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    采用渦街流量計法測量壓縮機排氣量
    發布時間:2021-7-28 08:22:28

    0引言
      氣體壓縮機是壓縮氣體的機械設備。氣體壓縮機排氣量的檢測是壓縮機性能檢測中最重要的檢測技術之一。壓縮機排氣量的實測數據決定著壓縮機的合格與否,決定著壓縮機的能效等級,即決定著壓縮機的能源比耗。
      現在國際上通用的壓縮機性能試驗方法"給出了檢測在不同海拔地區,不同使用溫度運行的壓縮機的排氣量、功率和比功率的試驗方法。我國也根據該國際標準,編制了相應的國家標準口。這兩個標準除了介紹功率、比功率測量之外,排氣量測量方法是最重要的內容。國際標準ISO1217和我國國家標準GB/T3853的實施極大方便了國內外壓縮機制造商和壓縮機用戶之間的對壓縮機產品性能的評定。
    1常用的排氣量測量方法
      國際標準和中國國家標準中雖然介紹了各種排氣量的測量方法,但并沒有介紹各種排氣量測量方法的優缺點及應用場合。從而造成許多壓縮機制造商和用戶沒有根據所測壓縮機的特點選用合適的排氣量測量方法。
    壓縮機排氣量測量方法種類繁多,常見的測量方法分為節流法及充氣法。
    1.1節流法
      節流法是在流體管道中放置孔板、噴嘴等節流元件,流體流過節流元件時會在節流元件兩側產生壓差。流體的流量與節流元件兩端壓差成正比。也就是說通過測量壓差的大小,可以得出流量的大小田。
    1)ISA1932噴嘴
      這種噴嘴要求在噴嘴前后有相應的整流裝置。這種裝置的最大好處是測量的氣體不用放空,沒有浪費壓縮空氣。
    2)ASME噴嘴
      ASME噴嘴是美國機械工程師學會所推薦使用的節流元件。由于中國最早的壓縮機試驗方法標準時參照ASME PTC9進行制定的。所以ASME噴嘴在中國各壓縮機制造單位得到了廣泛的應用。該噴嘴也同樣要求管路具有整流裝置。但由于該噴嘴后面直接將空氣排向大氣,故下游壓力為大氣壓,測量工況易于穩定。同樣,由于直接將被測氣體直接排向大氣,一-是浪費了壓縮氣體、而是不適用于貴重氣體或易燃易爆有毒氣體的測量。
    3)文丘里噴嘴
      文丘里噴嘴與ASME噴嘴的共同之處都是將被測氣體直接排向大氣。測量工況易于穩定。同樣也具有浪費壓縮氣體及不適用于貴重氣體或易燃易爆有毒氣體的測量的缺點。文丘里噴嘴要求流過噴嘴喉部的流速要達到音速以上。這使其具有更適用于大流量氣體測量的特點。
    1.2充氣法
      充氣法也是國家標準GB/T15487《容積式壓縮機流量試驗方法》推薦的排氣量試驗方法之一。該方法的好處是不需要將被測氣體排向大氣,當測量貴重或有毒氣體時,該方法具有顯著的優越性。但由于充氣法要求準確測量充氣前后的溫度和壓力及充氣時間,當充氣容積相對壓縮機的排氣量較小時,其測量精度也就較差了。換言之,如果充氣容積相對壓縮機的排氣量足夠大時,可以取得理想的測量精度。
      以上是國際標準和國內標準推薦的幾種壓縮機排氣量試驗方法。這些方法的共同之處是當對節流元件的幾何尺寸及有關的熱工傳感器精度進行嚴格控制時,可以取得理想的測量精度。
    采用節流元件法進行排氣量測量的缺點是:
    (1)節流元件的幾何尺寸復雜,檢驗難度大;
    (2)檢驗數據需要進一步 進行計算,對測量人員的技術能力有一定的要求;
    (3 )測量結果不直觀,無法直接顯示。
      那么有沒有更好的方法來檢測壓縮機的排氣量呢?最近筆者與有關企業進行了采用渦街流量計法進行壓縮機流量測量的嘗試。
    2渦街流量計工作原理
      渦街流量計也稱之為旋渦流量計或卡門渦街流量計?梢赃m用于管道內多種流體(氣體液體、蒸氣)的流量測量。其特點是壓力損失小,量程范圍大,精度高,在測量工況體積流量時可以對流體的壓力和溫度參數自動進行修訂。該流量計可以將測量結果進行模擬標準信號或數字脈沖信號的輸出,容易與計算機等數字系統配套使用,是一種比較先進、理想的測量儀器。
      在流體中設置非流線型漩渦發聲體時,在渦街流量變送器中的三角柱形的旋渦發生體后會上下交替產生正比于流速的兩列旋渦,這種旋渦稱為卡門旋渦(見圖1)。旋渦的釋放頻率與流過旋渦發生體的流體平均速度及旋渦發生體特征寬度有關,用下式表示:
     
