摘要：介紹(shao)了渦街流量計(ji) 的工作原理，并(bìng)對渦街流量計(ji)的優缺點進行(háng)了分析♍；其次結(jie)合采油平台實(shí)際工況進行了(le)流量儀表選型(xing)；并且🌏介紹了針(zhēn)對渦街流量計(ji)的防振措施；最(zui)後通過計算對(dui)💜比分析，證明渦(wo)街流量計是一(yi)款相對節能的(de)流量計。
0引言?
　　在(zai)工業生産過程(cheng)中，爲了有效地(dì)指導生産操作(zuo)、監視和😍控制生(shēng)産過程，經常需(xū)要檢測生産過(guo)程中各種流🆚動(dòng)介質（如液體、氣(qì)體或蒸汽）的流(liu)量，以便爲管理(lǐ)和控制生産提(ti)供依據。同時，工(gōng)業生産的各環(huán)節之間經常有(you)物料的輸送，需(xū)要對它們進行(hang)精确的計量，作(zuò)爲經濟核算的(de)重要依據。所以(yǐ)，流量監測在📞現(xian)代化工業生🐅産(chan)過程中顯得十(shi)分重要。
1工作原(yuán)理
　　渦街流量計(jì)（又稱漩渦流量(liang)計）是根據“卡門(men)漩渦”原理研🔴制(zhi)成的一種流體(tǐ)振蕩式流量測(ce)量儀表。“卡門漩(xuán)渦”現象是在流(liu)動的流體中插(cha)入一根（或多根(gēn)）迎流面爲❓非流(liu)線型柱狀物時(shí)，流體在柱狀物(wu)兩側交替地分(fen)離釋放出兩❄️列(liè)規則的漩渦。在(zai)測量管道的流(liu)體中設置非流(liú)線型的漩渦發(fā)生體🚶‍♀️，當雷諾數(shu)達🌈到一定值時(shí)，從漩渦發生體(tǐ)下遊兩側交替(tì)地分離釋放出(chū)兩串規則地交(jiāo)錯排列的漩渦(wō)，這種漩渦稱爲(wèi)卡門渦街，在一(yi)定㊙️雷諾數範圍(wei)内漩渦的分離(lí)頻率與漩渦發(fā)生體的幾何尺(chǐ)寸、管道的幾何(he)尺寸有關，漩渦(wo)的頻域正比于(yu)流量，并可由各(gè)種形式的傳感(gan)器檢出[1-3]。

流量計利用(yong)卡門渦街原理(li)如圖1所示，有如(ru)下關系💘式：

式中(zhōng)d——阻流件的寬度(dù)，m；
`U——流經流量計的(de)流體平均流速(su)，m/s；
f——漩渦的頻率Hz；
Sr——斯(si)特勞哈數(Strouhalnumber)
m——漩渦(wō)發生體兩側弓(gōng)形面積與管道(dào)橫截面面積之(zhi)🌈比，對✨于直徑爲(wèi)的圓柱形漩渦(wo)發生體：

式中K——流(liu)量計的儀表系(xì)數，1/m2。
　　K除與漩渦發(fā)生體、管道的幾(ji)何尺寸有關外(wai)，還與斯特勞哈(ha)數有關。斯特勞(láo)哈數爲無量綱(gāng)參數，它與漩渦(wō)發生體形狀及(ji)雷諾數有關，圖(tu)2所示爲三角柱(zhù)狀✍️漩渦發生體(ti)的🚩斯特勞哈數(shù)與管道雷諾數(shù)的關系圖。由圖(tu)2可見，在46210~710DRe???範圍内(nei)，Sr可視爲常數，這(zhè)是儀表正常工(gong)作範圍。

