管道振动对涡街流量计测量影响的试验研究

　　涡街流量计是一种基于流体振动原理的流量计。目前已成为管道中液体、气体、蒸汽的计量和工业过程控制中不可缺少的流量测量仪表[1-2]。

　　但是,涡街流量计本质上是流体振动型流量计,它对机械振动、流体的流动状态特别敏感,不仅可以感受传感器受到的涡街力,还可以感受到传感器受到的其他力,如管道振动、流体脉动以及流体的冲击力等[3-4],这些干扰势必会对涡街流量计的测量产生很大的影响。在流体脉动方面,研究较多,在国外,Mot-tram[5]、Hebrard[6]和Peters[7]等人先后研究了脉动的流体对涡街流量计测量精度的影响;在国内,蒙建波[8]、徐科军等人[9]借助仿真手段研究了周期性脉动流条件下涡街流量传感器输出信号的频率测量方法。Miau等人[10]还专门研究了冲击振动情况下对压电式涡街流量计输出的影响。关于管道振动干扰对涡街流量计测量精度的影响方面,文献很少,荷兰TNO-TPD流量中心[11]利用其试验装置PAFLOW,对商用涡街流量计进行了零流量下扫频试验和实流条件下固定振动频率试验,通过对电流输出的误差分析,研究了轴向、垂直方向、水平方向管道振动对商用涡街流量计测量的影响。

　　本文以国内应用最为广泛的应力式涡街流量计为研究对象,在气体流量管道振动试验装置上,相同流量范围内进行了不同振动加速度的管道振动试验。拟定涡街仪表系数误差(除流量下限外)小于3%作为涡街流量计抗管道振动的标准,研究了应力式涡街流量计在管道振动条件下的抗振性能,并分析了不同管道振动频率、振动方向对涡街流量计测量的影响,试验结果对应力式涡街流量计具有普遍意义。

　　1　试验装置

　　图1为气体流量管道振动试验装置结构图。为避免气体压力波动, 1先将大气中的空气压缩打入2中,经3冷却除湿后,得到的纯净气体先后流经4、5、7、10后,通向大气。流量校准采用标准表法,即由标准涡轮流量计测得的流量、表前压力以及被测涡街流量计的表前压力,即可换算得到被测涡街流量计常压下的体积流量(管路中气体温度变化很小忽略不计)。研究对象10选用国内普遍使用的应力式涡街流量计,内径为50 mm,流量范围36 m3/h~320 /h;标准表涡轮流量计精度为1%,内径50 mm,流量范围5 m3/h~100/h;压力变送器精度均为2‰。

　　管道振动试验设备由11、12组成,实物见图2。11为激振设备由振动台体和控制器组成,具有调频(1 Hz~400Hz)、定加速度(<20 g)/振幅、输出正弦类波形等功能,从而使不同加速度和频率下的振动试验得以实现。12为测振设备采用压电式加速度传感器准确测量涡街流量计所在处管道振动状态。由于振动台为单自由度,仅能产生垂直方向(图1中Y方向)管道振动,为了实现水平方向(X方向)管道振动,将涡街流量计旋转90°水平安装[如图2(b)],此时,振动台再工作时其振动方向相对于涡街流量计即实现了如图1所示的X方向。当管道振动时为避免对标准表产生影响,在涡街流量计上游2.5m(50D)处加装软管消除机械振动。