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高压型天然气流量计旋涡发生体也是阻流件,当流体通过阻流区时,必然产生压力和流速变化,上游段平均流速U和旋涡发生体两侧的平均流速U1在量值上不等。流体连续方程指出,此时U1的世值要大于U。圆柱形发生体结构简单、加工方便;同心度和对称性好、易安装;阻力系数小、斯特劳哈尔数稳定,是早期涡街流量计常用的旋涡发生体。实践证明,圆柱形发生体容易使旋涡发生点随柱面移动,涡列排列不稳定,线形程度差,现已被旋涡发生点稳定的其他柱形所代替。
涡街流量计信号如何产生:由于流体通过发生体两侧时,流束截面减小将引起静压下降,表现为发生体上、下游阻流段存在正向压差。另外,下游尾流因涡列的存在,将产生有规律振荡现象,而尾流振荡也会对流速、压差施加干扰,结果造成两者将随尾流振荡发,生周期变化。综上所述,对压差、流速、尾流振荡信号可采用不同测量原理进行采集。
信号如何产生:旋涡发生体制作至目前没有严格规范,一般由实验得出。按几何形状分有圆柱形、三角柱形、梯形、矩形等;按结构分有单体形、双体形及多体形等。旋涡信号的采集是由检测元件完成的,而信号处理则由转化器完成。当检测元件将检测到的微弱电信号送至转化器前置放大器输入端后,前置放大器将对信号进行多级线性放大,直到该信号放大到足以使后续电路能够分辨和处理的程度。由于放大后的信号常含有非线性成分,所以后续电路必须对信号进行滤波和整形,最后输出与流量成正比的数字信号(脉冲信号)。对非智能型就地显示流量计,该信号可直接送至显示单元;对智能型流量计,该信号将通过计数器送至中央处理器CPU,然后根据设定程序可将处理结果或存储,或通过通讯接口实现数字信号传输,或经D/A转换变为4-20mA标准模拟信号输出。
信号表体加工要求:旋涡发生体一般由不锈钢制成,流量计测量特性与该部件的几何形状、安装位置有关。迎流面必须与轴向垂直且与中轴线成d/2处。为了保证发出有序涡列,旋涡发生体的固有频率必须远离涡频带,避免发生共振,另外,制造旋涡发生体的材质应满足流体物性需要,应耐腐蚀,耐摩擦,温度敏感性低。旋涡发生体制作要求如下:(1)旋涡发生体几何形状应为非流线形,并易于其他无器件安装。(2)形状必须上、下对称,安装时应与管道中轴线左右成镜像。(3)能保证流体面层同步分离,且有稳定的旋涡发生点;保证斯特劳哈尔数为常数。(4)能产生稳定有序的涡列,信噪比和分辨率高。
工作原理 | ||
在流体中设置非流线型旋涡发生体(阻流体),则从旋涡发生体两侧交替地产生两列有规则的旋涡,这种旋涡称为卡曼涡街,如图(一)所示。 | ||
旋涡列在旋涡发生体下游非对称地排列。设旋涡的发生频率为f,被测介质来流的平均速度为V,旋涡发生体迎流面宽度为d,表体通径为D,根据卡曼涡街原理,有如下关系式: f=StV/d 公式(1)
在曲线表中St=0.17的平直部分,漩涡的释放频率与流速成正比,即为涡街流量传感器测量范围度。只要检测出频率f就可以求得管内流体的流速,由流速V求出体积流量。所测得的脉冲数与体积量之比,称为仪表常数(K),见式(2) |
特点:
·无可动部件,长期稳定,结构简单便于安装和维护;
·采用消扰电路和抗振动传感头,具有一定抗环境振动性能;
·采用超低功耗单片微机技术,1节3.2V10AH锂电池可使用5年以上;
·由软件对仪表系数非线性进行修正,提高测量精度;
·压力损失小,量程范围宽;
·采用EEPROM对累积流量进行掉电保护,保护时间大于10年;
仪表口径 (mm) | 液体 | 气体和蒸汽 | ||
测量范围 (m3/h) | 输出频率范围 (Hz) | 测量范围 (m3/h) | 输出频率范围 (Hz) | |
15 | 0.3-6 | 36-446 | 2.4-36 | 260-1600 |
20 | 0.6-40 | 32-396 | 4-50 | 230-1360 |
25 | 1.2~16 | 25~336 | 8.8~55 | 190~1140 |
32 | 1.5-20 | 16-286 | 10-160 | 160-1090 |
40 | 2~40 | 10~200 | 27~205 | 140~1040 |
50 | 3~60 | 8~160 | 35~380 | 94~1020 |
