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浅析涡街流量计的工作原理及其安装使用的要点 摘 要：本文介绍了涡街流量计优点，阐述了涡街流量计的工作原理，重点描述了在安装和运用过程中应留意的要点，最终简要提出常见故障分析处理措施。 关键词：涡街流量计；卡门涡街；流量计安装；温压补偿 对流体的流量精确测量是工业化生产中的重要环节，目前虽然流量计的种类繁多，涡街流量计还是因为诸多优点而得到广泛的应用。 1 涡街流量计的优点 1.1 涡街流量计测量元件结构简洁，性能牢靠，运用寿命长，维护量小。 1.2 涡街流量计测量范围宽，量程比一般能达到1：10。 1.3 涡街流量计的体积流量不受被测流体压力、温度、密度或粘度等热工参数的影响，一般不需单独标定，可测量液体、气体和蒸汽的流量。 1.4 涡街流量内计无可动部件，也没有阻碍流体流淌的节流部件，因而造成的压力损失小。 1.5 涡街流量计精度较高，可达0.5%。 2 涡街流量计工作原理 在流体中插入一物体时，流体流淌受到影响，在障碍物的两侧就会交替地分别释放出两串旋涡，在下游形成相互平行的两个旋涡流，称为卡门涡街。障碍物就是旋涡发生体，它可以是三棱柱体，或者圆柱体，如图1所示。 图1 卡门涡街的形成 旋涡的回旋方向，因所在旋涡流的不同而不同，如图所示，在上边的一列旋涡流为顺时针方向旋转，在下边的一列则作逆时针旋转。由于旋涡之间相互作用，其旋涡流一般是不稳定的。但是理论和试验证明，当满意参数h/l=0.281（h为卡门涡街列的间隔，l为同列中旋涡的间隔）时，涡街是稳定的，并且单侧旋涡的分别释放频率f与流体流速v、旋涡发生体宽度d（三棱柱时为底宽，圆柱时为直径）的关系符合下式： f=St*v/d 式中：St-斯特劳哈尔系数 St是雷诺数Re的函数，当Re=500150000时，St=0.16（对三棱柱体）和St=0.2（对圆柱体）。在工业中检测的流速，事实上几乎都不超出这个范围。 由上式可见，旋涡的分别频率f只确定于介质流速和和旋涡发生体宽度之比，而不受温度、密度和粘度等影响，因此，对f进行检测，可以得到介质流速v，并由此求得介质的体积流量。 3 涡街流量计安装留意事项 正确安装涡街流量计，才能得到精确的测量结果。 3.1 涡街流量计避开安装在温度改变很大、含腐蚀性气体、电磁干扰大的环境中。流量计应避开电动机、水泵等振动物体，安装在振动较小的管道上，若振动较大，则必需加设管道支撑。 3.2 留意安装时流量计上的方向箭头指示需与流体流淌方向一样。 3.3 涡街流量计是速度式测量仪表，其测量精度受管道内流体速度分布规律改变的影响较大，为了保证精确测量，流量计前后要保证肯定长度的直管段。 假如流量计上游有缩管，则上游侧的直管段长度至少为5D（D：流量计的标称内径）；假如流量计上游有扩管或者弯头，则上游侧的直管段长度至少为10D；阀门应当装在流量计的下游，假如阀门肯定要装在流量计的上游，则上游侧的直管段长度至少为20D；流量计下游侧的直管段长度至少为5D。 3.4 流量计相邻直管道的内径必需与流量计的内径一样，或略大于流量计内径，安装时流量计的中心和管道的中心需保持一样，特殊须要留意的是不要将流量计安装的密封垫片突出到管道中，否则会影响精度，如图2所示。 3.5 须要测量流体压力、温度做温压补偿时，将测压孔设置在涡街流量计下游的27D之间的地方。将测温孔设置在离测压点下游12D（D：流量计的标称内径）之间的地方。如图3所示。 3.6 被测流体为单一状态时，涡街流量计可以测量气体、液体和蒸汽。但是在混相流的状态，流量计是不能作出精确的测量的。所以要留意不同流体要有不同安装方式，为的就是避开产生混相流。 图4是测量气体、蒸汽时流量计的安装方式，将流量计位置抬高，避开在流量计处聚集液体；图5是测量液体时流量计的安装方式，将流量计位置降低，避开在流量计处聚集气泡。 3.7 涡街流量计一般做水平安装，也可做垂直安装，在垂直安装时要使流体充溢管道，不能出现混相流。 3.8 为了增加分别型涡街流量计的工作稳定性，最好将流量计传感器上的接地端子和转换器上的接地端子妥当接地。 