摘要：選擇(ze)傳統應力(li)式渦街流(liu)量計 ,通過(guo)管道振動(dong)條件下的(de)測量試驗(yan)結合頻譜(pu)分析方法(fa),研究其抗(kang)振性能。試(shi)驗結果表(biao)明,不考慮(lü)其下❓限流(liu)速,振動頻(pin)率爲40Hz時,隻(zhi)有在0.05g管道(dao)振動加速(su)度的情況(kuang)下,才能正(zheng)常工作。
0引(yin)言
　　渦街流(liu)量計利用(yong)流體經過(guo)旋渦發生(sheng)體後産生(sheng)的振動進(jin)行流量測(ce)量[1-2],因其介(jie)質适應性(xing)強、無可動(dong)部件、結構(gou)簡🏃‍♀️單、可靠(kao)性🥰高等特(te)點而被廣(guang)泛使用”。正(zheng)是因爲其(qi)以流體振(zhen)動爲測量(liang)原理,在管(guan)道振動的(de)情況下,渦(wo)街流量計(ji)的使用受(shou)到了限制(zhi)。
　　國内外諸(zhu)多學者及(ji)研究機構(gou)對渦街流(liu)量計抗振(zhen)性和振動(dong)環境下渦(wo)街流量計(ji)的使用進(jin)行了大量(liang)🚩研究🏃‍♂️[4-7]。本文(wen)❄️以國内外(wai)應用最爲(wei)廣泛的應(ying)力式渦街(jie)流量計🏃‍♂️作(zuo)爲研究對(dui)象,在氣體(ti)流量管道(dao)振動試驗(yan)💛裝置上,在(zai)相同流速(su)範圍内進(jin)🔱行了相同(tong)振動頻率(lü)不同振動(dong)加速度的(de)管道振動(dong)試驗，研究(jiu)了應力式(shi)渦街流量(liang)計在管道(dao)振動條件(jian)下的抗振(zhen)性能🎯。
1試驗(yan)裝置
　　圖1爲(wei)氣體流量(liang)管道振動(dong)試驗裝置(zhi)結構圖。爲(wei)避免氣體(ti)🈲壓力波🤞動(dong),空氣壓縮(suo)機先将大(da)氣中的空(kong)氣壓縮打(da)人穩壓儲(chu)氣罐中，高(gao)溫壓縮空(kong)氣經過冷(leng)千機冷卻(que)除濕後，得(de)到的純淨(jing)氣體先後(hou)流經氣路(lu)總閥、氣動(dong)調節閥、渦(wo)輪流量計(ji)(标準🆚表)、渦(wo)街流👅量計(ji)(被校表)後(hou),最終通向(xiang)大氣。本文(wen)選用的振(zhen)動台,具有(you)頻率💰調節(jie)(1~400Hz)、簡易調☎️整(zheng)加速度(<20g)/振(zhen)幅、輸出正(zheng)弦類波形(xing)等功能,從(cong)而使設定(ding)頻率下不(bu)同振動加(jia)速度的管(guan)道振動試(shi)驗得以實(shi)現)。

　　試驗中對(dui)渦街流量(liang)計的流量(liang)校準采用(yong)标準表法(fa),即由🏃‍♂️渦輪(lun)流量計測(ce)得的流量(liang)值和渦輪(lun)流量計表(biao)前壓力變(bian)送器測得(de)的壓力值(zhi)便可換算(suan)得到流經(jing)被測渦街(jie)流量計的(de)體積流量(liang)(管路中氣(qi)體溫度變(bian)化很小,忽(hu)略不計)。标(biao)準表渦輪(lun)流量計的(de)最大允許(xu)✉️誤差爲±1%,内(nei)徑爲50mm，流量(liang)範圍✔️爲5~100m3/h;兩(liang)個 壓力變(bian)送器 的最(zui)大允許誤(wu)差均爲±2%
2試(shi)驗條件
　　爲(wei)了分析管(guan)道振動對(dui)渦街流量(liang)計測量的(de)影響，分别(bie)在5,7.5,11,15.5,20.5m/s五個流(liu)速,施加豎(shu)直方向振(zhen)動,振動頻(pin)率40Hz,振動✨的(de)加速度分(fen)别⭐爲0.05g,0.1g,0.2g,0.5g。
3試驗(yan)數據結果(guo)分析
　　選用(yong)國内生産(chan)的普通應(ying)力式模拟(ni)渦街流量(liang)計,在圖1所(suo)示的氣體(ti)管道振動(dong)試驗裝置(zhi)上進行測(ce)量試✔️驗。試(shi)驗數據如(ru)💋表1所示。将(jiang)㊙️測量數據(ju)整理分析(xi)，繪制其不(bu)同加速度(du)振動條件(jian)下儀㊙️表系(xi)數相對于(yu)無管♊道振(zhen)動時👉儀表(biao)系數的相(xiang)對誤🈚差曲(qu)線如2所示(shi)。