80 | 6.5~130 | 4.1~82 | 86~1100 | 55~690 |
100 | 15~220 | 4.7~69 | 133~1700 | 42~536 |
150 | 30~450 | 2.8~43 | 347~4000 | 33~380 |
200 | 45~800 | 2~31 | 560~8000 | 22~315 |
250 | 65~1250 | 1.5~25 | 890~11000 | 18~221 |
300 | 95~2000 | 1.2~24 | 1360~18000 | 16~213 |
(300) | 100~1500 | 5.5~87 | 1560~15600 | 85~880 |
(400) | 180~3000 | 5.6~87 | 2750~27000 | 85~880 |
(500) | 300~4500 | 5.6~88 | 4300~43000 | 85~880 |
(600) | 450~6500 | 5.7~89 | 6100~61000 | 85~880 |
(800) | 750~10000 | 5.7~88 | 11000~110000 | 85~880 |
(1000) | 1200~1700 | 5.8~88 | 17000~170000 | 85~880 |
>(1000) | 协议 | 协议 |
测量流体 | 准确度 | 重复性 |
气体(含蒸汽) | 1.0级 | 0.33% |
液体 | 1.5级 | 0.5% |
●测量范围
测量流体 | 流速下限(m/s) | 流速上限(m/s) |
气体(含蒸汽) | 7 | 70 |
液体 | 0.7 | 7 |
●额定压力:1.6MPa、2.5MPa、6.3MPa
●流体温度:-40℃~250℃(普通型),100℃~350℃(普通型)
●结构类型:一体型涡街流量计
●结构材质
部件名称 | 材质 |
传感器表体 | 304不锈钢、316不锈钢 |
旋涡发生体 | 304不锈钢、316不锈钢 |
检测探头 | 316L |
连杆 | 304不锈钢 |
散热器 | 铝合金 |
垫片 | 耐高温石棉垫、丁晴橡胶垫片、石墨垫片 |
●工作电源
第一种电源方式 | 3.6V锂电池供电(就地显示型) |
第二种电源方式 | 24VDC(或12VDC) |
第二种电源方式 | 24VDC(或12VDC)或3.6V锂电池供电双电源供电 |
●输出信号:脉冲输出、4~20mA 电流输出,RS485通讯等三种输出可供选择
●电气接口:M20*1.5
●防护等级:IP65
●表体处理:传感器表体采用不锈钢喷砂,放大器外壳采用喷塑。
●环境温度:-35℃~60℃(无LCD)、-5℃~60℃(带LCD)
●相对湿度:5%~95℃
一般原则:在易受电噪声干扰的场所,使用屏蔽电缆。屏蔽层应可靠的接在放大器的接地螺丝上或在控制室接工作接地。在高温或低温环境中或者是现场空气中含有油、溶剂或其他腐蚀性气体时,要采用适合于这种特殊场合的的屏蔽电缆。
频率信号输出的接线
输出频率信号的流量计与其它设备之间采用三线制传输,供电电源为24VDC±10%(或12VDC),输出回路的最小负载电阻为10KΩ,最大电容为0.2UF。
主要技术指标 | ||||||||||||||||||||||||||||||
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高压型天然气流量计选型:
涡街流量计的选型和使用是用好流量计的关键环节。目前国内的涡街流量计使用情况不是很理想的主要原因是选型不当,使流量计没有工作于仪表流量范围的中暗暗、上区域,有些由于管道没有充满介质,用户不愿意缩管,甚至超出于所选流量计的使用范围,无法测量。
仪表口径及规格要遵循以下原则进行选择:
代号 | 通径 | 流量范围㎡/h | ||
XT-25 | DN25 | 1~10(液体) | 25~60(气体) | 蒸汽流量请查看说明书,DN300以上推荐使用插入式涡街流量计 |
XT-32 | DN32 | 1.5~18(液体) | 15~150(气体) | |
XT-40 | DN40 | 2.2~27(液体) | 22.6~150(气体) | |
XT-50 | DN50 | 4~55(液体) | 35~350(气体) | |