4 涡街流量计的运用留意事项 4.1 涡街流量计正常工作时，对流速下限有肯定要求，所以选择流量计通径时不能依据原管道通径选择，而要考虑流体的粘度和密度，依据最小流量、最大流量、常用流量等来选择流量计的通径，而且要使常用流量处在可测量范围的20%以上。 4.2 涡街流量计出厂时厂家已经依据订货要求对流量计进行了参数设定，用户无需修改。但假如订购自带显示表头的涡街流量计，一是用户可以依据现场工况或在变更管道条件时对部分参数进行更为精确的设定，从而得到更精确的测量结果，二是用户可以干脆在现场从表头读取瞬时流量和累积流量。 4.3 用户在表头设定的主要参数有：显示方式、流体类型（气体、液体和蒸汽）、流量单位、工况压力、工况温度、工况密度、标准状态压力、标准状态温度等，对于其他一些系统参数，除非有深刻精确的理解，一般不能随意改动。 4.4 涡街流量计是一种速度式流量计，因此所得的流量事实上是工况条件下的体积流量Qf。对于气体而言，有时为了便于比较或结算，需将Qf转换为标准状态下（0，1标准大气压）下的标准体积流量Qn，Qf和Qn的关系式为： Qn=×××Qf （Nm3）/h 式中：P-工况压力（MPa）；T-工况温度（）；K-偏差系数，和气体压力及气体种类有关，一般条件下可取1 也有采纳（15，1标准大气压）或（20，1标准大气压）作为标准状态计算标准体积，这些都可在涡街流量计表头设置，流量计就可自动转换输出标准体积流量。 4 当我们须要得到质量流量Qm，计算公式为： Qm=Qf×p 式中：Qf-工况下的体积流量，p-工况下的密度 在工业生产中，大多数液体的工况密度相对比较稳定，因此一般可以干脆在涡街流量计的表头设置流体密度，这样就能干脆输出质量流量。 对于气体和蒸汽而言，当压力和温度改变时，介质密度会有较大改变，为了得到更精确的测量结果，就须要进行温度压力补偿。 涡街流量计可输出420mA标准模拟信号（体积流量），连同温度、压力信号全部接入流量积算仪或DCS计算机系统，由流量积算仪或DCS计算机系统进行温度压力补偿。 流量积算仪补偿方式： 一般气体，温度压力补偿（用志向气体状态方程运算） 饱和蒸汽，温度或压力单一一种补偿（内置饱和蒸汽密度表） 过热蒸汽，温度压力补偿（内置过热蒸汽密度表） 而DCS计算机系统，由于计算机强大的功能则可以依据各种要求采纳更多种的方式进行温度压力补偿，如内置温压补偿模块、气体密度计算软件、采纳拟合度较高密度计算阅历公式或者自行编程补偿等等。 5 涡街流量计的常见故障分析处理 5.1 有流量、无信号 检查实际流量是否太小；检查是否有信号电流输出，电源极性是够正确，电源接线端是否松开，电缆线是否断；检查放大器单元是否完好；检查设定的参数是否适合实际工况；检查低流量切除设定值是否过大，检查流量发生体是否故障；检查发生体和流量计流管内是否有黏附物。 5.2 无流量、有信号 检查流体是否有流淌；检查管道是否有猛烈振动；检查接线是否正确；检查放大器的输出方式是否搞错；检查放大器是否损坏，检查流量计旁边是否有大功率的用电设备干扰，流量计是否牢靠接地。 5.3 读数波动或误差大 检查流量计选型是否合适；检查设定的参数是否适合实际工况；检查流量计前后直管段长度是否足够；检查密封垫片是否突出到管道中；检查流量计旁边是否有异样声音，来推断是否产生混相流；检查流量计是否牢靠接地；检查放大器是否有部分故障；检查发生体和流量计流管内是否有黏附物；检查流量积算仪或DCS计算机系统的参数设置是否与流量计的一样；假如有温压补偿，检查温压测量信号是否正常。 6 结束语 学习了解涡街流量计，正确安装运用，就可获得精确的测量结果，让涡街流量计在优化生产过程调整限制和节约能源方面发挥更大的作用。 参考文献 1颜本慈.自动检测技术M.北京：国防工业出版社，11014（10）. 第8页 共8页第 8 页 共 8 页第 8 页 共 8 页第 8 页 共 8 页第 8 页 共 8 页第 8 页 共 8 页第 8 页 共 8 页第 8 页 共 8 页第 8 页 共 8 页第 8 页 共 8 页第 8 页 共 8 页