蘇黎麗

（福建省計(jì)量科學(xué)研究院　福建　福州　350003　國(guó)家蒸汽流量計(jì)產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心（籌）福建　福州　350003）

管道振動(dòng)對(duì)渦街流量計(jì)計(jì)量性能影響的試驗(yàn)研究

蘇黎麗

（福建省計(jì)量科學(xué)研究院福建福州350003國(guó)家蒸汽流量計(jì)產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心（籌）福建福州350003）

借助液體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置，輔以功率放大器、激振器、測(cè)振儀等設(shè)備，測(cè)量渦街流量計(jì)在一定流量范圍內(nèi)受不同振動(dòng)方向、加速度、頻率作用時(shí)的示值誤差，分析不同振動(dòng)情況對(duì)渦街流量計(jì)計(jì)量性能的影響。

管道振動(dòng)；渦街流量計(jì)；計(jì)量性能；試驗(yàn)

引言

渦街流量計(jì)（又稱旋渦流量計(jì)）是根據(jù)“卡門渦街”原理研制的流體振蕩式流量測(cè)量?jī)x表[1]。因其具有準(zhǔn)確度等級(jí)高、量程比寬、壓力損失小、可靠性高、安裝維護(hù)方便等諸多優(yōu)點(diǎn)，特別是在測(cè)量工況體積流量時(shí)幾乎不受流體密度、壓力、溫度、粘度等參數(shù)的影響，被廣泛應(yīng)用于工業(yè)管道中氣體、液體、蒸汽等多種介質(zhì)流體的流量測(cè)量。

在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，管道常常因?yàn)闄C(jī)械振動(dòng)、氣流脈動(dòng)、液體流經(jīng)節(jié)流口處產(chǎn)生空穴等原因產(chǎn)生振動(dòng)，這些振動(dòng)將對(duì)流量?jī)x表的準(zhǔn)確計(jì)量造成或多或少的影響，嚴(yán)重時(shí)甚至導(dǎo)致無(wú)法正常工作和損壞，國(guó)內(nèi)外許多用戶、流量?jī)x表生產(chǎn)企業(yè)、高校及流量專業(yè)人員對(duì)此都深有體會(huì)，但具體研究的文獻(xiàn)卻屈指可數(shù)，天津大學(xué)邢娟、張濤等人曾經(jīng)采用標(biāo)準(zhǔn)表法，在氣體流量管道試驗(yàn)裝置上進(jìn)行管道振動(dòng)對(duì)渦街流量計(jì)測(cè)量影響的試驗(yàn)研究[2]。本文同樣以渦街流量計(jì)為研究對(duì)象，但采用質(zhì)量法，在液體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置上進(jìn)行同類試驗(yàn)，最大程度地消除測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)受到的管道振動(dòng)影響，研究分析液體管道振動(dòng)對(duì)渦街流量計(jì)計(jì)量性能的影響。

1　試驗(yàn)方案

1.1試驗(yàn)設(shè)備

在液體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置的基礎(chǔ)上，加裝振動(dòng)裝置和便攜式測(cè)振儀，對(duì)渦街流量計(jì)進(jìn)行振動(dòng)試驗(yàn)，裝置結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1。其中：

液體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置采用靜態(tài)質(zhì)量法，主要由液體循環(huán)系統(tǒng)、試驗(yàn)管道、流量工作標(biāo)準(zhǔn)、實(shí)驗(yàn)啟停設(shè)備和控制設(shè)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(yàn)過(guò)程中，除了拆裝被檢流量計(jì)外，其他主要操作均由計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制，包括自動(dòng)控制氣動(dòng)開(kāi)關(guān)閥、流量調(diào)節(jié)閥、水泵、計(jì)時(shí)器、換向器等的運(yùn)行，進(jìn)行溫度傳感器、壓力傳感器、電子天平、被檢渦街流量計(jì)輸出信號(hào)等的采集處理和數(shù)據(jù)處理。

