管道振動對渦街流量計計量性能影響的試驗研究

蘇黎麗

（福建省計量科學研究院　福建　福州　350003　國家蒸汽流量計產品質量監督檢驗中心（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研究

蘇黎麗

（福建省計量科學研究院福建福州350003國家蒸汽流量計產品質量監督檢驗中心（籌）福建福州350003）

借助液體流量標準裝置，輔以功率放大器、激振器、測振儀等設備，測量渦街流量計在一定流量范圍內受不同振動方向、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

引言

渦街流量計（又稱旋渦流量計）是根據“卡門渦街”原理研制的流體振蕩式流量測量儀表[1]。因其具有準確度等級高、量程比寬、壓力損失小、可靠性高、安裝維護方便等諸多優點，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、粘度等參數的影響，被廣泛應用于工業管道中氣體、液體、蒸汽等多種介質流體的流量測量。

在實際生產過程中，管道常常因為機械振動、氣流脈動、液體流經節流口處產生空穴等原因產生振動，這些振動將對流量儀表的準確計量造成或多或少的影響，嚴重時甚至導致無法正常工作和損壞，國內外許多用戶、流量儀表生產企業、高校及流量專業人員對此都深有體會，但具體研究的文獻卻屈指可數，天津大學邢娟、張濤等人曾經采用標準表法，在氣體流量管道試驗裝置上進行管道振動對渦街流量計測量影響的試驗研究[2]。本文同樣以渦街流量計為研究對象，但采用質量法，在液體流量標準裝置上進行同類試驗，最大程度地消除測量標準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　試驗方案

1.1試驗設備

在液體流量標準裝置的基礎上，加裝振動裝置和便攜式測振儀，對渦街流量計進行振動試驗，裝置結構見圖1。其中：

液體流量標準裝置采用靜態質量法，主要由液體循環系統、試驗管道、流量工作標準、實驗啟停設備和控制設備等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。試驗過程中，除了拆裝被檢流量計外，其他主要操作均由計算機自動控制，包括自動控制氣動開關閥、流量調節閥、水泵、計時器、換向器等的運行，進行溫度傳感器、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據處理。

振動裝置由電磁激振器、功率放大器及工業過程校驗儀等組成，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，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安裝在試驗管道上，啟動水泵3，將水池1中的水打入穩壓罐5，經穩壓罐消除高頻脈動后進入試驗管道，通過流量調節閥12調節所需的流量，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、流量調節閥，經噴嘴13流出試驗管道。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　試驗裝置結構示意圖

進行管道振動試驗時，則同時啟動振動裝置19，用測振儀8測量管道振動參數，根據需要的振動頻率、加速度調節振動裝置。

1.3環境條件

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

1.4試驗對象

渦街流量計，準確度等級1.0級，口徑DN250mm。

1.5試驗介質

清潔水。

1.6試驗點選擇

本次試驗參照渦街流量計檢定和型試評價的有關規定[4]，結合實際情況，確定如下試驗點：

流量點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：按空間直角坐標系，取X向（橫向）和Z向（豎向）。

2　試驗結果與分析

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。

2.1未施加管道振動時的試驗

在未施加管道振動的情況下，對渦街流量計4個流量點進行試驗，分別為：50m3/h，100m3/h，200m3/h，500m3/h，每個流量點試驗3次，試驗數據見表1。

從試驗數據得知，被測渦街流量計未施加振動時，各個流量點的示值誤差均在1.0級渦街流量計最大允許誤差范圍內，見圖2。

表1　未施加管道振動時渦街流量計的試驗數據

2.2施加豎向管道振動時的試驗

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的振動頻率后進行試驗，得到相應的試驗數據見表2。

根據試驗數據，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數據

比較圖3中的曲線，發現流量計受振動影響因流量變化產生的誤差變化大，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小；在同一振動加速度時，各個流量點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

在管道橫向上，分別施加與橫向振動相同加速度、頻率后進行試驗，因激振器只能產生單方向（豎向）的振動，進行橫向振動時，將激振器翻轉90°，得到相應的試驗數據并形成曲線圖，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生的示值誤差比受豎向振動影響產生的示值誤差小，但在兩個振動方向上，因不同振動頻率、不同振動加速度產生的影響類似。

表3　施加橫向管道振動時的試驗數據

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　結論

本文通過在質量法液體流量標準裝置上，對渦街流量計進行不同方向、不同加速度、不同頻率等振動情況下的試驗，得出以下結論：

（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，應綜合考慮實際工況條件，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確可靠。

[1]徐英華.流量計量（上）[M].北京：中國質檢出版社、中國標準出版社，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研究[J].振動與沖擊，2009，28（03）：112～115.

[3]《液體流量標準裝置》（JJG164-2000）[S].

[4]段慧明.液體流量標準裝置和標準表法流量標準裝置[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