管道振动对涡街流量计计量性能影响的试验研究

2015-10-31苏黎丽

建材与装饰 2015年21期

关键词：涡街示值加速度

苏黎丽

（福建省计量科学研究院　福建　福州　350003　国家蒸汽流量计产品质量监督检验中心（筹）福建　福州　350003）

管道振动对涡街流量计计量性能影响的试验研究

苏黎丽

（福建省计量科学研究院福建福州350003国家蒸汽流量计产品质量监督检验中心（筹）福建福州350003）

借助液体流量标准装置，辅以功率放大器、激振器、测振仪等设备，测量涡街流量计在一定流量范围内受不同振动方向、加速度、频率作用时的示值误差，分析不同振动情况对涡街流量计计量性能的影响。

管道振动；涡街流量计；计量性能；试验

引言

涡街流量计（又称旋涡流量计）是根据“卡门涡街”原理研制的流体振荡式流量测量仪表[1]。因其具有准确度等级高、量程比宽、压力损失小、可靠性高、安装维护方便等诸多优点，特别是在测量工况体积流量时几乎不受流体密度、压力、温度、粘度等参数的影响，被广泛应用于工业管道中气体、液体、蒸汽等多种介质流体的流量测量。

在实际生产过程中，管道常常因为机械振动、气流脉动、液体流经节流口处产生空穴等原因产生振动，这些振动将对流量仪表的准确计量造成或多或少的影响，严重时甚至导致无法正常工作和损坏，国内外许多用户、流量仪表生产企业、高校及流量专业人员对此都深有体会，但具体研究的文献却屈指可数，天津大学邢娟、张涛等人曾经采用标准表法，在气体流量管道试验装置上进行管道振动对涡街流量计测量影响的试验研究[2]。本文同样以涡街流量计为研究对象，但采用质量法，在液体流量标准装置上进行同类试验，最大程度地消除测量标准受到的管道振动影响，研究分析液体管道振动对涡街流量计计量性能的影响。

1　试验方案

1.1试验设备

在液体流量标准装置的基础上，加装振动装置和便携式测振仪，对涡街流量计进行振动试验，装置结构见图1。其中：

液体流量标准装置采用静态质量法，主要由液体循环系统、试验管道、流量工作标准、实验启停设备和控制设备等5部分组成[3]。装置不确定度Urel≤0.05%（k=2），被检表口径（DN25～DN300）mm。试验过程中，除了拆装被检流量计外，其他主要操作均由计算机自动控制，包括自动控制气动开关阀、流量调节阀、水泵、计时器、换向器等的运行，进行温度传感器、压力传感器、电子天平、被检涡街流量计输出信号等的采集处理和数据处理。

振动装置由电磁激振器、功率放大器及工业过程校验仪等组成，振幅（0～10）mm，频率（0～2000）Hz。

便携式测振仪用于测量管道的振动状态，可测量加速度0.0～199.9m/s2（频率10～1000Hz）。

1.2工作原理

由图1可知，将被测涡街流量计9用气动夹表器11安装在试验管道上，启动水泵3，将水池1中的水打入稳压罐5，经稳压罐消除高频脉动后进入试验管道，通过流量调节阀12调节所需的流量，使水依次通过被测涡街流量计前直管段、被测涡街流量计、后直管段、夹表器、流量调节阀，经喷嘴13流出试验管道。喷嘴出口处安装换向器14，通过切换换向器改变水流方向，或流入电子天平17上的称量容器18，进行称重后通过排水阀16回到水池，或流入旁通管15后回到水池[4]。

图1　试验装置结构示意图

进行管道振动试验时，则同时启动振动装置19，用测振仪8测量管道振动参数，根据需要的振动频率、加速度调节振动装置。

1.3环境条件

温度：（5～45）℃；湿度：（35～95）%RH；大气压力：（86～106）kPa。

1.4试验对象

涡街流量计，准确度等级1.0级，口径DN250mm。

1.5试验介质

清洁水。

1.6试验点选择

本次试验参照涡街流量计检定和型试评价的有关规定[4]，结合实际情况，确定如下试验点：

流量点4个：50m3/h，100m3/h，200m3/h，500m3/h；

振动加速度3种：0.2g，1g，2g；

振动频率3种：10Hz，75Hz，150Hz；

振动方向2个：按空间直角坐标系，取X向（横向）和Z向（竖向）。

2　试验结果与分析

为比较分析涡街流量计受振动前后计量性能的变化，分别对流量计进行未施加管道振动、在管道竖向上施加不同加速度和频率振动、在管道横向上分别施加不同加速度和频率振动情况下的试验。

2.1未施加管道振动时的试验

在未施加管道振动的情况下，对涡街流量计4个流量点进行试验，分别为：50m3/h，100m3/h，200m3/h，500m3/h，每个流量点试验3次，试验数据见表1。

从试验数据得知，被测涡街流量计未施加振动时，各个流量点的示值误差均在1.0级涡街流量计最大允许误差范围内，见图2。

表1　未施加管道振动时涡街流量计的试验数据

2.2施加竖向管道振动时的试验

图2　未施加振动时示值误差变化曲线

在管道竖向上，分别施加0.2g、1.0g、2.0g的振动加速度和10Hz、75Hz、150Hz的振动频率后进行试验，得到相应的试验数据见表2。

根据试验数据，形成不同频率、不同加速度振动情况下，涡街流量计示值误差随流量变化的曲线，见图3。

表2　施加竖向管道振动时的试验数据

比较图3中的曲线，发现流量计受振动影响因流量变化产生的误差变化大，无论振动频率、振动加速度如何变化，小流量、大流量时的示值误差（指绝对值，下同）均较大，中流量时的示值误差较小；在同一振动加速度时，各个流量点示值误差有随振动频率加大而增大的趋势；在同一振动频率、同一流量点时，加速度变化引起的误差变化相对而言较小。