摘(zhai)要：選擇(ze)傳統應(ying)力式渦(wo)街流量(liang)計 ,通過(guo)管道振(zhen)動條件(jian)下的測(ce)量試驗(yan)結合頻(pin)譜分析(xi)方法,研(yan)究🔞其抗(kang)振性能(neng)。試驗結(jie)果表明(ming),不考慮(lü)其下💞限(xian)流速,振(zhen)動頻😍率(lü)爲🐪40Hz時,隻(zhi)有在0.05g管(guan)道振動(dong)加速度(du)的情況(kuang)下,才能(neng)正常工(gong)作。
0引言(yan)
　　渦街流(liu)量計利(li)用流體(ti)經過旋(xuan)渦發生(sheng)體後産(chan)生的振(zhen)動進行(hang)流量測(ce)量[1-2],因其(qi)介質适(shi)應性強(qiang)、無可動(dong)部件、結(jie)構簡單(dan)、可靠性(xing)高等特(te)點而被(bei)廣泛使(shi)用”。正是(shi)☀️因爲其(qi)以流體(ti)振動爲(wei)測量原(yuan)理,在管(guan)道振動(dong)的情況(kuang)下,渦街(jie)流量計(ji)的使用(yong)受到了(le)限制。
　　國(guo)内外諸(zhu)多學者(zhe)及研究(jiu)機構對(dui)渦街流(liu)量計抗(kang)振性♋和(he)振🐕動環(huan)境下渦(wo)街流量(liang)計的使(shi)用進行(hang)了大量(liang)研究[4-7]。本(ben)文以國(guo)内外🚶‍♀️應(ying)用最爲(wei)廣泛的(de)應力式(shi)渦街流(liu)量計作(zuo)爲研究(jiu)對象,在(zai)氣體流(liu)量管道(dao)振動試(shi)驗❄️裝置(zhi)上,在相(xiang)同流速(su)範圍内(nei)進行了(le)相同🚩振(zhen)動頻率(lü)🌈不同振(zhen)動加速(su)度的管(guan)道振動(dong)試驗，研(yan)究了應(ying)力式渦(wo)街流量(liang)計在管(guan)道振動(dong)條件下(xia)的抗振(zhen)性能。
1試(shi)驗裝置(zhi)
　　圖1爲氣(qi)體流量(liang)管道振(zhen)動試驗(yan)裝置結(jie)構圖。爲(wei)避免氣(qi)體壓力(li)波動,空(kong)氣壓縮(suo)機先将(jiang)大氣中(zhong)的空氣(qi)壓🐉縮打(da)人穩壓(ya)儲氣罐(guan)中，高溫(wen)壓縮空(kong)氣經過(guo)冷千機(ji)💜冷卻除(chu)♊濕後，得(de)到的純(chun)淨氣體(ti)先後流(liu)經氣路(lu)總閥📱、氣(qi)動調節(jie)♻️閥、渦輪(lun)流🔴量計(ji)(标準表(biao))、渦街流(liu)量計(被(bei)校表)後(hou),最終通(tong)向大氣(qi)。本文💘選(xuan)用的振(zhen)動🌈台,具(ju)有頻率(lü)調節(1~400Hz)、簡(jian)易調整(zheng)加速度(du)(<20g)/振幅、輸(shu)出正弦(xian)類波形(xing)等功能(neng),從而使(shi)設定頻(pin)率下不(bu)同振動(dong)加速度(du)的管道(dao)振動試(shi)驗得以(yi)實現)。

　　試(shi)驗中對(dui)渦街流(liu)量計的(de)流量校(xiao)準采用(yong)标準表(biao)法,即💃由(you)渦輪流(liu)量計測(ce)得的流(liu)量值和(he)渦輪流(liu)量計表(biao)前壓力(li)變送器(qi)測得的(de)壓力值(zhi)便可換(huan)算得到(dao)流經被(bei)測渦街(jie)流量計(ji)的體積(ji)流量(管(guan)路中💛氣(qi)體溫度(du)變♉化很(hen)小,忽略(lue)不計)。标(biao)準表渦(wo)輪流量(liang)計的最(zui)大允許(xu)誤差爲(wei)±1%,内徑爲(wei)50mm，流量範(fan)圍💋爲5~100m3/h;兩(liang)個 壓力(li)變送器(qi) 的最大(da)允許誤(wu)差均爲(wei)±2%