當測量(liàng)氣體流量時，渦(wo)街流量計的标(biao)準體積流量計(ji)算式爲🚩

式中Vnq，Vq——标(biao)準參比條件下(xià)(C?20，101.325kPa)工況下的體積(jī)流量m3/s;
Pn，P——标準參比(bi)條件下和工況(kuang)下的絕對壓力(lì)，Pa；
Tn，T——标準參比條件(jian)下和工況下的(de)熱力學溫度，K;
Zn，Z——标(biāo)準參比條件下(xia)和工況下的氣(qi)體壓縮系數；
　　由(yóu)式(5)可見，渦街流(liu)量計輸出的脈(mo)沖頻率信号不(bú)受流體㊙️物性和(hé)組分變化的影(ying)響，即儀表系數(shu)在一定😄雷諾數(shu)範⛷️圍内僅與漩(xuan)渦發生體及管(guǎn)道的形狀尺💚寸(cùn)等有關。
2優勢與(yǔ)局限性
2.1優點
1)渦(wō)街流量計結構(gòu)簡單，安裝維護(hu)方便。
2)無可移動(dong)部件，可靠性高(gāo)。
3)重量輕，價格便(biàn)宜，在衆多的流(liu)量計中，渦街流(liú)量計的經🔞濟性(xing)較好，是一種經(jīng)濟實惠的流量(liàng)計。
4)适應性強，結(jie)構形式多種多(duo)樣，可計量多種(zhǒng)流體介質💯，如液(yè)體、氣💋體、高溫蒸(zhēng)汽、低溫液體和(he)部分混相流體(ti)[4]。
5)在一定的雷諾(nuò)數範圍，輸出頻(pín)率信号不受流(liu)體物性（密度、黏(nian)度）和組分的影(ying)響。
6)壓力損失小(xiao)。
7)在一種典型介(jiè)質中校驗，而适(shì)用于各種介質(zhi)。
8)可以通過确定(dìng)斯特勞哈爾數(shu)與發生體幾何(hé)參數💃之間的關(guan)🎯系✊，來實現幹标(biao)定。
2.2局限性
1)渦街(jiē)流量計不适用(yòng)于低雷諾數測(ce)量（ReD≥2×104），因此不适用(yòng)于低🈲流速，或者(zhe)小口徑，或者高(gāo)黏度的流體計(ji)量。
2)漩渦分離的(de)穩定性受流速(sù)分布畸變及旋(xuan)轉流的😍影響。
3)除(chu)了熱敏和超聲(shēng)式，其他種類的(de)渦街流量計對(duì)管道機械👈振動(dòng)均較敏感，不宜(yí)用于強震動場(chang)所。
4)儀表口徑不(bú)宜過大，一般口(kou)徑不超過300mm。
5)渦街(jiē)流量計适用的(de)流體比較廣泛(fàn)，但不适用于髒(zāng)污💘流體🔴。
6)渦街流(liú)量計在混相流(liú)體中的應用經(jīng)驗還少。
3渦街流(liú)量計的初步選(xuan)型
　　渦街流量計(jì)同樣具有局限(xian)性，也有其适用(yòng)範圍，因⛱️此何種(zhong)工況選用渦街(jiē)流量計，選用哪(na)一類的渦街‼️流(liú)量計，根據已經(jing)投🔴産的某油氣(qì)生産平台實際(ji)工況（表1）進♊行了(le)流✍️量儀表的初(chu)步選型。

