)償運算工作均在(zai)流量積算儀中自(zi)動完成。所以，應用(yòng)渦街流量計🐕測量(liang)蒸汽流量時☂️，溫度(du)壓力補🔞償是很有(you)必要的。
　　在本測量(liang)系統中，蒸汽的體(ti)積流量qv壓力p和溫(wen)度T分别通過🏃電容(róng)式渦街流量計、壓(ya)力變送器和熱電(diàn)阻🔞(P1100)的檢測而轉換(huàn)爲PFM脈沖、4~20mADC和電阻值(zhí)信号，并同時輸入(rù)現場的智能流🏃量(liàng)積算儀進行運算(suan)和💜顯示，其讀數即(jí)爲補償後的蒸汽(qì)❓質量流量qm。
　　此外，由(you)于蒸汽用戶分散(san)并且距離較遠，給(gei)管理帶來了📐諸🍓多(duō)🈲不便，爲此我們利(li)用流量積算儀的(de)通訊📐功能(RS485)和專網(wǎng)無線傳⚽輸技💃術，與(yǔ)上位計算機(智能(néng)終端)構成💋網絡，将(jiang)各測量⛱️點的計🏃🏻‍♂️量(liang)數據實時傳輸到(dao)熱力公司🐅的主機(ji)中進行監控與儲(chǔ)存，可在主機中🥰随(suí)時查詢任🥵何一個(ge)用戶點的流量、壓(yā)力、溫度等參數和(he)掉電情況，從而實(shi)現了遠傳監控管(guan)理，也成爲企業信(xìn)息🐉化建設的一部(bù)分。
　　綜上所述，每個(ge)測量點的系統構(gòu)成如圖4。
 
3應用實例(li)
　　在50多個測量點中(zhōng)，下面是幾種典型(xing)的應用例子。
3.1大流(liú)量、長管線
　　某公司(si)分别采用電容式(shi)渦街DN200、DN250,蒸汽流量在(zài)20~30t/h之間，蒸汽管線長(zhǎng)約5km,位于熱源點末(mo)端，有時蒸汽處于(yu)過熱🎯與飽和的臨(lin)界狀态，但運行一(yi)直很正常。
　　另一用(yong)戶麥芽公司的管(guǎn)線長約3km,在設計階(jiē)段，由于對🌐蒸💯汽用(yòng)量估算不足，僅采(cai)用DN200電容式渦街，但(dan)實際使用時，其蒸(zhēng)汽用量大大超出(chu)原設計用量，正常(cháng)30t/h左🌂右，有時甚至達(dá)到40t/h以上。過大的流(liú)量，造成管線中的(de)蒸汽流速極高(現(xiàn)場常可聽到管道(dào)中的銳嘯聲),這對(duì)該電容式⁉️渦街的(de)性能提出較高的(de)要求，但使用☔以來(lai)，一直運行良好。
3.2大(dà)管道、小流量
　　根據(jù)長遠的用汽規劃(huà)，鋪設DN250蒸汽管道并(bìng)選用DN200電容式渦街(jiē)，雖然目前建廠初(chu)期蒸汽用量僅5~10t/h,相(xiang)對于DN200電容式渦街(jiē)而言流量偏小，卻(què)仍然落入其測量(liàng)範圍⚽之内，故理論(lun).上能準确計量。爲(wei)便于了解該渦街(jie)運行情況，熱力公(gong)司在同一管道的(de)供汽端加裝了--台(tái)應力式渦街流量(liàng)計采用壓電晶體(ti)傳感器)作爲比較(jiao)，但由于小流量丢(diū)失、穩定性差等原(yuan)因，其讀數誤差達(da)5%~30%，顯然，這種數據已(yǐ)失去參考價值;後(hòu)來換裝成🔴電容式(shi)渦街，結果兩台電(diàn)容式渦街的測量(liang)數據基🐆本保持一(yi)緻。
3.3流量變化大
　　大(dà)多蒸汽管道尺寸(cùn)較小的蒸汽用戶(hù)均存在蒸汽用量(liang)變化✌️大的特點，因(yīn)爲這些用戶主要(yao)集中在加熱攪☀️拌(bàn)、烘烤及酒店、生活(huó)區等行業，如慧達(dá)化工、秉信紙業、捷(jie)普生活區、新港碼(mǎ)頭等單位，蒸汽用(yong)量因不同季節(如(ru)冬天多，夏天少)和(he)不同時段(如做飯(fan)、洗🔱澡時用量多,其(qi)餘時間用量少)差(cha)異非💞常大，如果安(ān)裝傳統孔闆流量(liàng)計，需要2~3套進行切(qiē)換，而渦街✍️1套便💋可(kě)滿足要求。以秉信(xin)紙業🔴公司爲例，在(zai)滿負荷工作時，其(qi)用汽量可達到✉️3t/h,當(dang)處于用汽低峰時(shi)🎯，其用汽量🚶‍♀️不足0.1t/h,所(suǒ)以🈲要求流量計具(jù)有非常寬的量程(chéng)比💋，否則将會造成(chéng)小流量的丢失，但(dàn)從現場安裝的DN80電(diàn)容式渦街運行情(qíng)況看，幾乎不存在(zai)什麽小流量丢失(shī)的💛問題，因而避免(mian)了供汽用汽雙🏃🏻方(fāng)因計量不準而引(yǐn)起的糾紛。
3.4管道機(ji)械振動
