污水流量測量中流量計(jì)的選型與探討
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2. 渦街流量計(jì)選型設(shè)計(jì)
渦街流量計(jì)作為一種新型流量計(jì)，80年代中期以來發(fā)展較快，它在流量測量方面有著諸多的優(yōu)點(diǎn)和長處，在現(xiàn)代流量測量中應(yīng)用越來越廣泛。在國內(nèi)使用渦街流量計(jì)進(jìn)行流量測量也愈來愈得到重視，目前我國已有性能優(yōu)良并有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的產(chǎn)品系列。渦街流量計(jì)是基于流體振動(dòng)發(fā)展起來的，根據(jù)旋渦的不同，檢測方式從熱絲式、熱敏式逐漸發(fā)展了應(yīng)力式、磁敏式及差動(dòng)開關(guān)電容式、超聲波式等。渦街流量計(jì)幾乎可用于一切可形成旋渦列的場合，不僅可用于封閉的管道，還可用于開放的溝槽。與渦輪流量計(jì)相比，渦街流量計(jì)沒有可動(dòng)的機(jī)械部件，維護(hù)工作量小，儀表常數(shù)穩(wěn)定；與孔板式流量計(jì)相比，渦街流量 計(jì)測量范圍大，壓力損失小，準(zhǔn)確度高，安裝與維護(hù)簡單。但渦街流量計(jì)的環(huán)境相關(guān)參數(shù)較多，容易在使用現(xiàn)場被忽略而影響流量計(jì)性能的正確發(fā)揮。
渦街流量計(jì)的原理是在流量計(jì)管道中，設(shè)置一滯流件，當(dāng)流體流經(jīng)滯流件時(shí)，由于滯流件表面的滯流作用等原因，在其下游會(huì)產(chǎn)生兩列不對稱的旋渦，這些旋渦在滯流件的側(cè)后方分開，形成所謂的卡門 （Karman）旋渦列，兩列旋渦的旋轉(zhuǎn)方向是相反的，卡門從理論上證明了當(dāng)h/L=0.281（h為兩旋渦列之間的寬度，L為兩個(gè)相鄰旋渦間的距離）時(shí)，旋渦列是穩(wěn)定的，在此情況下，產(chǎn)生旋渦的頻率f與流量計(jì)管道中流體流速υ的關(guān)系為：
f =sv/d （5）
v=df/s （6）
式中 d ——圓柱形滯流件的直徑；
s——無量綱常數(shù)，稱為Strouhal數(shù)，與流體流動(dòng)狀態(tài)的雷諾數(shù)Re有關(guān)。
流量計(jì)圓截面管道的雷諾數(shù)Re為：
（7）
ρ——流體的密度，kg/m3；
μ——流體的動(dòng)力粘度，(kg·m-1)/s。
而流體的流量：
Q=A *v
從上式可見，渦街流量計(jì)選型設(shè)計(jì)完畢，流量Q不僅與f有關(guān)，而且與雷諾數(shù)Re也有關(guān)。雷諾數(shù)Re是表征粘性流體流動(dòng)特性的一個(gè)無量綱數(shù)，其物理意義是流體流動(dòng)的慣性力與粘滯力的比值 。因此，流體的流動(dòng)狀態(tài)對渦街流量計(jì)的使用也有一定的影響。如果環(huán)境參數(shù)對流體流動(dòng)狀態(tài)有影響也會(huì)影響到渦街流量計(jì)的使用性能。
經(jīng)過實(shí)踐，如下幾個(gè)方面對渦街流量計(jì)的使用都有影響，應(yīng)對這些問題進(jìn)行分析。
