差动开关电容式涡街流量计在蒸汽计量中的应用
随着能源短缺时代的到来以及人们环保意识的不断提高和对安全生产的高度重视,集中供热事业得到快速发展。热能变成一种商品,供汽和收费自然成为热力公司的根本,蒸汽计量显得越来越重要。
广州恒运热力有限公司是面向广州经济技术开发区、高新区、出口加工区和保税区的集中供热企业,热源有广州恒运集团热电(A、B、C、D)厂的二次蒸汽和热力公司自建的3台蒸汽锅炉,供汽能力达300t/h,蒸汽管网总长约50km,蒸汽用户目前以区内的50多家工厂企业为主。工业用户的特点是: (1)各用户的蒸汽用量相差很大,小的不足1t/h,大的高达50t/h,相应的蒸汽流量计口径大小从DN10 ~DN300mm; (2)连续生产连续用汽,尤其是一些大用户,若意外停汽将会造成重大的经济损失; (3)流量变化量大,视生产时段而定。因此,对蒸汽计量仪表选型的基本要求是:稳定可靠、量程比宽、精度高、维护工作量少。近几年来,我们采用以差动开关电容式涡街流量计为基础的蒸汽流量测量系统,取得明显的效果和经济效益。
1 差动开关电容式涡街流量计
1·1 基本工作原理
涡街流量计是基于“卡门涡街”原理实现流量测量的仪表。在流体的管路中设置非流线型柱状阻力部件,在某一雷诺数Re范围内,其下游两侧将产生旋涡分离现象,形成两排交替出现的旋涡列并依次向下游流去,连续不断,好象一条由旋涡组成的街道,形象地称为“涡街”。当涡列宽度h与同列相邻两旋涡的间距L之比满足h /L=0·281时,这样的涡街阵列几何结构才稳定,称为卡门涡街。产生旋涡分离的阻力部件称为旋涡发生体(见图1)。当旋涡发生体为三角柱体时,其旋涡分离频率f(单位: Hz)和管道内平均流速v、旋涡发生体迎流面宽度d之间关系为:
式中: St为斯特劳哈尔数(无量纲),在一定Re范围内, St为常数; v1为发生体两侧流体的平均流速,m/s; D为管道内径,m; d/D为柱宽比,即旋涡发生体宽度与管径之比值; v为旋涡发生体前平均流速,m/s。
因管道中平均瞬时流量qv[m3/h]与管径D和平均流速v关系为:
实验表明,当雷诺数Re≥20 000时,斯特劳哈尔数St基本为恒定值,如三角柱发生体St=0·16,另一方面,对于给定形式的具体仪表,其几何尺寸D、d和相互关系等已确定,故仪表系数K值也确定,与流体物性和组分无关。所以操作状态体积流量qv与旋涡频率f成线性比例关系:
由此可见,只要准确检测旋涡频率便可得知体积流量,这就是涡街流量计的检测基础和基本工作原理。而如何准确检测旋涡频率则成为决定涡街流量计整体性能的关键,各种涡街流量计的明显区别也在于采用的检测技术(元件)不同,如从早期热敏电阻元件的热敏式涡街流量计,后来市场较多的压电晶体元件的应力式涡街流量计,到近期发展起来的差动开关电容式涡街流量计等等。
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