摘要(yào)：選擇傳統(tǒng)應力式渦(wō)街流量計(jì) ,通過管道(dào)振動條件(jiàn)下的測量(liàng)試驗結合(he)頻譜分析(xi)方法,研究(jiu)其抗振性(xing)能。試驗結(jié)果表明,不(bú)考慮其下(xia)限流速,振(zhèn)動頻率爲(wèi)40Hz時,隻🛀有在(zài)0.05g管道振動(dong)加速度的(de)情況下,才(cai)能正常工(gong)作。
0引言
　　渦(wō)街流量計(ji)利用流體(tǐ)經過旋渦(wo)發生體後(hòu)産生的🙇🏻振(zhen)動進🏃行流(liú)量測量[1-2],因(yīn)其介質适(shi)應性強、無(wu)可動部件(jiàn)、結構簡單(dan)、可靠性高(gao)等特點而(ér)被廣泛使(shǐ)用”。正是👣因(yīn)爲其以流(liu)體振動爲(wei)測量原理(li),在管道振(zhèn)動的情況(kuang)下,渦街流(liu)量計的使(shǐ)用受到了(le)限制。
　　國内(nèi)外諸多學(xué)者及研究(jiu)機構對渦(wō)街流量計(ji)抗振性和(hé)振動環境(jing)下渦街流(liu)量計的使(shi)用進行了(le)大量💃🏻研究(jiu)[4-7]。本文以國(guó)内外應用(yòng)最爲廣泛(fan)的應力式(shì)渦街流量(liang)計作爲研(yán)究對象,在(zài)氣體流量(liàng)管道振動(dòng)試驗裝置(zhì)上,在🌈相同(tong)流速範圍(wei)内進行了(le)相同振動(dong)頻率不同(tong)振動加速(sù)度的管道(dào)振動試驗(yàn)，研究了應(yīng)力式渦街(jiē)流量計在(zài)管道振動(dòng)條件下的(de)抗振性能(néng)。
1試驗裝置(zhì)
　　圖1爲氣體(ti)流量管道(dao)振動試驗(yàn)裝置結構(gou)圖。爲避免(mian)氣體壓⛷️力(lì)🔞波動,空氣(qì)壓縮機先(xiān)将大氣中(zhong)的空氣壓(ya)縮打✔️人穩(wen)壓儲氣罐(guàn)中，高溫壓(yā)縮空氣經(jing)過冷千機(ji)冷卻除💃濕(shi)後，得⭐到的(de)純淨氣體(tǐ)先後流🐇經(jīng)氣路總閥(fa)✂️、氣動調節(jie)閥、渦輪流(liu)❤️量計(标準(zhǔn)表)、渦街流(liu)量計(被校(xiao)表)後,最終(zhōng)通🙇‍♀️向大氣(qi)。本文♻️選用(yòng)的振動台(tai),具有頻率(lǜ)調節(1~400Hz)、簡易(yi)調✂️整加速(sù)度(<20g)/振幅、輸(shū)出正弦類(lèi)波形等功(gong)能,從而使(shi)💁設定頻率(lü)下不同振(zhen)動加速度(du)的管道振(zhen)動💋試驗得(dé)以實現)。

　　試驗(yan)中對渦街(jie)流量計的(de)流量校準(zhǔn)采用标準(zhǔn)表法,即由(yóu)渦輪流💘量(liàng)計測得的(de)流量值和(hé)渦輪流量(liang)計表前壓(ya)🌍力變送器(qi)測得的壓(ya)力值便可(kě)換算得到(dào)流經被測(ce)渦街流量(liang)計的體積(ji)流量(管路(lu)中氣體溫(wēn)度變化很(hen)小,忽略不(bu)計)。标準表(biao)渦輪流量(liàng)計的✊最大(dà)允許💛誤差(cha)爲±1%,内徑爲(wèi)50mm，流量範圍(wéi)爲5~100m3/h;兩個 壓(yā)力變送器(qi) 的最大允(yǔn)許誤差均(jun)爲±2%
2試驗條(tiáo)件
　　爲了分(fèn)析管道振(zhèn)動對渦街(jiē)流量計測(ce)量的影響(xiǎng)，分别💃在5,7.5,11,15.5,20.5m/s五(wǔ)個👨‍❤️‍👨流☁️速,施(shi)加豎直方(fang)向振動,振(zhèn)動頻率40Hz,振(zhen)動🚩的加速(sù)度分别爲(wei)0.05g,0.1g,0.2g,0.5g。
3試驗數據(ju)結果分析(xī)
　　選用國内(nèi)生産的普(pǔ)通應力式(shi)模拟渦街(jiē)流量計,在(zai)圖☎️1所示的(de)氣體管道(dao)振動試驗(yàn)裝置上進(jin)行測量試(shi)驗。試✔️驗數(shu)據如表1所(suo)🌈示。将測量(liàng)數據整理(lǐ)分析，繪制(zhi)其不同加(jia)速度振動(dong)條件下儀(yí)表系數相(xiàng)對于無管(guan)道振動時(shi)儀表系數(shù)的相對誤(wu)差曲線如(rú)2所示。

