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渦街流量計在空氣壓縮機氣體測量廣泛應用
在工程實際應用中,壓縮空氣流量計通常有如圖2所示的幾種安裝方式[10],其中(a)、(b)、(c)三種方式都屬于水平安裝;(d)則為壓縮空氣流量計的垂直安裝。對不同的流體應采用不同的安裝方式。普通液體、氣體、含水量液體的氣體、低溫氣體和液體、含微量固體顆粒的液體和氣體等可采用(a)、(c)、(d)方式安裝;高溫液體、高溫氣體、蒸汽可采用(b)、(c)、(d)方式安裝;濕飽和蒸汽可采用(a)、(c)、(d)方式安裝;液-氣(含微量氣體)、液-固(含微量固體)和液-液兩相流中,如果氣、固相不超出可測量范圍,建議首先采用(d)方式安裝。
實驗及結果討論
1.1 實驗裝置與過程
實驗裝置結構如圖3 所示,水穩壓罐為管路提供恒定的水壓,使實驗時流量穩定,水流量的大小由調節閥來調節,流量范圍為2~20 m3/h。電磁流量計作為標準流量表給出進入實驗段的水的標準流量值,精度為0.5%。壓縮空氣流量計分別按照水平和垂直兩種方式安裝在實驗管路中,它們都具有足夠長的前、后直管段長度,并且其它安裝條件都嚴格按照規定的要求。壓縮空氣流量計的信號通過示波器采集,采樣頻率選用1000 Hz,每組數據包含2500 點。
1.2 實驗結果與分析
分別對在水平和垂直兩種安裝方式時測得的渦街信號進行快速傅里葉變換(FFT),可以得到渦街頻率值,圖4給出了渦街頻率與流量之間的關系。從圖中可以看出,兩者之間的差別很小。再分別對測得的渦街率與流量做零截距最小二乘擬合,得到水平、垂直安裝的壓縮空氣流量計儀表系數分別為2.5202 Hz/(m3/h)和2.5198 Hz/(m3/h),相對誤差小于0.02%。可見,安裝方式對壓縮空氣流量計的測量影響很小,可以忽略。
為了進一步研究壓縮空氣流量計安裝方式的影響,本文還比較了在水平和垂直兩種方式下的渦街信號的幅度。圖5 給出了渦街信號幅度與流量之間的關系,可以看出信號幅度都與流量成近似二次方關系,在相同流量下,信號幅度基本上相等,這說明壓縮空氣流量計安裝方式對其信號幅度影響很小,也即旋渦的能量(正比于幅度的平方)幾乎不受影響。但是,仔細比較可以發現,壓縮空氣流量計水平安裝時的信號幅度略大于垂直安裝的情況,這里可定性地理解為,當壓縮空氣流量計垂直安裝時部分旋渦能量因為克服重力而耗散,使得壓縮空氣流量計傳感器感測到的渦街能量變少,從而造成兩端的變形(直徑增大)大于管屏中間的變形;在寬度方向上,中間鋼管的變形(直徑減小)大于兩側鋼管的變形。這主要是由于在不同的焊接區域,焊縫的變形約束條件和散熱情況不同所致。在管屏焊接的起始段,由于管屏溫度較低,散熱較好,但由于管屏端部變形約束較小,容易變形;當焊接至管屏中央時,即使溫度上升,但變形受到前后管子的約束,不易產生變形;在管屏的尾部,溫度高且散熱條件差,變形約束小,最易變形。圖6 反映了在同一焊接規范下,由φ76×4 的管子和6×34 的扁鋼組焊成的膜式壁管屏沿長度方向上的變形情況,直徑變化率約為0.04%。在寬度方向上,具有相反的變形情況。
雖然不同的焊接電源可以設定為不同的焊接規范,但在常規的控制中,對于同一把焊槍(焊接電源),從起弧到收弧(整個管屏的焊接過程中)的規范一般是固定的,從而引起管屏兩端變形(軸向變形),在工程實踐中,往往需要對管屏兩端各切除200mm 左右,浪費了大量的材料。為減小焊接變形,在本控制系統中,將焊接過程的規范按圖7 所示規律進行實時調控。
起弧時溫度較低,結合焊接變形情況,采用較小焊接功率,焊接至100 mm 處進入穩弧段,設回正常規范(焊接功率最大),在終點前150 mm 處,由于散熱條件差,溫度上升較快,因此減小焊接功率(比起弧段還小)。在實際應用中,將數據以焊接規范和焊接長度對應的形式存儲在控制系統中,焊接到對應長度時由控制系統下傳到焊接電源中。

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