XT-80 | DN80 | 9~135(液体) | 90~900(气体) | |
XT-100 | DN100 | 14~200(液体) | 140~1400(气体) | |
XT-150 | DN150 | 32~480(液体) | 300~3000(气体) | |
XT-200 | DN200 | 56~800(液体) | 550~5500(气体) | |
代号 | 功能1 | |||
N | 无温压补偿 | |||
Y | 有温压补偿 | |||
代号 | 输出型号 | |||
F1 | 4-20mA输出(二线制) | |||
F2 | 4-20mA输出(三线制) | |||
F3 | RS485通讯接口 | |||
代号 | 被测介质 | |||
J1 | 液体 | |||
J2 | 气体 | |||
J3 | 蒸汽 | |||
代号 | 连接方式 | |||
L1 | 法兰卡装式 | |||
L2 | 法兰连接式 | |||
代号 | 功能2 | |||
E1 | 1.0级 | |||
E2 | 1.5级 | |||
T1 | 常温 | |||
T2 | 高温 | |||
T3 | 蒸汽 | |||
P1 | 1.6MPa | |||
P2 | 2.5MPa | |||
P3 | 4.0MPa | |||
D1 | 内部3.6V供电 | |||
D2 | DC24V供电 | |||
B1 | 不锈钢 | |||
B2 | 碳钢 |
2.、安装环境注意事项:
2.1、环境温度:避免安装在温度变化很大的场所,如果收到设备的热辐射时,须有隔热通风的措施。
2.2、大气条件:避免把流量计安装在含有腐蚀性气体的环境中,如果一定耍安装在这种环境中,则必须提供通风措施。
2.3、机械振动或冲击:流量计虽然很坚固,但安装时应选择在振动或撞击小的地方,如果流量计装在振动较大的管道上,则必须加设管道支承。
2.4、安装时,管道的连接螺栓要拧紧,管道连接处应没有渗漏,施加的压力不能大干所规定的最大工作压力,当部件处于受压状态时,不要去拧法兰的安装螺栓,测量有害液体时注意不要让液体溅到眼睛里或脸上,测量有害气体时,注意不要吸入这种气体。
3、配管注意事项:
3.1、管道支承:在正常管道条件下,可承受1G的管道振动,当管道振动大于1 G时,应对管道进行支承。
3.2、安装方向.如果管道始终充满液体,那么管道就可以垂直安装或作任何角度的安装。
3.3、缩管:对于缩管,要保证其上游侧的直管段长度应至少为5D,其下游侧的直管段长度也应至少为5D(D:流量计的标称内径,下同)。
3.4、扩管.对于扩管,要保证其上游侧的直管段长度应不少于10D,其下游侧的直管段长度也应至少为5D。
3.5、弯管.对于每一段弯管,要保证其上游侧的直管段长度应至少为10D,其下游侧的直管段长度也应至少为5D。
3. 6、在使用活塞式或罗茨式的鼓风机、空压机的气体管道上,或者使用活塞式的高压液体管道上,流体可能会发生震动。通常应把阀门安装在流量计的下游,如果不得不将流量计安装于阀门的上游时,可在流量计的上游装上一个脉动衰减器,如节流板或膨胀段。
3.7的1 D一2D之间的地方。
3.8、对新安装的管道或维修过的管道,在运行前要进行清洗,冲洗管道内的铁锈、水垢、残渣和污泥,在冲洗时,水流要流过旁通管道,以免损坏流量计,如果没有旁通管,就暂装一段管子来代替流量计。
4、测量时的注意事项:
4. 1、测量气体或蒸汽时,应防止液体滞留,流量计安装在垂直管道上,可防止储积流体i当水平安装流体时,将装有流量计的管段抬高,如图2。
4.2、测量液体时,为保证测量精确,流量计的管道必须充满液体,正确进行时的管道要求是流体应该向上流动,当液体向下流动时,应将下游段的管道高于流量计,以保持满灌。
4.3、阀门应安装在流量计的下游,这样可解决液体流过控制阀时,因压力下降而产生气泡的不良影响。
4.4、被测流体为单一状态时,流量计可以测量气体、液体和蒸汽,但是在混相流状态下时,流量计是不能做出精确的测量的。
5应用
涡街流量计用于测量液体、气体和蒸汽的流量,并将其转换成4-20mA DC模拟输出信号或脉冲、报警、状态输出信号,可广泛应用于石油化工、洽金机械、食品、造纸,以及城市管道供热、供水、煤气等行业的各种液体、气体、蒸气等单相流体的工艺计量和节能管理。