　　在相(xiàng)同的振動(dong)加速度下(xia)不同流速(sù)對渦街流(liú)量計🐉測量(liang)影㊙️響的程(cheng)度是不同(tóng)的。低流速(sù)時渦街流(liú)量計🏒受管(guan)道振💜動影(yǐng)響更加嚴(yán)重,輸出脈(mò)沖的頻率(lü)即爲管道(dào)振動的頻(pin)率。在振👄動(dong)加速度較(jiào)大時，低流(liu)速點5m/s處的(de)儀表系數(shù)的相對誤(wu)差集中在(zai)-一點。随着(zhe)流速的升(sheng)高,渦街流(liu)量計受管(guan)道振動影(ying)響根據振(zhèn)動加速度(du)的不同可(kě)分爲以下(xia)幾種情況(kuang):1)管道振動(dòng)加速度爲(wèi)0.05g、0.1g時,渦街流(liu)量💞計儀表(biao)系數相對(duì)誤差随流(liú)速的升高(gao)而減小，最(zuì)終減小至(zhi)零;2)管道振(zhen)動加速度(du)爲0.2g時⛱️,渦街(jiē)流量計儀(yi)表系數相(xiang)對誤差随(suí)流速升高(gao)先增♋大後(hou)減小，最終(zhōng)減🔆小至零(ling);3)管道振動(dong)加速度爲(wèi)0.5g時,渦街流(liu)量計儀⚽表(biǎo)系數相對(dui)誤🌈差随流(liu)速升高先(xiān)增大後減(jian)🔆小，但最終(zhōng)未減小至(zhi)零。出🔴現上(shang)述現象的(de)原因在于(yu),應力式渦(wo)街流量計(ji)是利用🔱壓(yā)電探頭對(dui)交替作用(yòng)在旋渦發(fa)生體🔞上的(de)升力的檢(jian)測進而獲(huo)得渦街頻(pin)率的，而作(zuo)用在🐕旋渦(wō)發生體上(shang)的升力與(yu)被測流體(ti)的密度和(he)流速平方(fāng)成正比。小(xiao)流量㊙️時升(shēng)力幅值小(xiao)，易受到管(guan)道振動的(de)幹擾,當振(zhen)動加速🈲度(dù)較大📞時，振(zhen)動信号的(de)幅值超過(guo)了渦街升(sheng)力的幅值(zhi)☁️,有用信号(hao)幾乎🔱完全(quán)被淹沒,隻(zhī)能檢測到(dào)管道振動(dòng)信号,故渦(wo)街流量計(jì)儀表系數(shu)相對誤差(chà)集中在一(yī)點。随⛹🏻‍♀️着流(liú)速升高🔆,作(zuò)用在旋渦(wō)發生體上(shang)的升力幅(fu)值成平方(fāng)倍的增長(zhang),而管道振(zhèn)🌂動加速度(du)不變即振(zhen)動幅㊙️值不(bu)🔞變,故壓電(diàn)探頭檢測(ce)到的混合(hé)信号中渦(wō)街有用信(xìn)号逐漸顯(xiǎn)露出來。當(dāng)管道振動(dòng)加速度爲(wèi)第1)種情況(kuàng)時，渦📐街信(xin)⛹🏻‍♀️号幅值随(sui)流速升高(gao)而迅速增(zēng)強,最終能(néng)夠抑制管(guan)道的振🚶‍♀️動(dòng)信号使儀(yi)表系數相(xiàng)對誤差減(jiǎn)小至零;當(dāng)管道振動(dong)加速👅度爲(wèi)後兩種情(qíng)況時,在低(dī)流速下,檢(jiǎn)測🍉到的信(xin)号完全是(shì)振動㊙️信号(hao),以此固定(ding)的管道振(zhen)動頻率作(zuò)爲渦街的(de)頻率信号(hào)🔞,得出🐉的儀(yí)表系數當(dang)然随着流(liu)速的升高(gāo)而減小，儀(yí)表系數繼(jì)續降低,相(xiang)對誤差增(zeng)大，随着流(liu)速的升高(gāo)，渦街信号(hao)幅度增大(dà),信噪比相(xiàng)對提高時(shi),相對誤差(cha)随之⭐減小(xiǎo)。而振動加(jia)速度爲0.5g的(de)振動信号(hào)相對較強(qiang),渦街信号(hao)的幅值随(suí)着流速的(de)升高雖然(rán)有大✔️幅提(ti)升,但仍無(wu)法完全有(you)效地抑制(zhì)管道振動(dòng)信号,儀表(biǎo)系數相對(dui)誤差有所(suo)減小,但不(bú)能減至零(ling)。

