摘要:介紹了渦街流量計(jì)的特點(diǎn)，說(shuō)明了渦街是如何形成的以及渦街流量計(jì)的工作原理,對(duì)渦街流量計(jì)在現(xiàn)場(chǎng)使用過(guò)程中的一些故障現(xiàn)象分成四大類進(jìn)行了歸納,相應(yīng)提出了對(duì)故障原因的分析,指出了處理故障的辦法和渦街流量計(jì)使用中的注意事項(xiàng)。
0引言
渦街流量計(jì)主要用于工業(yè)管道介質(zhì)流體的流量測(cè)量，如氣體、液體、蒸氣等多種介質(zhì)。其特點(diǎn)是壓力損失小,量程范圍大,精度高,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。無(wú)可動(dòng)機(jī)械零件,因此可靠性高,維護(hù)量小，儀表參數(shù)能長(zhǎng)期穩(wěn)定。渦街流量計(jì)采用壓電應(yīng)力式傳感器,可在-20℃~+250℃的工作溫度范圍內(nèi)工作。有模擬標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，也有數(shù)字脈沖信號(hào)輸出,容易與計(jì)算機(jī)等數(shù)字系統(tǒng)配套使用,是一種理想的測(cè)量?jī)x器。
1渦街流量計(jì)的工作原理與結(jié)構(gòu)
1.1工作原理
當(dāng)流體流動(dòng)受到一個(gè)垂直于流動(dòng)方向的非流線形柱體的阻礙時(shí),柱體的下游兩側(cè)會(huì)發(fā)生明顯的漩渦，成為卡門渦街，渦街的形成與流體雷諾數(shù)有關(guān),如圖1。
漩渦分離的頻率與流速成正比，與漩渦發(fā)生體的寬度成反比,可以用下式表示:
F=St.·V/d
式中F-漩渦分離頻率
St一無(wú)量綱常數(shù)(斯特勞哈爾)
V-漩渦發(fā)生體的流速
d-漩渦發(fā)生體的迎流面寬度
通過(guò)測(cè)量漩渦的分離頻率便可測(cè)出流體流速和瞬時(shí)流量。斯特勞哈爾數(shù)St是可以通過(guò)實(shí)驗(yàn)確定的無(wú)量綱常數(shù)。無(wú)量綱常數(shù)St與類諾數(shù)Re函數(shù)關(guān)系中的線性部分，即渦街流量計(jì)的線性測(cè)量范圍,檢測(cè)出頻率F即可求得管內(nèi)流體的速度,再由流速求出體積流量。一段時(shí)間內(nèi)輸出的脈沖數(shù)與流體的體積之比(流過(guò)單位體積流體對(duì)應(yīng)的脈沖數(shù))稱儀表系數(shù)(K系數(shù)。
K=N/Q
式中K一儀表系數(shù)(脈沖/m3)
N-脈沖數(shù)
Q-流體體積(m3)
用于測(cè)量流量的漩渦分離頻率隨流速變化而變化，不受流體密度和粘度的影響。伴隨漩渦分離而產(chǎn)生的壓力脈動(dòng)由壓電力敏探頭檢測(cè)出,并在檢測(cè)電路中被轉(zhuǎn)換成與漩渦頻率相對(duì)應(yīng)的脈沖信號(hào),信號(hào)轉(zhuǎn)換器將此脈沖信號(hào)變換成4--20mA的標(biāo)準(zhǔn)電流信號(hào)輸出。
1.2結(jié)構(gòu)
渦街流量計(jì)由傳感器和轉(zhuǎn)換器兩大部分組成,如圖2。傳感器包括漩渦發(fā)生體(阻流體)、檢測(cè)元件和儀表表體等;轉(zhuǎn)換器包括前置放大器、濾波整形電路、D/A轉(zhuǎn)換電路輸出接口電路、端子、支架和防護(hù)罩等。
2常見(jiàn)故障分析和處理措施
2.1管道有流量?jī)x表無(wú)輸出
可能造成這種故障的原因和對(duì)應(yīng)的解決辦法如下:
(1)可能的故障原因是電源出現(xiàn)故障或供電電源未連接。因此要檢測(cè)電源電壓是否符合要求及電源極性是否正確。如電流輸出型渦街流量計(jì)，如果出現(xiàn)電源極性接反,輸出電流為0mA而不是4mA。
(2)可能的故障原因是連接電纜斷線或者接線錯(cuò)誤。需要檢測(cè)線路是否暢通,如有故障,重新接線并檢測(cè)。
(3)可能的故障原因是供電電源的波紋系數(shù)太大。檢查時(shí)可以用一個(gè)濾波電解電容進(jìn)行試驗(yàn)，一般要求電容≥100μF,50V。
(4)可能的故障原因是放大板某級(jí)有故障�？梢酝ㄟ^(guò)觀察放大器輸入、輸出端的波形，或從輸人端注入人體感應(yīng)信號(hào),觀察輸出端的變化情況。如果輸出端沒(méi)有變化，則說(shuō)明放大器工作不正常。實(shí)際檢修中也可以利用現(xiàn)場(chǎng)有的其他類型流量計(jì)主板更換進(jìn)行檢查。確定放大極板有故障，應(yīng)當(dāng)予以更換。
