中国流量、基础知识-涡街流量计

五、选用考虑要点

1. 应用概况

　　VSF自20世纪70年代在工业上应用以来，由于它具有一些突出的特点，受到用户欢迎，并得到迅速发展。像它这样开发只有20多年即已跻身通用流量计之列，在流量计中是少有的。由于应用时间短，无论理论研究或实践经验都比较薄弱，不免出现一些问题，这是不足为怪的。多年实践证明，VSF的选用（选型和使用）是用好流量计的关键环节，因此仪表制造厂应加强售前服务，即帮助用户选型，并在安装投用上给予指导。只要抓住这一环节，该流量计不失为一种性能不错的流量计。
　　20世纪90年代中后期世界范围内VSF在流量仪表总量中，台数约占3%～5%，每年5万～6万台，金额占4%～6%；在我国销售台数约占流量仪表总量（不包括家用燃气表和水表及玻璃管浮子流量计）的6%～8%，每年1．5万～2万台。

2. VSF的口径选择

　　VSF的仪表口径及规格选择很重要，它类似于差压流量计节流装置的设计计算，要遵循一些原则进行选择。仪表口径选择步骤如下。
　　首先必须明确以下工作参数。
　　1）流体名称，组分；
　　2）工作状态的最大、常用、最小流量；
　　3）最高、常用、最低工作压力和工作温度；
　　4）工作状态介质的粘度。
　　VSF的输出信号是与工作状态的体积流量成正比的，因此如已知气体流量是标准状态体积流量或质量流量时，应把它换算成工作状态下的体积流量q_v
　　　　　　　　　　　　　　q_v=q_n(p_nTZ/pT_nZ_n) m³／h 　　　　　　　　　　　　　　　　（9）
式中 q_v，q_n--分别为工作状态和标准状态下的体积流量，m³／h；
　　 P，P_n--分别为工作状态和标准状态下的绝对压力，Pa；
　　 T，T_n--分别为工作状态和标准状态下的热力学温度，K；
　　 Z，Z_n--分别为工作状态和标准状态下的气体压缩系数。
　　工作状态下介质的密度ρ和体积流量q_v
　　　　　　　　　　ρ=ρ_n(pT_nZ_n/ p_nTZ) 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　(10)
式中　　ρ，ρ_n--分别为工作状态和标准状态下的介质密度，kg/m³；
　　其余符号同上。
　　　　　　　　　　　　　　q_v =q_m／ρ 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（11）
式中 q_m--质量流量，kg/h。
　　下面需要选择传感器口径。传感器口径选择主要是对流量下限值进行核算。它应该满足两个条件：最小雷诺数不应低于界限雷诺数（Re_C＝2×10⁴）和对于应力式VSF在下限流量时旋涡强度应大于传感器旋涡强度的允许值（旋涡强度与升力ρU²成比例关系），对于液体还应检查最小工作压力是否高于工作温度下的饱和蒸气压，即是否会产生气穴现象。
　　这些条件用数学式可表示如下(12-14)
　　　　　　　　　　　　　　
式中 q_Vmin，q_V0min--分别为工作状态和校准状态下的最小体积流量，m³/h；
　　（q_Vmin）_ρ--满足旋涡强度要求时最小体积流量，m³/h；
　　（q_Vmin）_υ--满足最小雷诺数要求时最小体积流量，m³/h；
　　ρ，ρ₀--分别为工作状态和校准状态下介质的密度，kg/m³；
　　υ，υ₀--分别为工作状态和校准状态下介质的运动粘度，m²/s；
　　P_min--最小工作压力，Pa；
　　△p--最大流量时传感器的压力损失，Pa，
　　　　　　　　　　△p=C_D（ρU²/2），C_D≈2
　　U--管道平均流速，m／s；
　　P_V--工作温度下液体的饱和蒸气压，Pa。
　　比较（q_Vmin）_ρ，和（q_Vmin）_υ：
　　若（q_Vmin）_υ≥（q_Vmin）_ρ，可测流量范围为（q_Vmin）_ρ～q_Vmax，线性范围为（q_Vmin）_υ～q_Vmax；
　　若（q_Vmin）_υ＜（q_Vmin）_ρ，可测流量范围和线性范围为（q_Vmin）_ρ～q_Vmax。
　　流量测量范围的确定还应检查是否处于仪表的最佳工作范围（即上限流量的1/2～2/3处）。表4示有某型号涡街流量计特定校准条件下各种口径的流量测量范围。