（1） 渦街流量計(jì)的測量范圍較大，一般10：1，但測量下限受許多因素限制：Re＞10 000是渦街流量計(jì)工作的最基本條件，除此以外，它還受旋渦能量的限制，介質(zhì)流速較低，則旋渦的強(qiáng)度、旋轉(zhuǎn)速度也低，難以引起傳感元件產(chǎn)生響應(yīng)信號，旋渦頻率f也小，還會(huì)使信號處理發(fā)生困難。測量上限則受傳感器的頻率響應(yīng)（如磁敏式一般不超過400Hz）和電路的頻率限制，因此設(shè)計(jì)時(shí)一定要對流速范圍進(jìn)行計(jì)算、核算，根據(jù)流體的流速進(jìn)行選擇。使用現(xiàn)場環(huán)境條件復(fù)雜，選型時(shí)除注意環(huán)境溫度、濕度、氣氛等條件外，還要考慮電磁干擾。在強(qiáng)干擾如高壓輸電電站、大型整流所等場合，磁敏式、壓電應(yīng)力式等儀表不能正常工作或不能準(zhǔn)確測量。
（2） 振動(dòng)也是該類儀表的一大勁敵。因此在使用時(shí)注意避免機(jī)械振動(dòng)，尤其是管道的橫向振動(dòng)（垂直于管道軸線又垂直旋渦發(fā)生體軸線的振動(dòng)），這種影響在流量計(jì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上是無法抑制和消除的。由于渦街信號對流場影響同樣敏感，故直管段長度不能保證穩(wěn)定 渦街所必要的流動(dòng)條件時(shí)，是不宜選用的。即使是抗振性較強(qiáng)的電容式、超聲波式，保證流體為充分發(fā)展的單向流，也是不可忽略的。
（3） 介質(zhì)溫度對渦街流量計(jì)的使用性能也有很大的影響。如壓力應(yīng)力式渦街流量計(jì)不能長期使用在300℃狀態(tài)下，因其絕緣阻抗會(huì)由常溫下的10 MΩ～100 MΩ急降至1 MΩ～10 KΩ，輸出信號也變小，導(dǎo)致測量特性惡化，對此宜選用磁敏式或電容式結(jié)構(gòu)。在測量系統(tǒng)中，傳感器與轉(zhuǎn)換器宜采用分離安裝方式，以免長期高溫影響儀表可靠性和使用壽命。
渦街流量計(jì)是一種比較新型的流量計(jì)，處于發(fā)展階段，還不很成熟，如果選擇不當(dāng)，性能也不能很好發(fā)揮。只有經(jīng)過合理選型、正確安裝后，還需要在使用過程中認(rèn)真定期維護(hù)，不斷積累經(jīng)驗(yàn)，提高對系統(tǒng)故障的預(yù)見性以及判斷、處理問題的能力，從而達(dá)到令人滿意的效果。
3. 節(jié)流式流量計(jì)選型設(shè)計(jì)
節(jié)流式流量計(jì)是早期大量使用的一種測量流量的計(jì)量裝置，其歷史最長，用量最多?，F(xiàn)在常見的為圓孔板型和錐形入口板型，其工作原理是在流體管道中加入一孔板節(jié)流件，通過導(dǎo)壓管引入壓差變送器測出節(jié)流件上、下游的壓差，根據(jù)所測的壓差經(jīng)過計(jì)算即得出流量的瞬時(shí)值。由于導(dǎo)壓管內(nèi)水的不流動(dòng)性，在較寒冷地區(qū)，冬天室外安裝的孔板取壓管容易 凍裂（凍住），使差壓儀器無法正常工作。測量較臟的污水時(shí)，孔板需經(jīng)常清洗。如清洗不及時(shí)，測量精度降低，取壓管經(jīng)常被污物堵死，儀表無法使用。用孔板的方式測流量時(shí)還有壓力損失大、維護(hù)量大等缺點(diǎn)。因此改變?nèi)悍绞剑?例如用徑距取壓法，就可以減少孔板污物的影響。
4. 結(jié) 語
以上幾種污水流量測量流量計(jì)中，電磁流量計(jì)性能較好，節(jié)流流量計(jì)應(yīng)用范圍廣，而渦街流量計(jì)比較新型，并正在不斷發(fā)展。只有了解這幾種流量計(jì)各自的性能，才能對流量計(jì)選型設(shè)計(jì)好，使污水流量的測量和控制達(dá)到精確度和可靠性要求。(end)
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