涡街流量计是根据卡门(Karman)涡街原理研究生产的,主要用于工业管道介质流体的流量测量,如气体、液体、蒸汽等多种介质。其特点是压力损失小,量程范围大,精度高,在测量工况体积流量时几乎不受流体密度、压力、温度、粘度等参数的影响。无可动机械零件,因此可靠性高,维护量小。仪表参数能长期稳定。涡街流量计采用压电应力式传感器,可靠性高,可在-20℃~+250℃的工作温度范围内工作。有模拟标准信号,也有数字脉冲信号输出,容易与计算机等数字系统配套使用,是一种比较先进、理想的测量仪器。
在流体中设置旋涡发生体(阻流体),从旋涡发生体两侧交替地产生有规则的旋涡,这种旋涡称为卡曼涡街,如图1所示。旋涡列在旋涡发生体下游非对称地排列。设旋涡的发生频率为f,被测介质来流的平均速度为U,旋涡发生体迎面宽度为d,表体通径为D,根据卡曼涡街原理,有如下关系式
f=SrU1/d=SrU/md (1)
式中 U1--旋涡发生体两侧平均流速,m/s;
Sr--斯特劳哈尔数;
m--旋涡发生体两侧弓形面积与管道横截面面积之比
图1 卡曼涡街
管道内体积流量qv为
qv=πD2U/4=πD2mdf/4Sr (2)
K=f/qv=[πD2md/4Sr]-1 (3)
式中 K--流量计的仪表系数,脉冲数/m3(P/m3)。
K除与旋涡发生体、管道的几何尺寸有关外,还与斯特劳哈尔数有关。斯特劳哈尔数为无量纲参数,它与旋涡发生体形状及雷诺数有关,图2所示为圆柱状旋涡发生体的斯特劳哈尔数与管道雷诺数的关系图。由图可见,在ReD=2×104~7×106范围内,Sr可视为常数,这是仪表正常工作范围。当测量气体流量时,VSF的流量计算式为
(4)
图2 斯特劳哈尔数与雷诺数关系曲线
式中 qVn,qV--分别为标准状态下(0oC或20oC,101.325kPa)和工况下的体积流量,m3/h;
Pn,P--分别为标准状态下和工况下的压力,Pa;
Tn,T--分别为标准状态下和工况下的热力学温度,K;
Zn,Z--分别为标准状态下和工况下气体压缩系数。
由上式可见,VSF输出的脉冲频率信号不受流体物性和组分变化的影响,即仪表系数在一定雷诺数范围内仅与旋涡发生体及管道的形状尺寸等有关。但是作为流量计在物料平衡及能源计量中需检测质量流量,这时流量计的输出信号应同时监测体积流量和流体密度,流体物性和组分对流量计量还是有直接影响的。
2. 结构
VSF由传感器和转换器两部分组成,如图3所示。传感器包括旋涡发生体(阻流体)、检测元件、仪表表体等;转换器包括前置放大器、滤波整形电路、D/A转换电路、输出接口电路、端子、支架和防护罩等。近年来智能式流量计还把微处理器、显示通讯及其他功能模块亦装在转换器内。
图3 涡街流量计
(1)旋涡发生体
旋涡发生体是检测器的主要部件,它与仪表的流量特性(仪表系数、线性度、范围度等)和阻力特性(压力损失)密切相关,对它的要求如下。
1) 能控制旋涡在旋涡发生体轴线方向上同步分离;
2) 在较宽的雷诺数范围内,有稳定的旋涡分离点,保持恒定的斯特劳哈尔数;
3) 能产生强烈的涡街,信号的信噪比高;
4) 形状和结构简单,便于加工和几何参数标准化,以及各种检测元件的安装和组合;
5) 材质应满足流体性质的要求,耐腐蚀,耐磨蚀,耐温度变化;
6) 固有频率在涡街信号的频带外。
已经开发出形状繁多的旋涡发生体,它可分为单旋涡发生体和多旋涡发生体两类,如图4所示。单旋涡发生体的基本形有圆柱、矩形柱和三角柱,其他形状皆为这些基本形的变形。三角柱形旋涡发生体是应用广泛的一种,如图5所示。图中D为仪表口径。为提高涡街强度和稳定性,可采用多旋涡发生体,不过它的应用并不普遍。
(a)单旋涡发生体
(b)双、多旋涡发生体
图4 旋涡发生体
图5 三角柱旋涡发生体
d/D=0.2~0.3;c/D=0.1~0.2;
b/d=1~1.5;θ=15o~65o
⑵ 检测元件
流量计检测旋涡信号有5种方式。
1) 用设置在旋涡发生体内的检测元件直接检测发生体两侧差压;
2) 旋涡发生体上开设导压孔,在导压孔中安装检测元件检测发生体两侧差压;
3) 检测旋涡发生体周围交变环流;
4) 检测旋涡发生体背面交变差压;
5) 检测尾流中旋涡列。
根据这5种检测方式,采用不同的检测技术(热敏、超声、应力、应变、电容、电磁、光电、光纤等)可以构成不同类型的VSF,如表1所示。
一、结构简单而牢固,无可动部件,可靠性高,长期运行十分可靠。
二、安装简单,维护十分方便。
三、检测传感器不直接接触被测介质,性能稳定,寿命长。
四、输出是与流量成正比的脉冲信号,无零点漂移,精度高。
五、测量范围宽,量程比可达1:10。
六、压力损失较小,运行费用低,更具节能意义。