表4 某型号涡街流量计特定校准条件下流量测量范围

口径DN/mm	液体/(m³/h)		气体/(m³/h)
口径DN/mm	标准测量范围	可选测量范围	标准测量范围	可选测量范围
20	1.2～12	1～15	6～50	5～77
25	1.6～16	1.6～18	8～60	8～120
40	2～30	2～48	18～180	18～310
50	3～50	3～70	30～300	30～480
80	15～150	10～170	70～700	70～1230
100	20～200	15～270	100～1000	100～1920
125	36～360	25～450	150～1500	140～3000
150	50～500	40～630	200～2000	200～4000
200	100～1000	80～1200	400～4000	320～8000
250	150～1500	120～1800	600～6000	550～11000
300	200～2000	180～2500	1000～10000	800～18000

注：校准条件如下：
　　1．液体：常温水，t=20℃，ρ=998.2kg/m³，υ=1.006×10^-6m²/s。
　　2．气体：常温常压空气，t=20℃，P=0.1MPa（绝），ρ=1.205 kg/m³，υ=15×10^-6 m²/s。

　　根据上述原则选择的仪表口径不－定与管道通径相一致，如不同时应连接异形管并配置一段必要的直管段长度。

　　【例1】空气流量测量

　　 ⑴ 已知条件

　　最大流量：2000m³/h（20℃,101.325kPa）
　　最小流量：300m³/h（20℃，101.325kPa）
　　管道内径：80mm
　　工作压力：0.5MPa（绝）
　　工作温度：60℃

　　（2）辅助计算
　　　　

　　 (3) 口径选择
　　　　

　　比较（q_V0min）_ρ和（q_V0min）_υ，
　　　　　　　　　　　　　　　　（q_V0min）_ρ＞（q_V0min）_υ
　　故可测流量范围为（q_V0min）_ρ～q_Vmax。
　　即可测流量范围为143.7～2000m³/h，由表4查得DN100可满足要求，这样VSF口径与管道通径不一致，应设置异径管（扩散管）并配置一段直管段。

　　【例2】热水流量测量

　　（1）已知条件

　　最大流量：18m³/h
　　最小流量：6 m³/h
　　工作压力：0.25MPa
　　工作温度：90℃
　　介质密度：965 kg/m³
　　介质粘度：3.32×10^-7m²/s

　　（2）口径选择
　　　　

　　比较（q_V0min）_ρ和（q_V0min）_υ，
　　　　　　　　　　　　　　　　（q_V0min）_ρ≤（q_V0min）_υ
　　可测流量范围为（q_V0min）_ρ～q_Vmax。查得DN40、ND50皆可满足要求，选择DN40更合适些。

　　（3）检查压力损失

　　最大流量时平均流速U_max为
　　　　

　　查生产厂提供的资料得C_D：2.2
　　则 △p=1.1ρU²_max=1.1×965×3.98²=0.168×10⁵Pa
　　不发生气穴的最低工作压力
　　　　　　　　p=2.7△p_max+1.3pv=2.7×0.168×10⁵+1.3×0.7149×10⁵=0.138MPa
　　故由计算可知不会发生气穴现象。
　　饱和水蒸气的流量测量范围可由表4所示气体流量测量范围用下式求得
　　　　　　　　　　　　

　　　　　　　　　　　　　　(15)
式中 q_m--水蒸气的质量流量，t/h；
　　 q_v空--空气的体积流量，m³/h；
　　 ρ--水蒸气的密度，kg/m³；
　　 ρ₀--空气的密度，ρ₀=1.205 kg/m³。
　　饱和水蒸气的流量测量范围如表5所示。
　　试计算DN100饱和水蒸气0.8MPa时的流量范围。
　　1）由表4查得DN100流量范围100～1000 m³/h；
　　2）由饱和水蒸气密度表查出0.8MPa时，ρ=4.162 kg/m³；
　　3）计算得
　　　　