    式中ƒ--旋渦的釋放頻率 ,單位為Hz;
    Ʋ--流過旋渦發生體的流體平均速度,單位為m/s;
    d一旋渦發生體特征寬度,單位為m;
    St一斯特勞哈爾數(Strouhal number) ,無量綱,它的數值范圍為0.14 ~ 0.27
    St是雷諾數的函數,
     
      通過測量旋渦頻率就可以計算出流過旋渦發生體的流體平均速度Ʋ,再由公式
     
      求出流體流過流量計的流量q。(式中A為流體流過旋渦發生體的截面積。)
    3采用渦街流量計進行排氣量實測試驗
      渦街流量計的安裝較為方便,但希望能確保氣體在流經流量計之前的流動狀態為穩定的層流狀態,且避免流量計后的彎頭或閥門對渦街的產生造成干擾。安裝流量計時,應確保流量計上游應有長度不小于25D的等徑直管段,下游應有不小于5D的等徑直管段,F場測量時采用通徑為DN65的渦街流量計,其測量范圍為:0.75至6.3m³/min。
      現場對一臺額定功率為11kW、排氣壓力為0.8MPa的螺桿壓縮機進行了實測。實測排氣壓力為:0.790MPa,測得的排氣量為: 1.51m³/min。實測機組輸人功率為:11.93kW。
      同樣---臺螺桿壓縮機在國家制冷設備制冷監督檢驗中心采用ASME噴嘴節流的方法再次進行了對比試驗。其主要性能數據為:實測排氣壓力0.807MPa,測得排氣量為:1.50 m³/min。
      兩種方法相比,實測排氣量的誤差為:0.67%。也就是說,在企業產品出廠試驗時,采用渦街流量計可以取得與ASME噴嘴節流法相近的測量結果。如有必要時,可以對流量測量的不確定度進行分析,參見《壓縮機性能數據的相對標準不確定度分析》。
    4渦流流量計的精度校準
      為了嚴格確定所用渦街流量計的測量精度。將所用渦街流量計送到專業校準機構按照國家校準規程向進行了校準,采用的計量標準器具為音速噴嘴流量標準裝置。其校準數據見表1。
     
      流量計示值誤差:0.36% ,重復性誤差:0.16%,由此可以看出,在實驗室條件下,渦街流量計具有非常理想的測量精度。
    5結論
      由于測量技術的發展7-,有越來越多的排氣量測量儀器供壓縮機制造廠選擇,渦街流量計是較理想的選擇之一。渦街流量計具有價格低廉、安裝方便、使用簡單、對壓力溫度參數自動進行修訂的優點。特別是渦街流量計可以對壓縮機的排氣量進行累計測量的特點,對壓縮機使用過程的能效測量具有非常獨特的意義。隨著渦街流量計的應用,將來有可能根據渦街流量計記錄的累計流量及電度表記錄的累計用電量來評價壓縮機的效率。必將進--步推動有關標準的修訂。

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