(5)可能的故障原因是發(fā)生體的損壞。檢測(cè)的方法首先增大流量,把此渦街主板換置同類型渦街流量計(jì)上,如排除主板故障,檢查發(fā)生體。
發(fā)生體損壞多出現(xiàn)在蒸汽測(cè)量系統(tǒng)中,由于工藝人員打開(kāi)閥門速度過(guò)快,使高溫高壓水蒸氣夾帶冷凝水劇烈沖擊漩渦發(fā)生體，導(dǎo)致其損壞,也就是常說(shuō)的“水錘”現(xiàn)象。所以要打開(kāi)導(dǎo)淋排盡冷凝水后再緩慢打開(kāi)蒸汽閥門,避免損壞漩渦發(fā)生體。
(6)可能的故障原因是管道流量過(guò)低,沒(méi)有進(jìn)入測(cè)量范圍�？梢栽龃罅髁靠戳髁坑�(jì)的反應(yīng)。在靠近流量計(jì)的管道旁有規(guī)律地連續(xù)敲擊,無(wú)論何種型號(hào)的流量計(jì)均會(huì)出現(xiàn)流量顯示。如果被測(cè)介質(zhì)為液體,最好空管試驗(yàn),因?yàn)橐后w本身就是消振器。故障處理的方法是更換通徑小一些的流量計(jì)或在工藝條件允許的情況下加大流量。
(7)可能的故障原因是發(fā)生體與殼體之間的間隙是否被細(xì)微顆粒卡住。該種現(xiàn)象一般出現(xiàn)于正常工作之后,停機(jī)又開(kāi)機(jī)。如果是這樣，在確認(rèn)轉(zhuǎn)換放大器及發(fā)生體都完好無(wú)損的情況下,特別是測(cè)量介質(zhì)又是液體,一般可認(rèn)為是該種故障。處理的方法是如果生產(chǎn)工藝條件允許,盡可能開(kāi)大流量,用一木制或橡皮錘子在流量計(jì)下部的焊臺(tái)上垂直敲擊,以便高速流體所產(chǎn)生的負(fù)壓將細(xì)微固體顆粒帶走。如果現(xiàn)場(chǎng)允許拆卸清洗,可以拆下發(fā)生體,但要求熟知流量計(jì)的結(jié)構(gòu),特別是密封墊片及壓板螺釘?shù)?一定要嚴(yán)格按使用說(shuō)明書(shū)的要求安裝。同時(shí)要注意拆卸之后重新安裝的發(fā)生體,可能會(huì)對(duì)流量系數(shù)帶來(lái)一些變動(dòng),雖然其變化不大,但需要修正。
(8)對(duì)照說(shuō)明書(shū)檢測(cè)參數(shù)設(shè)置是否有錯(cuò)誤，如果有,予以修正。
2.2通電后無(wú)流量但是有輸出
(1)檢測(cè)是否有振動(dòng)。絕大多數(shù)渦街流量計(jì),都具有二維空間的抗振性能。即在流體阻力方向及漩渦升力方向能抗住外界的振動(dòng)干擾,而在漩渦橫向推力方向則不能。如圖3.
最直接的檢測(cè)方法是用手感覺(jué)管道的震蕩。可以采用外部機(jī)械消振措施,如用橡膠軟接頭、墊等消振,用支架固定管道。另外很多廠家在設(shè)計(jì)渦街流量計(jì)的時(shí)候也考慮到了防振動(dòng)的需求,調(diào)整一些參數(shù)設(shè)置也可以減輕振動(dòng)對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響,但要注意這些參數(shù)設(shè)置對(duì)流量計(jì)流量上下限的影響。
(2)檢測(cè)輸出是否為50Hz左右的工頻干擾,可以用頻率計(jì)進(jìn)行檢測(cè)。處理的方法是選用帶屏蔽的電纜重新按規(guī)定接線。
(3)檢測(cè)輸出頻率為任意恒定頻率或者恒定輸出電流值,可能的故障原因是放大板損壞，產(chǎn)生自激。處理的方法是更換放大板。
(4)檢測(cè)流量計(jì)附近是否有強(qiáng)電設(shè)備或高頻干擾。特別是電焊機(jī)所產(chǎn)生的高頻諧波將會(huì)使流量計(jì)無(wú)流量有信號(hào)。
(5)檢測(cè)接線腔是否進(jìn)水。特別是電流輸出方式的渦街流量計(jì),正、負(fù)接線端子之間由于水的導(dǎo)電而形成旁路電流,可能造成了無(wú)流量有信號(hào)的現(xiàn)象。
(6)可能的故障原因是放大板的放大倍數(shù)或觸發(fā)靈敏度過(guò)高。解決的方法是調(diào)試放大倍數(shù)和靈敏度,觀察對(duì)輸出的影響,做出必要的調(diào)整。
(7)可能的故障原因是管道閥門未徹底關(guān)閉,有漏流量。此時(shí)需要在現(xiàn)場(chǎng)檢查壓力和閥門關(guān)閉情況。
2.3流量輸出不穩(wěn)定
