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=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;
(qVmin)ρ--满足旋涡强度要求时最小体积流量,m3/h;
(qVmin)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;
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(qVmin)ρ,和(qVmin)υ:
若(qVmin)υ≥(qVmin)ρ,可测流量范围为(qVmin)ρ~qVmax,线性范围为(qVmin)υ~qVmax;
若(qVmin)υ<(qVmin)ρ,可测流量范围和线性范围为(qVmin)ρ~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=15×10-6m2/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(qV0min)ρ和(qV0min)υ, (qV0min)ρ>(qV0min)υ
故可测流量范围为(qV0min)ρ~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(qV0min)ρ和(qV0min) (qV0min)ρ≤(qV0min)υ