2試驗條(tiao)件
　　爲了(le)分析管(guan)道振動(dong)對渦街(jie)流量計(ji)測量的(de)影響，分(fen)别在5,7.5,11,15.5,20.5m/s五(wu)個流速(su),施加豎(shu)直方向(xiang)振動,振(zhen)動頻率(lü)40Hz,振動的(de)加🌈速度(du)分别爲(wei)0.05g,0.1g,0.2g,0.5g。
3試驗數(shu)據結果(guo)分析
　　選(xuan)用國内(nei)生産的(de)普通應(ying)力式模(mo)拟渦街(jie)流量計(ji),在📱圖1所(suo)示💋的氣(qi)體管道(dao)振動試(shi)驗裝置(zhi)上進行(hang)測量試(shi)驗。試驗(yan)數據如(ru)表1所示(shi)。将測量(liang)數據整(zheng)理分析(xi)，繪制其(qi)不同✂️加(jia)速度振(zhen)動條件(jian)下儀表(biao)系數相(xiang)對于無(wu)管道振(zhen)動時儀(yi)表系數(shu)的相對(dui)誤差曲(qu)線如2所(suo)示。

　　在相(xiang)同的振(zhen)動加速(su)度下不(bu)同流速(su)對渦街(jie)流量計(ji)測量🎯影(ying)響的🚶‍♀️程(cheng)度是不(bu)同的。低(di)流速時(shi)渦街流(liu)量計受(shou)管道振(zhen)動影響(xiang)更加嚴(yan)重,輸出(chu)脈沖的(de)頻率即(ji)爲管道(dao)振動的(de)頻率。在(zai)振動加(jia)速度較(jiao)大時，低(di)流速點(dian)⚽5m/s處的儀(yi)表系數(shu)的相🔱對(dui)誤差集(ji)中在-一(yi)點。随着(zhe)流速的(de)升高,渦(wo)街🚩流量(liang)計受管(guan)道振動(dong)影響根(gen)據振動(dong)加速度(du)的不同(tong)可分爲(wei)以下幾(ji)種情況(kuang):1)管道振(zhen)動加速(su)度爲0.05g、0.1g時(shi),渦街流(liu)量計儀(yi)表系數(shu)相對💁誤(wu)差随流(liu)速的升(sheng)高而減(jian)小，最終(zhong)減👣小至(zhi)零;2)管道(dao)振動加(jia)💜速度爲(wei)0.2g時,渦街(jie)流量計(ji)儀表系(xi)數相對(dui)誤差随(sui)流速升(sheng)高先增(zeng)大後減(jian)小，最終(zhong)減小至(zhi)零🐉;3)管道(dao)振動加(jia)速度爲(wei)0.5g時,渦街(jie)流量計(ji)儀👨‍❤️‍👨表系(xi)數相對(dui)誤差随(sui)流速升(sheng)高先增(zeng)大🚩後減(jian)🏒小，但最(zui)終未減(jian)小至零(ling)。出現上(shang)述現象(xiang)的原因(yin)在于,應(ying)力式渦(wo)街流量(liang)計是利(li)用壓電(dian)探頭對(dui)交替作(zuo)用在旋(xuan)渦發生(sheng)體上的(de)升力的(de)檢測進(jin)而獲得(de)渦🤟街頻(pin)率的，而(er)作用在(zai)旋渦發(fa)生☔體上(shang)的升力(li)與被測(ce)流體的(de)密度和(he)流速平(ping)方成正(zheng)比。