振動(dòng)裝置由電磁激振器、功率放大器及工業(yè)過(guò)程校驗(yàn)儀等組成，振幅（0～10）mm，頻率（0～2000）Hz。

便攜式測(cè)振儀用于測(cè)量管道的振動(dòng)狀態(tài)，可測(cè)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(cè)渦街流量計(jì)9用氣動(dòng)夾表器11安裝在試驗(yàn)管道上，啟動(dòng)水泵3，將水池1中的水打入穩(wěn)壓罐5，經(jīng)穩(wěn)壓罐消除高頻脈動(dòng)后進(jìn)入試驗(yàn)管道，通過(guò)流量調(diào)節(jié)閥12調(diào)節(jié)所需的流量，使水依次通過(guò)被測(cè)渦街流量計(jì)前直管段、被測(cè)渦街流量計(jì)、后直管段、夾表器、流量調(diào)節(jié)閥，經(jīng)噴嘴13流出試驗(yàn)管道。噴嘴出口處安裝換向器14，通過(guò)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(jìn)行稱重后通過(guò)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(yàn)裝置結(jié)構(gòu)示意圖

進(jìn)行管道振動(dòng)試驗(yàn)時(shí)，則同時(shí)啟動(dòng)振動(dòng)裝置19，用測(cè)振儀8測(cè)量管道振動(dòng)參數(shù)，根據(jù)需要的振動(dòng)頻率、加速度調(diào)節(jié)振動(dòng)裝置。

1.3環(huán)境條件

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

1.4試驗(yàn)對(duì)象

渦街流量計(jì)，準(zhǔn)確度等級(jí)1.0級(jí)，口徑DN250mm。

1.5試驗(yàn)介質(zhì)

清潔水。

1.6試驗(yàn)點(diǎn)選擇

本次試驗(yàn)參照渦街流量計(jì)檢定和型試評(píng)價(jià)的有關(guān)規(guī)定[4]，結(jié)合實(shí)際情況，確定如下試驗(yàn)點(diǎn)：

流量點(diǎn)4個(gè)：50m3/h，100m3/h，200m3/h，500m3/h；

振動(dòng)加速度3種：0.2g，1g，2g；

振動(dòng)頻率3種：10Hz，75Hz，150Hz；

振動(dòng)方向2個(gè)：按空間直角坐標(biāo)系，取X向（橫向）和Z向（豎向）。

2　試驗(yàn)結(jié)果與分析

為比較分析渦街流量計(jì)受振動(dòng)前后計(jì)量性能的變化，分別對(duì)流量計(jì)進(jìn)行未施加管道振動(dòng)、在管道豎向上施加不同加速度和頻率振動(dòng)、在管道橫向上分別施加不同加速度和頻率振動(dòng)情況下的試驗(yàn)。

2.1未施加管道振動(dòng)時(shí)的試驗(yàn)

在未施加管道振動(dòng)的情況下，對(duì)渦街流量計(jì)4個(gè)流量點(diǎn)進(jìn)行試驗(yàn)，分別為：50m3/h，100m3/h，200m3/h，500m3/h，每個(gè)流量點(diǎn)試驗(yàn)3次，試驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。

從試驗(yàn)數(shù)據(jù)得知，被測(cè)渦街流量計(jì)未施加振動(dòng)時(shí)，各個(gè)流量點(diǎn)的示值誤差均在1.0級(jí)渦街流量計(jì)最大允許誤差范圍內(nèi)，見(jiàn)圖2。

表1　未施加管道振動(dòng)時(shí)渦街流量計(jì)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)

2.2施加豎向管道振動(dòng)時(shí)的試驗(yàn)

圖2　未施加振動(dòng)時(shí)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(dòng)加速度和10Hz、75Hz、150Hz的振動(dòng)頻率后進(jìn)行試驗(yàn)，得到相應(yīng)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表2。

根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，形成不同頻率、不同加速度振動(dòng)情況下，渦街流量計(jì)示值誤差隨流量變化的曲線，見(jiàn)圖3。