　　在相同的(de)振動加速(su)度下不同(tong)流速對渦(wo)街流量計(ji)測量🥰影響(xiang)的程度是(shi)不同的。低(di)流速時渦(wo)街流量計(ji)受管道振(zhen)動影響更(geng)加嚴重,輸(shu)出脈沖的(de)頻率即爲(wei)管道振動(dong)的頻率。在(zai)振動加速(su)度較大時(shi)，低流速點(dian)5m/s處的儀表(biao)🚩系數的相(xiang)對誤差集(ji)中在-一點(dian)。随着流速(su)的升高,渦(wo)街流量計(ji)受管✉️道振(zhen)動影響根(gen)據振動加(jia)速度的不(bu)同可分爲(wei)以下幾種(zhong)👅情況:1)管道(dao)振動加速(su)度爲0.05g、0.1g時,渦(wo)街流量計(ji)儀表系數(shu)相對誤差(cha)随流速的(de)升高而減(jian)小，最終減(jian)小至零;2)管(guan)道振動加(jia)速度爲0.2g時(shi),渦街流量(liang)計儀表系(xi)數🐉相對誤(wu)差随流速(su)升高先增(zeng)🏃🏻大後減小(xiao)，最終減小(xiao)至零;3)管道(dao)振動加速(su)度爲0.5g時,渦(wo)街流量計(ji)儀表系數(shu)相對誤💘差(cha)随流速升(sheng)高先增大(da)👈後減小，但(dan)最終未減(jian)小至零。出(chu)現上述現(xian)象的原因(yin)在于,應力(li)式渦街流(liu)量計是利(li)用壓電探(tan)📧頭對交替(ti)作用在旋(xuan)渦發生體(ti)上的升力(li)的檢測進(jin)而獲得渦(wo)街頻率的(de)，而作用在(zai)旋渦發生(sheng)體上的升(sheng)力與被測(ce)🈲流體的密(mi)度和流速(su)平方成正(zheng)比。小流量(liang)時升力幅(fu)值小，易受(shou)到管道振(zhen)動的幹擾(rao),當振動加(jia)速度較大(da)時，振動信(xin)号的幅值(zhi)🚶‍♀️超過了渦(wo)街升力的(de)幅值,有用(yong)信号幾乎(hu)⭐完全被淹(yan)沒,隻能檢(jian)測到管道(dao)振動信👈号(hao),故渦街流(liu)量計儀表(biao)系數相對(dui)誤差集中(zhong)在一點。随(sui)㊙️着流速升(sheng)高,作用在(zai)旋渦發生(sheng)體上的升(sheng)力幅值成(cheng)平方倍的(de)增長,而管(guan)道振動加(jia)速度不變(bian)即振動幅(fu)👈值不變,故(gu)壓電探頭(tou)檢測到的(de)混合信号(hao)中渦街有(you)💃🏻用信号逐(zhu)漸顯露出(chu)來。當管道(dao)振動加速(su)度爲第1)種(zhong)情況時，渦(wo)街信号幅(fu)值随流速(su)升高而迅(xun)速增強,最(zui)終能夠抑(yi)制👣管道的(de)🈲振動信号(hao)使儀表系(xi)數相對誤(wu)差減小至(zhi)零;當🐉管道(dao)振動加速(su)度爲後兩(liang)種情況時(shi),在低流速(su)下,檢測到(dao)的信号完(wan)全是振動(dong)信号,以此(ci)🌏固定的管(guan)道振動頻(pin)率作爲渦(wo)街的♍頻率(lü)信号,得出(chu)🈲的儀表系(xi)數當然随(sui)着流速的(de)升高而減(jian)小，儀表系(xi)數繼續降(jiang)低🔴,相對誤(wu)差增大，随(sui)着流速的(de)升高，渦街(jie)信号幅度(du)⛹🏻‍♀️增大,信噪(zao)比相對提(ti)高時,相對(dui)誤差随之(zhi)減小。而振(zhen)動加速度(du)爲0.5g的振動(dong)信号相對(dui)較強,渦街(jie)信号的幅(fu)值随着流(liu)速的升高(gao)雖然有大(da)❤️幅提升,但(dan)🥵仍無法完(wan)全有效地(di)抑制管道(dao)振動信号(hao),儀表系數(shu)相對誤差(cha)有🙇‍♀️所減小(xiao),但不能減(jian)至零。

