涡街流量计有哪些应用

　　涡流流量计在一定流量条件下，一部分流体动能将转化为流体振动，其振动频率和流量（流量）有一定的比例关系，根据这一原理工作流量计称为流体振动流量计。目前，流体振动流量计有三种类型：涡街流量计，进动（涡旋进动）流量计和喷射流量计。涡街流量计具有以下特点：

①输出脉冲频率，被测流体的频率与实际体积流量成正比，从流体组成，密度，压力，温度等方面;

②测量范围宽，一般范围可达10：1以上;

③上位精度;

④无活动部件，可靠性高;

⑤结构简单坚固，安装方便，维护成本低;

⑥应用范围广泛，适用于液体，气体和蒸汽。

工作准则

    涡流发生器（止动器）设置在流体中，并且从漩涡发生器的两侧交替产生规则的涡流。这个漩涡称为卡曼涡流（见图1）。漩涡柱在涡流发生器的不对称下游排列。根据卡曼涡街原则，以下关系：

式中，m为旋涡发生体两侧弓形面积与管道横截面面积之比；D为表体通径；d为旋涡发生体迎面宽度；f为旋涡的发生频率；U1为旋涡发生体两侧平均流速；Sr为斯特劳哈尔数；U为被测介质流的平均速度。

图1  卡曼涡街

管道内体积流量qv为：

式中， K为流量计的仪表系数，单位为脉冲数/m3。

　　K除与旋涡发生体、管道的几何尺寸有关外，还与斯特劳哈尔数有关。斯特劳哈尔数为无量纲参数，它与旋涡发生体形状及雷诺数有关，图2为圆柱状旋涡发生体的斯特劳哈尔数与管道雷诺数的关系图。由图2可见，在ReD=2×104～7×106的范围内，Sr可视为常数，这是仪表正常工作范围。当测量气体流量时，涡街流量计的流量计算式为：

　　式中，qVn、qV分别为标准状态下（0℃或20℃，101.325kPa）和工况下的体积流量； Pn、P分别为标准状态下和工况下的绝对压力；Tn、T分别为标准状态下和工况下的热力学温度；Zn、Z分别为标准状态下和工况下气体压缩系数。

图2  斯特劳哈尔数与雷诺数关系曲线

　　从等式（4）可以看出，从涡街流量计输出的脉冲频率信号不受流体性质和组成的变化的影响，即仪器系数仅与形状和尺寸有关涡流发生器和管道在一定的雷诺数范围内。但是在物质平衡和能量测量中要在质量流量中进行测量，则流量计还应监测体积流量和流体密度，流体性质和组分将对流量测量有直接影响。

　　涡街流量计由传感器和转换器两部分组成，如图3所示。传感器包括涡流发生器（电阻流体），检测元件，仪表体等。转换器包括前置放大器，滤波器整形电路，DAC，输出接口电路，终端，支架和屏蔽。近年来，智能流量计还具有微处理器，显示通讯等功能模块安装在转换器中。

图3  涡街流量计

在现场中的应用

1 现场应用

涡街流量计适用于各种流体，但不适用于低雷诺数（ReD≤2×104）流体。由于雷诺数低，施劳报数雷诺数变化，仪器线性变差。同时，含有流体的固体颗粒在漩涡身体的冲刷中会产生噪音，其中包含缠绕在涡流发生器中的短纤维将改变仪器系数。

涡街流量计在混合流体中的应用如下：

①可用于分散，均匀的微气泡，但气体含量的体积应小于气体的7％〜10％，液体两相流量，如果气体含量超过仪器的2％被纠正

②可用于分散，均匀的固体颗粒，含量不超过2％的固体，液固两相流。

③可用于彼此不溶的液体（如油和水）两个分流器等。

　　脉动流和涡流会对涡街流量计产生严重影响。如果脉动频率和涡流频带一起可能引起共振，破坏正常工作和设备，涡流信号产生“锁定（锁定）”现象，则信号将以一定频率固定。 “锁”与脉动振幅，涡体形状和堵塞率有关。涡流流量计的精度在液体的±0.5％R和±2％R之间，气体在±1％R和±2％R之间的精度为0.2％至0.5％。由于涡流流量计的仪表系数为低，频率分辨率低，口径越大，精度越低，所以仪器不应该是太大口径（DN300以下）。

　　范围的宽度是涡街流量计的特性，但重要的是流量值的较低范围。平均液体流量为0.5m / s，气体为4〜5m / s。涡街流量计的正常流量优于正常测量范围的1/2〜2/3。

　　涡流流量计的最大优点在于仪表因素不受测量介质的物理性能的影响，可以从典型的介质扩展到其他介质。然而，由于液体和气体的流量范围非常不同，导致了宽范围的频率范围。在处理涡流信号的放大器电路中，滤波器的通带不同，电路参数不同。因此，相同的电路参数不能用于测量不同的介质。

　　此外，气体和液体的密度非常不同，当涡流分离时产生的信号强度与密度成正比，因此信号强度也非常不同。液体，气体放大电路电路增益，触发灵敏度不一样，压电电荷差大，电荷放大器参数不一样。 即使使用相同的气体（或液体，蒸汽），具有中等压力，温度，密度，使用不同的流量范围，信号强度不同，电路参数相同。 因此，无需硬件或软件的涡街流量计变更，更换使用介质或更换仪器口径是不可行的。

2安装注意事项

　　涡街流量计是一种对流量分布，回旋流量和流量脉动敏感的流量计。因此，严格按照现场管道的安装条件，严格按照说明进行操作。

涡街流量计可安装在室内或室外。如果安装在地面上，为防止淹水，应使用唾液型传感器。传感器可以水平，垂直或倾斜地安装在管道上，但是为了防止在测量液体和气体时产生空气和液滴干扰，请注意安装位置（见图4）。

图4液体和液体流量计安装的测量

涡流流量计必须确保上下直管段具有必要的长度（见图5）。

图5涡流流量计上下游直管长度要求

在图5中，a为90°弯头，b为同心膨胀管，c为同心收缩全阀，d为不同平面两个90°弯头，e为控制阀半开阀，f为同一平面两个90°肘部。

传感器与管道的连接如图6所示，连接管道时应注意以下问题。

图6传感器与管道的连接

①上下管道内径D与传感器内径D'相同，差值满足以下条件：0.95D≤D'≤1.1D;

②管路应与传感器同心，同轴应小于0.05D';

③垫片无法插入管道，传感器的直径可以大于1〜2mm;

④如果需要中断检查和清洁传感器，应设置旁路管（见图7）;

旁路管道示意图

⑤降低振动对涡流流量计的影响应该是旋流流量计现场安装一个突出的问题。首先，在选择传感器安装地点尽量避免振动源;其次，可以考虑使用柔性软管连接在小直径;三是安装管道支架是一种有效的振动方式。

　　应注意电气安装，传感器和转换器之间使用屏蔽电缆或低噪声电缆连接，距离不得超过规定的说明。接线应远离强力电源线，尽可能采用单独的金属外壳保护。应遵循“一点接地”原则，接地电阻应小于10Ω。积分和分离类型都应在传感器侧接地时，转换器外壳接地应为“带传感器”。

3现场现场常见现象，原因及故障排除方法

　　涡街流量计有各种检测方法，传感器和测量电路的差异较大，但涡街流量计常见故障常见。

结论

　　在许多流量计中，涡街流量计的采购成本低于质量型，电磁式和体积型。 安装，运行和维护成本低于节气门类型，体积型和涡轮型。 经济性较好，流量计更实用。 涡街流量计结构简单实用，安装维护方便，特别适用于冶炼厂，化工厂，石油管道等工业用途。