表2　施加豎向管道振動(dòng)時(shí)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)

比較圖3中的曲線，發(fā)現(xiàn)流量計(jì)受振動(dòng)影響因流量變化產(chǎn)生的誤差變化大，無(wú)論振動(dòng)頻率、振動(dòng)加速度如何變化，小流量、大流量時(shí)的示值誤差（指絕對(duì)值，下同）均較大，中流量時(shí)的示值誤差較??；在同一振動(dòng)加速度時(shí)，各個(gè)流量點(diǎn)示值誤差有隨振動(dòng)頻率加大而增大的趨勢(shì)；在同一振動(dòng)頻率、同一流量點(diǎn)時(shí)，加速度變化引起的誤差變化相對(duì)而言較小。

圖3　不同頻率、不同加速度的豎向振動(dòng)下示值誤差變化曲線

2.3施加橫向管道振動(dòng)時(shí)的試驗(yàn)

在管道橫向上，分別施加與橫向振動(dòng)相同加速度、頻率后進(jìn)行試驗(yàn)，因激振器只能產(chǎn)生單方向（豎向）的振動(dòng)，進(jìn)行橫向振動(dòng)時(shí)，將激振器翻轉(zhuǎn)90°，得到相應(yīng)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)并形成曲線圖，分別見(jiàn)表3，圖4。

比較表2、表3和圖3、圖4，可以看出，流量計(jì)受橫向振動(dòng)影響產(chǎn)生的示值誤差比受豎向振動(dòng)影響產(chǎn)生的示值誤差小，但在兩個(gè)振動(dòng)方向上，因不同振動(dòng)頻率、不同振動(dòng)加速度產(chǎn)生的影響類似。

表3　施加橫向管道振動(dòng)時(shí)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)

圖4　不同頻率、不同加速度的橫向振動(dòng)下示值誤差變化曲線

3　結(jié)論

本文通過(guò)在質(zhì)量法液體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置上，對(duì)渦街流量計(jì)進(jìn)行不同方向、不同加速度、不同頻率等振動(dòng)情況下的試驗(yàn)，得出以下結(jié)論：

（1）在不同管道振動(dòng)方向作用下，豎向振動(dòng)較橫向振動(dòng)對(duì)渦街流量計(jì)計(jì)量性能的影響大。

（2）在相同振動(dòng)條件（相同方向、加速度、頻率）作用下，渦街流量計(jì)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(dòng)加速度作用下，渦街流量計(jì)各個(gè)流量點(diǎn)示值誤差有隨振動(dòng)頻率加大而增大的趨勢(shì)。

（4）在相同振動(dòng)頻率作用下，加速度變化對(duì)渦街流量計(jì)同一流量點(diǎn)的示值誤差變化影響相對(duì)較小。

綜上所述，渦街流量計(jì)受到管道振動(dòng)后計(jì)量性能可能發(fā)生變化，特別是在極限流量時(shí)，受加速度大、高頻率的豎向振動(dòng)影響最大。因此，用戶在選用安裝流量計(jì)時(shí)，應(yīng)綜合考慮實(shí)際工況條件，選擇最適用的流量計(jì)類型或者采取一定的減振防振措施，以保證流量計(jì)計(jì)量的準(zhǔn)確可靠。

[1]徐英華.流量計(jì)量（上）[M].北京：中國(guó)質(zhì)檢出版社、中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2012.

[2]刑娟，張濤，郝松.管道振動(dòng)對(duì)渦街流量計(jì)測(cè)量影響的試驗(yàn)研究[J].振動(dòng)與沖擊，2009，28（03）：112～115.

[3]《液體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置》（JJG164-2000）[S].

[4]段慧明.液體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置和標(biāo)準(zhǔn)表法流量標(biāo)準(zhǔn)裝置[M].北京：中國(guó)計(jì)量出版社，2004.

[5]《渦街流量計(jì)》（JJG1029-2007）[S].

TK313

A

1673-0038（2015）21-0099-03

2015-5-2