小流(liu)量時升(sheng)力幅值(zhi)小，易受(shou)到管道(dao)振動的(de)幹擾,當(dang)振動加(jia)速🈲度較(jiao)大時，振(zhen)動信号(hao)的幅值(zhi)超過了(le)渦街升(sheng)力的幅(fu)值,有用(yong)信号幾(ji)乎完全(quan)被淹沒(mei),隻能🍉檢(jian)測到管(guan)道振動(dong)信号,故(gu)渦街流(liu)量計儀(yi)表系數(shu)相對誤(wu)差集中(zhong)在一點(dian)。随着流(liu)速升高(gao)📐,作用在(zai)旋渦發(fa)生體上(shang)的升力(li)幅值成(cheng)平方倍(bei)的增長(zhang),而管道(dao)振動加(jia)速度不(bu)變即振(zhen)動幅值(zhi)不☂️變,故(gu)壓電探(tan)頭檢測(ce)到的混(hun)合信号(hao)中渦街(jie)有用信(xin)号逐漸(jian)顯露出(chu)來。當管(guan)道振動(dong)加速度(du)爲第1)種(zhong)情況時(shi)，渦🔞街信(xin)号幅值(zhi)随流速(su)升高而(er)迅速增(zeng)強,最終(zhong)能夠抑(yi)制管道(dao)的振動(dong)信号使(shi)儀表系(xi)數相對(dui)誤差減(jian)小至零(ling);當管道(dao)振動加(jia)速💰度爲(wei)後兩種(zhong)情況時(shi),在低流(liu)速下,檢(jian)測到的(de)信号完(wan)🌈全是振(zhen)動信号(hao),以此固(gu)定的管(guan)道振動(dong)頻🈲率作(zuo)爲渦街(jie)的頻率(lü)信号,得(de)出的儀(yi)表系數(shu)當然随(sui)着流速(su)的升高(gao)而減小(xiao)，儀表系(xi)數繼續(xu)降🈲低,相(xiang)對誤差(cha)增大，随(sui)着流速(su)的升高(gao)，渦街❌信(xin)号幅度(du)增大,信(xin)噪比相(xiang)對提高(gao)時,相對(dui)誤差随(sui)之😍減小(xiao)。而振動(dong)加速⛹🏻‍♀️度(du)爲0.5g的振(zhen)動💞信号(hao)相對較(jiao)強,渦街(jie)信号的(de)幅值随(sui)着流速(su)的升高(gao)雖然有(you)大幅提(ti)升,但仍(reng)無法完(wan)全有效(xiao)地抑制(zhi)管道振(zhen)動信号(hao),儀表系(xi)數🍓相對(dui)誤差有(you)所減小(xiao),但不能(neng)減至零(ling)。

　　此(ci)外,除最(zui)低流速(su)點外,相(xiang)同流速(su)下渦街(jie)流量計(ji)的儀表(biao)系數相(xiang)對誤差(cha)随振動(dong)加速度(du)的增加(jia)而增大(da)🐅,這是由(you)于振動(dong)加速度(du)的增加(jia)導緻管(guan)道振動(dong)幹擾的(de)幅度變(bian)大,對渦(wo)街流量(liang)計信号(hao)輸出造(zao)成更加(jia)惡劣的(de)影響。由(you)以上試(shi)驗以及(ji)分析可(ke)以看出(chu),普通模(mo)✊拟渦街(jie)流量計(ji)抗管道(dao)振動的(de)性能很(hen)差,不考(kao)慮其下(xia)限流速(su),振🔆動頻(pin)率爲40Hz時(shi),隻有在(zai)0.05g管道振(zhen)動加速(su)度的情(qing)況下,才(cai)能正常(chang)工作。

4試(shi)驗信号(hao)頻譜分(fen)析