　　此外(wai),除最低流(liu)速點外,相(xiàng)同流速下(xià)渦街流量(liàng)計的🏃儀表(biǎo)系♈數相對(duì)誤差随振(zhèn)動加速度(dù)的增加而(ér)增大,這是(shì)由于振動(dong)加速度的(de)增加導緻(zhi)管道振動(dong)幹擾的幅(fu)度變大,對(duì)渦街流量(liàng)計信号輸(shū)出造成更(geng)加惡⚽劣的(de)影響。由以(yǐ)上試驗以(yǐ)及分析可(ke)以看出,普(pu)通模拟渦(wō)街流量計(ji)抗管道振(zhèn)動的性能(neng)很差,不考(kao)慮其下限(xiàn)流速,振動(dong)頻率爲40Hz時(shí),隻有在0.05g管(guan)道振動加(jiā)速度的情(qing)況下,才能(neng)正常工作(zuò)。

4試驗信号(hao)頻譜分析(xi)
　　爲了觀測(ce)管道振動(dong)情況下渦(wo)街流量信(xin)号的特征(zhēng),在上🧑🏾‍🤝‍🧑🏼述試(shi)驗中還啓(qǐ)用了基于(yu)計算機的(de)信号采集(jí)系統,分别(bie)在上述五(wu)個流速下(xia)，對經過電(dian)荷放大和(hé).低通濾波(bō)後的渦街(jiē)正弦信号(hào)進行數🥰據(ju)采集,利用(yong)頻譜分析(xī)❌軟件繪制(zhi)🏃‍♂️出其對應(ying)的頻譜圖(tú)🌈。由前面對(dui)🈲測量數據(jù)分析可知(zhī),0.05g和0.5g兩個振(zhen)動加速度(du)情況下的(de)渦街特性(xìng)具備☁️一定(dìng)的代表性(xìng)。故此處僅(jin)以0.05g和0.5g兩個(ge)振動加速(su)度情況下(xià)的渦街信(xin)号爲例,說(shuō)明其振動(dong)條件下的(de)渦街信号(hào)💰的情況。其(qí)他振動加(jiā)速度的信(xin)号情況均(jun)⭐介于這兩(liǎng)種情況之(zhī)間。

　　由圖3可(kě)知，在5m/s和7.5m/s兩(liang)個低流速(su)點時,振動(dong)信号比較(jiào)強,渦街✂️信(xin)号受到嚴(yán)重影響，流(liu)量計輸出(chū)的脈沖頻(pín)率不是🎯渦(wo)街頻率,而(ér)是振動🧑🏾‍🤝‍🧑🏼信(xin)号與渦街(jiē)信号合成(chéng)的頻率,造(zào)🈚成了流量(liang)計的測量(liang)誤差。随着(zhe)流速的增(zeng)大,渦街的(de)真實信号(hao)逐漸顯露(lù)出來,振動(dong)信号相對(dui)比較微弱(ruo),被渦⭐街真(zhen)實的信💞号(hào)淹沒,此時(shí)流量計輸(shu)出的脈沖(chong)頻率即爲(wei)渦街信号(hao)的真實頻(pin)率。
　　從圖3和(he)圖4可以看(kàn)出,0.5g振動加(jia)速度情況(kuàng)下,渦街信(xìn)号受📧管道(dao)振動的影(ying)響程度與(yǔ)0.05g振動加速(sù)度相比要(yao)嚴重得多(duō)。雖☔然仍存(cun)在随着流(liu)速的增大(da),渦街信号(hao)逐♉漸增強(qiáng)的趨勢🧡，但(dan)是在整個(gè)試驗測量(liàng)範圍内,渦(wo)街信号都(dōu)沒有完全(quan)顯露出來(lái),而都是振(zhen)動信号占(zhan)據了主導(dǎo)地位。隻有(you)當流速比(bǐ)較高時，振(zhèn)動信号中(zhōng)才疊加了(le)渦街信⭐号(hào),而當流速(sù)相對比較(jiào)低時,渦📱街(jie)信☀️号完全(quan)被振動信(xìn)号淹沒。儀(yi)表輸出🌍的(de)脈沖頻率(lü)爲🍉振動信(xìn)号的頻率(lǜ)。因🌈此可以(yǐ)解釋圖2相(xiang)對誤差曲(qǔ)線中0.5g振動(dong)加速度情(qing)況下,誤差(cha)比較大,而(ér)且最終仍(réng)然💰沒有歸(gui)零的原因(yin)。
5小結　　
　　本文(wén)以應用最(zuì)爲廣泛的(de)應力式渦(wō)街流量計(ji)作爲研究(jiu)對象,對其(qí)進行管道(dao)振動條件(jiàn)下的測量(liang)試驗,分析(xī)🧑🏾‍🤝‍🧑🏼其信号頻(pin)譜的特點(dian)。試驗結果(guo)表明,不考(kao)慮其🚩下限(xiàn)流速，振動(dong)頻率爲㊙️40Hz時(shí),隻有🔞在0.05g管(guan)道振動加(jia)速度的情(qing)況下，才能(neng)正常工作(zuo)。

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