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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qv
              qv=qn(pnTZ/pTnZn) m3/h                 (9)
式中 qv,qn--分别为工作状态和标准状态下的体积流量,m3/h;
   P,Pn--分别为工作状态和标准状态下的绝对压力,Pa;
   T,Tn--分别为工作状态和标准状态下的热力学温度,K;
   Z,Zn--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qv
          ρ=ρn(pTnZn/ pnTZ)                       (10)
式中  ρ,ρn--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。
              qv =qm/ρ                       (11)
式中 qm--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(ReC=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 qVmin,qV0min--分别为工作状态和校准状态下的最小体积流量,m3/h;
  (qVminρ--满足旋涡强度要求时最小体积流量,m3/h;
  (qVminυ--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;
  Pmin--最小工作压力,Pa;
  △p--最大流量时传感器的压力损失,Pa,
          △p=CD(ρU2/2),CD≈2
  U--管道平均流速,m/s;
  PV--工作温度下液体的饱和蒸气压,Pa。
  比较(qVminρ,和(qVminυ
  若(qVminυ≥(qVminρ,可测流量范围为(qVminρ~qVmax,线性范围为(qVminυ~qVmax
  若(qVminυ<(qVminρ,可测流量范围和线性范围为(qVminρ~qVmax
  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)
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(qV0minρ和(qV0minυ
                (qV0minρ>(qV0minυ
  故可测流量范围为(qV0minρ~qVmax
  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(qV0minρ和(qV0minυ
                (qV0minρ≤(qV0minυ
  可测流量范围为(qV0minρ~qVmax。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Umax
    
  查生产厂提供的资料得CD:2.2
  则 △p=1.1ρU2max=1.1×965×3.982=0.168×105Pa
  不发生气穴的最低工作压力
        p=2.7△pmax+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 qm--水蒸气的质量流量,t/h;
   qv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
    

 
 
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