　　爲了(le)觀測管(guan)道振動(dong)情況下(xia)渦街流(liu)量信号(hao)的特征(zheng),在上述(shu)試驗中(zhong)還啓用(yong)了基于(yu)計算機(ji)的信号(hao)采集系(xi)統,分别(bie)在上述(shu)五個流(liu)速下，對(dui)經過電(dian)荷放大(da)和.低通(tong)濾波後(hou)的渦街(jie)正弦信(xin)号進行(hang)數據采(cai)集,利用(yong)頻譜分(fen)析軟件(jian)繪制🍉出(chu)其對應(ying)的頻譜(pu)圖。由前(qian)面對測(ce)量數據(ju)分析可(ke)知,0.05g和0.5g兩(liang)個振動(dong)加速🌈度(du)情況下(xia)的渦街(jie)特性具(ju)備一定(ding)的代表(biao)性。故此(ci)處僅以(yi)0.05g和0.5g兩個(ge)振動加(jia)速✊度情(qing)況下的(de)渦街信(xin)号爲例(li),說明其(qi)振動條(tiao)件下的(de)渦街信(xin)号❌的情(qing)況。其他(ta)振動加(jia)速度的(de)信号情(qing)況均介(jie)于這兩(liang)種情況(kuang)之間。

　　由(you)圖3可知(zhi)，在5m/s和7.5m/s兩(liang)個低流(liu)速點時(shi),振動信(xin)号比較(jiao)強⭐,渦街(jie)信号受(shou)到嚴重(zhong)影響，流(liu)量計輸(shu)出的脈(mo)沖頻率(lü)不是渦(wo)街頻率(lü),而是振(zhen)動🐅信号(hao)與渦街(jie)信号合(he)成的頻(pin)率,造成(cheng)了流量(liang)計的測(ce)量誤差(cha)。随着流(liu)速的增(zeng)大,渦街(jie)的真實(shi)信号逐(zhu)漸顯露(lu)出來,振(zhen)動信号(hao)相對比(bi)較微弱(ruo),被渦街(jie)真實的(de)信号淹(yan)沒,此時(shi)流量計(ji)輸出🈲的(de)脈沖頻(pin)率即爲(wei)渦街信(xin)号的真(zhen)實頻率(lü)。
　　從圖3和(he)圖4可以(yi)看出,0.5g振(zhen)動加速(su)度情況(kuang)下,渦街(jie)信号受(shou)管🤟道振(zhen)動的影(ying)響程度(du)與0.05g振動(dong)加速度(du)相比要(yao)嚴重得(de)多。雖然(ran)仍存在(zai)🌈随着流(liu)速的增(zeng)大,渦街(jie)信号逐(zhu)漸增強(qiang)🎯的趨勢(shi)，但是在(zai)🌈整個試(shi)驗測量(liang)範圍内(nei),渦街信(xin)号都沒(mei)有完全(quan)顯露出(chu)來,而都(dou)是振動(dong)信号占(zhan)據了主(zhu)導地位(wei)🐉。隻有當(dang)流速🔆比(bi)較高時(shi)，振動信(xin)号中才(cai)疊加了(le)渦街信(xin)号,而當(dang)流速相(xiang)對比較(jiao)低時,渦(wo)街信号(hao)完全被(bei)振動信(xin)号淹沒(mei)。儀表輸(shu)出的脈(mo)沖頻率(lü)爲振動(dong)信号的(de)頻率。因(yin)此可以(yi)解釋圖(tu)2相對誤(wu)差曲線(xian)中0.5g振動(dong)加速度(du)情況下(xia),誤差比(bi)較大,而(er)且最終(zhong)仍然沒(mei)有歸零(ling)的原因(yin)。
5小結　　
　　本(ben)文以應(ying)用最爲(wei)廣泛的(de)應力式(shi)渦街流(liu)量計作(zuo)爲研究(jiu)對象,對(dui)其進行(hang)管道振(zhen)動條件(jian)下的測(ce)量試驗(yan),分析其(qi)信号頻(pin)譜的特(te)點。試驗(yan)結果表(biao)明,不考(kao)慮其下(xia)限流速(su)，振動頻(pin)率爲40Hz時(shi),隻有在(zai)0.05g管道振(zhen)動加速(su)度🈲的情(qing)況下，才(cai)能正常(chang)工作。

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