　　現場蒸汽(qì)管道總是存在一(yi)些振動現象，由于(yú)機器設備運轉或(huo)車輛行駛等引起(qi)的管道機械振動(dòng)更是難👄以避💁免，最(zuì)☎️典型😍的就是力嘉(jiā)公司和綠箭香口(kǒu)膠公司兩家蒸汽(qì)用戶，它們的廠區(qū)緊靠馬路，蒸汽支(zhī)管線都🐅不可避免(mian)要經過交通主幹(gàn)道。前者原來使用(yòng)DN25應力式渦街，結果(guo)常常能根據現♈場(chang)突變的檢🧑🏽‍🤝‍🧑🏻測信号(hao)(反映爲瞬時流量(liang)讀數急增)而準确(que)預測到大型車輛(liang)正在經過，這說明(ming)其很容易受振動(dòng)幹擾;後者安裝DN80電(diàn)容式渦街流量計(jì)，其在同樣有大型(xíng)車輛經過時，其顯(xiǎn)示值卻🥰沒有什麽(me)變化，這證明其抗(kàng)✉️振動幹擾性能良(liáng)好。
3.5間隙性用汽
　　本(ben)田汽車公司安裝(zhuāng)了DN80電容式渦街流(liú)量計,其蒸汽流量(liang)5t/h左右。由于是間隙(xì)性使用，一天之内(nèi)需要頻繁多次停(tíng)汽、用汽，這顯然會(hui)對渦街形成頻繁(fan)沖擊，由此所引起(qǐ)的幹擾也會增多(duo)，因此要求所用渦(wo)街具有較高的✊抗(kàng)流速沖擊、抗熱沖(chòng)擊和抗振動幹擾(rao)的能力。從現場觀(guan)察和計量數據分(fen)析看，該電容式渦(wo)街完全能适應這(zhe)一工況，儀表運行(háng)一直正常。
4注意事(shi)項
　　渦街應用效果(guo)是産品性能、選型(xing)、安裝的綜合反映(ying)。現就應用中容易(yì)疏忽的幾個問題(tí)作一分析，以引起(qi)注意和☁️重視。
(1)在設(she)計選型階段，必須(xū)依據蒸汽的實際(jì)工藝參數🌈選擇💃合(he)适的渦街口徑大(dà)小，而管道尺寸僅(jǐn)作爲參考。經驗表(biǎo)🌈明，管路設計時往(wang)往留有很大的餘(yú)量,蒸汽管道尺寸(cun)普遍偏大，如果按(an)原管道選擇渦街(jie)口徑，經常會造成(chéng)精度下降(小流😍量(liàng)丢失)甚至不能計(ji)量的後果;而根據(jù)參數選出的渦街(jiē)口徑常常有小--檔(dàng)的情況，這🔅時安裝(zhuāng)渦街需要一段同(tóng)心縮管。
(2)安裝時必(bì)須嚴格依據施工(gong)規範。例如，前後直(zhí)管段🚶‍♀️長度必須滿(man)足渦街流量計的(de)技術要求，渦街儀(yí)表體中心線與前(qián)後直管道中心線(xian)同軸，密封墊不能(neng)伸入管道中，這樣(yang)可以防止因👅部分(fèn)流通面積被蓋住(zhù)、流速分布發生畸(ji)變、流場受幹擾而(er)引起測量誤差;蒸(zheng)汽管道🎯測量段保(bao)證沒有冷凝水;對(duì)于新裝工藝管道(dào)，在吹⭐掃時必須先(xiān)把渦街拆下，吹掃(sǎo)幹淨後方可裝回(hui)🏒。
(3)電氣接線必須規(gui)範,現場的防水、防(fáng)高溫措施必須到(dao)❤️位。例如，儀表體處(chù)的保溫隔熱層的(de)高度不能高于表(biao)頭支架的一半，這(zhe)樣🧑🏽‍🤝‍🧑🏻支架中有保溫(wen)部分(下半部)可阻(zǔ)止熱幅射，無保溫(wēn)部分🤩(上半部)可防(fang)止熱量傳遞到表(biǎo)🏃🏻‍♂️頭;水平管道時，表(biǎo)頭應盡可能水平(píng)放置，以便盡量降(jiang)低熱空氣對前置(zhì)放大器🤞電子元件(jiàn)的😄影響。
5結束語
　　本(ben)測量系統的核心(xīn)是差動開關電容(rong)式渦街流量計，它(tā)對于測🧑🏽‍🤝‍🧑🏻量是否成(cheng)功起到決定性作(zuò)用。幾年的應用實(shí)踐表明，這種電容(róng)💚式渦街工作穩定(dìng)可靠，抗振動幹擾(rao)強，不存在應力式(shi)渦街流量計那種(zhong)對振動的敏感性(xìng)，其測量數據是可(kě)信的、是公正的，也(ye)沒有應力式.渦街(jie)常因雷擊而損壞(huai)的這類問題;結構(gou)堅固,沒有可動部(bù)件，不存在磨損和(hé)堵塞問題，無需維(wei)護，使用成本低;靈(líng)敏度高，量程比寬(kuan)，減少了小流量丢(diū)失;儀表精度高可(kě)達0.5%),且長期運行幾(ji)乎不會改變,而精(jing)度的提高對于蒸(zheng)汽計量有着明顯(xiǎn)的經濟❄️價值。它的(de)成功應用，爲解決(jué)熱力公司高溫蒸(zhēng)汽正确計量這個(gè)🥰難;題提供一個非(fei)常有效的途徑。

以(yǐ)上内容源于網絡(luò)，如有侵權聯系即(jí)删除!