(1)可能的故障原因是流量計(jì)安裝不同心。檢測(cè)的方法是拆下儀表檢查法蘭與管道的位置,如果是由于安裝不同心引起的,重新安裝儀表。
(2)可能的故障原因是直管段不夠或者管道內(nèi)徑與儀表內(nèi)徑不一致。需要檢測(cè)管道內(nèi)徑和儀表內(nèi)徑,有必要時(shí)更換儀表安裝位置或加長(zhǎng)前、后直管段。
(3)可能的故障原因是儀表選型不合適。如果選型有誤,常用流量在非線性區(qū),甚至在臨界死區(qū)附近,那么就可能出現(xiàn)流量波動(dòng)。在工藝條件允許的情況下,加大流量，如果流量穩(wěn)定了，則更換通徑小一檔的流量計(jì)。
(4)可能的原因是流體中存在液氣、液固或氣固兩相流。渦街流量計(jì)只能測(cè)單相流，不能測(cè)兩相流,這是由漩渦流量計(jì)工作原理所決定的。檢測(cè)時(shí)一般憑經(jīng)驗(yàn),或根據(jù).流體性質(zhì)及工況壓力、溫度等來(lái)判斷是否存在液氣、液固、氣固兩相流。如介質(zhì)為液氨,輕脛等易揮發(fā)液體時(shí),容易出現(xiàn)此類現(xiàn)象。對(duì)于液體，如果是液固兩相流，一般可在流量計(jì)的.上游端加裝過(guò)濾器。如果是液氣兩相流，則可在流量計(jì)的.上游端加裝消氣器。
(5)可能的故障原因是流量計(jì)與流量調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)產(chǎn)生系統(tǒng)振蕩。將調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)的閥門開(kāi)度控制器打到手動(dòng)檔,當(dāng)把閥門開(kāi)到一定值，如果流量顯示比較穩(wěn)定或稍有些波動(dòng),那說(shuō)明存在系統(tǒng)振蕩。一般處理的方法是重新整定PID參數(shù)。
(6)可能的故障原因是發(fā)生體上纏繞有纖維物。如果發(fā)生體上纏繞著纖維物，它將大大減弱漩渦的渦漩力,由于漩渦的作用,纖維物隨流體擺動(dòng),從而造成漩渦的波動(dòng)，流量顯示亦波動(dòng)�？梢圆鸪龣z測(cè),清理后重新安裝。
(7)可能的故障原因是轉(zhuǎn)換放大器的輸入通道損壞一路。由工作原理可知,當(dāng)一路信號(hào)沒(méi)有之后,信噪比大大下降,背景噪聲未衰減進(jìn)入后面處理,尖峰脈沖將會(huì)造成流量顯示的不穩(wěn)定�？梢詮妮斎攵俗⑷肴梭w感應(yīng)信號(hào),用以觀察輸出端的變化情況。實(shí)際檢修中也可以利用現(xiàn)場(chǎng)有的其他類型流量計(jì)主板更換進(jìn)行檢查。確定有故障,應(yīng)當(dāng)予以更換。
(8)可能的故障原因是儀表參數(shù)設(shè)置錯(cuò)誤。對(duì)照說(shuō)明書(shū)檢測(cè)各項(xiàng)參數(shù),如有錯(cuò)誤重新設(shè)置。
2.4流量計(jì)量誤差較大
2.3中提到的各項(xiàng)故障原因也都有可能是流量計(jì)量誤差大的因素。此外，還有可能是以下原因造成的故障。
(1)測(cè)量氣體或者蒸汽沒(méi)有實(shí)時(shí)溫度補(bǔ)償或固定設(shè)置溫度壓力進(jìn)行補(bǔ)償。處理的方法是加裝溫壓補(bǔ)償元件或者設(shè)置固定值補(bǔ)償。
(2)測(cè)量蒸汽時(shí)飽和蒸汽不是飽和狀態(tài)。處理的方法是檢測(cè)工藝流程,改變工藝條件。
(3)檢查配套的二次儀表參數(shù)設(shè)置是否正確。配套的.二次儀表的輸入方式必須與流量計(jì)相對(duì)應(yīng)匹配,否者將會(huì)產(chǎn)生誤差。
3結(jié)束語(yǔ)
通過(guò)長(zhǎng)期的工作實(shí)踐證明，只要對(duì)渦街流量計(jì)的原理、結(jié)構(gòu)、性能有了全面深入的了解，加上工作經(jīng)驗(yàn)的輔助,就會(huì)有應(yīng)付各種故障情況的方法，讓渦街流量計(jì)成為流量測(cè)量的得力助手。同時(shí)對(duì)常見(jiàn)故障情況進(jìn)行系統(tǒng)的分析和整理，也有利于對(duì)常見(jiàn)故障現(xiàn)象有更深層次的認(rèn)識(shí),為今后的使用和維護(hù)打下更堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
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