　　此外,除最(zui)低流速點(dian)外,相同流(liu)速下渦街(jie)流量計的(de)⛷️儀表系數(shu)相對誤差(cha)随振動加(jia)速度的增(zeng)加而增大(da),這是由于(yu)振動加速(su)度的增加(jia)導緻管道(dao)振動幹擾(rao)的幅度變(bian)大,對渦街(jie)流量計信(xin)号輸出㊙️造(zao)成更加惡(e)劣的影響(xiang)。由以上試(shi)驗以及分(fen)析可以看(kan)出,普通模(mo)拟渦街流(liu)量👣計抗管(guan)道振動的(de)性能很差(cha),不考慮其(qi)♉下限流速(su),振動頻率(lü)爲40Hz時,隻有(you)在0.05g管道振(zhen)動加速度(du)🈲的情況下(xia),才能正常(chang)工作。

4試驗(yan)信号頻譜(pu)分析
　　爲了(le)觀測管道(dao)振動情況(kuang)下渦街流(liu)量信号的(de)特征,在上(shang)述試驗中(zhong)還啓用了(le)基于計算(suan)機的信号(hao)采集系統(tong),分别在上(shang)述五個流(liu)速下，對經(jing)過電荷放(fang)大和.低通(tong)濾波後的(de)渦街正弦(xian)信号進行(hang)數據采集(ji),利用💯頻譜(pu)分析軟件(jian)繪制出其(qi)對應☔的頻(pin)譜圖。由前(qian)面對🧑🏽‍🤝‍🧑🏻測量(liang)數據分析(xi)可知,0.05g和0.5g兩(liang)個振動加(jia)速度情況(kuang)下的🛀渦街(jie)特性具⭐備(bei)一定的代(dai)表性。故此(ci)處僅以0.05g和(he)0.5g兩個振動(dong)加速🌈度情(qing)況下的渦(wo)😄街信号爲(wei)例,說明其(qi)振動條件(jian)下的渦街(jie)信号的情(qing)況。其他振(zhen)動加速度(du)的信号情(qing)況均介于(yu)這兩種⛹🏻‍♀️情(qing)況之間。

　　由(you)圖3可知，在(zai)5m/s和7.5m/s兩個低(di)流速點時(shi),振動信号(hao)比較強,渦(wo)街信号受(shou)到嚴重影(ying)響，流量計(ji)輸出的脈(mo)沖頻率不(bu)是渦街頻(pin)率🏃,而是振(zhen)動信号與(yu)渦街信号(hao)合成的頻(pin)率,造成了(le)流量計的(de)測量誤差(cha)。随着流速(su)的增大,渦(wo)街的真實(shi)信号逐漸(jian)顯露出來(lai),振動信号(hao)相對比較(jiao)微弱,被渦(wo)街真實的(de)信号淹沒(mei),此時流量(liang)計輸出的(de)脈沖頻率(lü)即爲渦街(jie)信号的真(zhen)實頻率。
　　從(cong)圖3和圖4可(ke)以看出,0.5g振(zhen)動加速度(du)情況下,渦(wo)街信号受(shou)管道振動(dong)的影響程(cheng)度與0.05g振動(dong)加速度相(xiang)比要嚴重(zhong)得多。雖然(ran)仍🧡存在随(sui)着流速的(de)增大,渦街(jie)信号逐🧑🏽‍🤝‍🧑🏻漸(jian)增強的趨(qu)勢，但是在(zai)整個試驗(yan)測量範圍(wei)内,渦街信(xin)号都沒有(you)完全顯露(lu)出來,而都(dou)是振動信(xin)号占據了(le)主導地位(wei)。隻有當流(liu)速比較高(gao)時，振動信(xin)号中才疊(die)加了渦街(jie)🧡信号,而當(dang)流速相對(dui)比較低時(shi),渦街信号(hao)完全被振(zhen)動信号淹(yan)沒🐆。儀表輸(shu)出的脈沖(chong)頻率爲振(zhen)動信号的(de)頻率。因此(ci)可以解釋(shi)圖2相🏃🏻對誤(wu)差曲線中(zhong)0.5g振動加速(su)度情況下(xia),誤差比較(jiao)大,而且最(zui)終仍然沒(mei)有歸零的(de)原因。
5小結(jie)　　
　　本文以應(ying)用最爲廣(guang)泛的應力(li)式渦街流(liu)量計作爲(wei)研究對🔴象(xiang),對其進行(hang)管道振動(dong)條件下的(de)測量試驗(yan),分析其信(xin)号頻♍譜的(de)特點。試驗(yan)結果表明(ming),不考慮其(qi)下限流速(su)，振動頻率(lü)爲40Hz時,隻有(you)在0.05g管道振(zhen)動加速度(du)的情況下(xia)✂️，才能正常(chang)工作。

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