在一定的雷诺数范围内,输出信号频率不受流体物理性质和组份变化的影响,仪表系数仅与旋涡发生体的形状和尺寸有关,测量流体体积流量时无需补偿,调换配件后一般无需重新标定仪表系数。
应用范围广,蒸汽、气体、液体的流量均可测量。
传感器可安装在室内,也可安装在室外。环境条件要符合要求。
传感器应安装在水平、垂直或倾斜(流体的流向自下而上)的与其公称通径相应的管道上。
传感器应避免安装在械振动的管道上。当振动不可避免时,应考虑在距传感器前后约2DN处的直管段上加固定支撑架。
传感器应避免安装在有较强电磁场干扰、有热辐射、有腐蚀性气体、空间小和维修不方便的场所。
被测介质含有较多杂质时,应在传感器上游直管段要求的长度以外加装过滤器。
传感器的上、下游应配置一定长度的直管段,直管段的内壁应清洁、光滑,无明显凸凹、积垢和起皮等现象。其长度应符合图二的要求。安装液体传感器的附近管道内,应充满被测液体。
直管段内径尽可能与传感器通径一致,若不能一致,应采用比传感器通径略大的管径,误差要≤3%并不超过5mm。
1、合理选择安装场所和环境。
避开强电力设备,高频设备,强电源开关设备;避开高温热源和辐射源的影响,避开强烈震动场所和强腐蚀 环境等,同时要考虑安装维修方便。
2、上下游必须有足够的直管段。
若传感器安装点的上游在同一平面上有二个90°弯头,则:上游直管段≥25D,下游直管段≥5D 。
若传感器安装点的上游在不同平面上有二个90°弯头,则:上游直管段≥40D,下游直管段≥5D 。
调节阀应安装在传感器的下游5D以外处,若必须安装在传感器的上游,传感器上游直管段应不小于50D,下游应有不小于5D。
3、安装点上下游的配管应与传感器同心,同轴偏差应不小于0.5DN。
4、管道采取减振动措施。
传感器尽量避免安装在振动较强的管道上,特别是横向振动。若不得已要安装时,必须采取减振措施,在传感器的上下游2D处分别设置管道紧固装置,并加防振垫。
5.在水平管道上安装是流量传感器常用的安装方式。
测量气体流量时,若被测气体中含有少量的液体,传感器应安装在管线的较高处。
测量液体流量时,若被测液体中含有少量的气体,传感器应安装在管线的较低处。
6.传感器在垂直管道的安装。
测量气体流量时,传感器可以安装在垂直管道上,流向不限。若被测气体中含有少量的液体,气体流向应由下向上。
测量液体流量时,液体流向应由下向上:这样不会将液体重量额外附加在探头上。
7、传感器在水平管道的侧装。
无论测量何种流体,传感器可以在水平管道上侧装,特别是测量过热蒸汽,饱和蒸汽和低温液体,若条件允许采用侧装,这样流体的温度对放大器的影响较小。
8.传感器在水平管道的倒装。
一般情况下不推荐用此安装方法。此安装方法不适用于测量一般气体、过热蒸汽。可用于测量饱和蒸汽,适用于测量高温液体或需经常清洗管道的情况。
9.传感器在有保温层管道上的安装。
测量高温蒸汽时,保温层多不能超过支架高度的三分之一。
10.测压点和测温点的选择。
根据测量的需要,需在传感器附近测量压力和温度时,测压点应在传感器下游的3-5D处,测温点应在传感器下游的6-8D处。
1.涡街流量计除了带密度补偿功能的,其它测量结果都是体积单位(如m3/h).带密度自动补偿功能的流量计,它的密度是自动补偿计算的,不是由人为设置的.蒸汽的密度补偿一般分为:饱和蒸汽温度补偿\饱和蒸汽压力补偿\过热蒸汽温度压力补偿.所以那些不带补偿功能说能出质量流量的厂家,都是把密度值设置成固定的密度置入流量计的,或者把密度值糅合到仪表系数中,都不是真实可靠的实际值.
2.流量计和二次表的配套设置:正确做法应该是---两者的量程和单位应该一致.比如涡街流量计的量程分别是7100m³/h和3T/h.那么二次表的设置应该跟它一样.
3.你的问题正确的解决办法:涡街流量计已经买回来了,在它身上加不了补偿功能了,只能单独另加补偿设备,又因为你的蒸汽温度为210,压力是0.5Mpa,属于过热蒸汽,过热蒸汽要想得到准确的质量流量必须温度和压力两路同时补偿,所以应该加装热电阻和压力变送器,然后把温度\压力\流量这三路信号同时引到二次表(必须带温度压力补偿功能)中补偿运算,才能得到准确的蒸汽质量流量.
PS:以上说了半天,现在进入主题,如果不想加这些设备,就想大致按照你自己测量的蒸汽温度压力得出的密度计算,很简单.把你自己计算得出的密度值乘以涡街流量计的量程值(体积),结果作为二次表的的量程,置入即可.例如,涡街流量计量程0-1000m3/h,蒸汽密度查表为3.18kg/m3,则二次表量程置为3180,单位为kg/h,即代表质量流量.
再PS:你自己提到的"蒸汽温度为210,压力是0.5Mpa"如果0.5Mpa指的是表压力,那么蒸汽密度应该为2.77kg/m3,如果指的是压力,那么蒸汽密度则约为2.30kg/m3,我不知道你2.2是怎么得到的,查表应该查过热蒸汽密度表,有国家标准.