　　由表1中(zhong)的工藝參數可(ke)知，管道介質爲(wei)生産水。它由原(yuan)油處理系統的(de)生産污水經過(guo)斜闆除油器除(chú)掉浮油後産生(sheng)。除掉浮油後的(de)生産污水進入(rù)溶氣式氣浮進(jin)👨‍❤️‍👨一步去🌈除污水(shui)中的小⛱️油滴。首(shou)先從管道尺🥰寸(cùn)考慮，由于管道(dao)尺寸爲8*25.4=203.2mm，超出☂️靶(ba)式流量計（15~50mm）和科(ke)氏流量計（150~200mm）的常(cháng)用測量管道尺(chi)寸範圍，排除靶(bǎ)式、浮子👣流量計(jì)和科🔞氏流量計(ji)；從壓損方面考(kao)慮，排除孔闆流(liú)量計（壓損：20~50kPaG）；從安(ān)裝方式☎️方面考(kao)慮，排除浮子流(liu)量計（需要垂直(zhí)安裝）；容積式、超(chao)聲式、電磁🌈式、渦(wo)街流量計滿足(zú)上述要求。最後(hou)從購置考慮，由(yóu)于渦街流量計(ji)的購置、安裝、運(yùn)♌行、維護費用較(jiào)低的特點，因此(cǐ)在🈚此選擇渦街(jiē)流量計作爲初(chū)步選型儀表。
4防(fang)振措施探讨
　　海(hai)洋平台本身空(kong)間比較緊湊，在(zai)較小的空間内(nèi)布置了大量☂️的(de)工藝和生産設(shè)備。一些振動源(yuán)比如空氣壓縮(suō)機和泵會對渦(wō)街流量計的使(shǐ)用産生影響。在(zai)此介紹幾種減(jiǎn)振措施[5,6]：
1）在儀表(biǎo)選型之初，就要(yào)确保渦街流量(liang)計安裝環境無(wú)振動或⛱️振動較(jiào)小，不影響渦街(jie)流量計的正常(chang)工作；
2）抗振接頭(tou)耐壓、耐腐蝕、價(jià)格低、安裝簡單(dān)易行，可以㊙️擴大(dà)渦🌈街流量計的(de)使用範圍，也适(shì)用于其他減振(zhen)場所✔️，此方法在(zai)🔱海洋平台中的(de)渦街流量計的(de)選型🧡和使用過(guò)程中值得借鑒(jian)；
3）當管道振動速(su)度大于1g或者振(zhèn)動頻率達到500Hz以(yi)上時，在傳感器(qi)2倍✂️口徑處安裝(zhuang)固定支撐點；
4）将(jiang)渦街流量計軸(zhóu)向旋轉适當角(jiao)度，适當調整渦(wo)街流量🔞計觸發(fa)電平；
5）在小管徑(jìng)流量測量中可(ke)以采用彈性軟(ruǎn)管連接渦街流(liu)量計。
5渦街流量(liàng)計的能耗分析(xi)
　　渦街流量計屬(shǔ)于阻力型流量(liàng)計。它們阻礙流(liu)體的流🧑🏾‍🤝‍🧑🏼動，使☁️流(liú)體流經流量計(ji)時産生壓力損(sun)失，從而引起輸(shū)送單位流體所(suǒ)用的推動功的(de)增加，即需要多(duo)消耗能量，實際(ji)使用的流量計(jì)多爲阻力型流(liu)量計。
　　不同的阻(zǔ)力型流量計對(dui)流體阻礙作用(yòng)的大小不同，阻(zu)礙作用的大小(xiǎo)可由壓力損失(shī)表示。阻礙作用(yong)大的引起的能(neng)耗就大，如 孔闆(pan)流量計 、噴嘴流(liu)量計，渦街流量(liàng)計次之。通常把(ba)能耗相對較💜小(xiǎo)🏃的💘流量計叫節(jiē)能型流量計，相(xiàng)對于孔闆、噴嘴(zuǐ)流量計，渦街流(liú)量計能耗較小(xiao)。從這三種流量(liang)計看，孔闆流量(liang)計的壓損最大(da)，通常爲20~50kPa；渦街流(liú)量計最小，通常(cháng)爲2~15kPa。隻有通過對(dui)流量計的能🔞耗(hào)計算，才能了解(jiě)每種流量計的(de)能耗，也才能進(jìn)一步比較節能(neng)型流量🐆計節能(néng)量的♍大❤️小。
5.1測量(liang)液體時壓損及(ji)能耗計算[7]
由于(yu)液體介質可看(kàn)作是不可壓縮(suo)性流體，壓力變(biàn)🐆化但密度不變(bian)。
1）用孔闆時，壓損(sǔn)計算

5.2測量氣體(ti)時壓損及能耗(hao)分析計算
　　由于(yu)氣體具有很強(qiang)的可壓縮性，經(jīng)過流量計後壓(ya)力由于損失而(ér)由P1變爲P2，這時的(de)比容。也發生了(le)變化💜，由n1變爲n2，相(xiang)♌應地體積流量(liàng)由qn1，變爲qn2，能耗的(de)計算按下式計(ji)算:

　　式中W—功率W；P1—壓(ya)損前流體壓力(lì)，Pa；P2—壓損後流體壓(yā)力；qn1—壓損前流🏃🏻‍♂️體(tǐ)體積流量，m3/s；qn2—壓損(sǔn)後流體體積流(liu)量，m3/s；?h—電機和風機(jī)效率。
　　若把氣體(ti)看作理想氣體(tǐ)，通過流量計的(de)過程看作絕熱(re)過程，則由工程(chéng)熱力學可知：
P2=P1-△W(10)
壓(yā)損仍由式（6），式（8）計(jì)算。


5.3舉例計算
　　由(yóu)表3和表4中的渦(wo)街流量計和孔(kǒng)闆流量計在不(bu)同工況✂️下的壓(yā)損和能耗對比(bi)可知，渦街流量(liàng)計有相對較小(xiao)的壓損和能耗(hao)，在🌈孔闆流量計(jì)和渦街流量計(jì)同時适用的工(gōng)況下優先選用(yòng)渦街流量計。
6結(jie)束語
　　渦街流量(liang)計的工作原理(li)和優點與局限(xian)性的基礎上，結(jié)合海洋生産平(píng)台實際工況進(jìn)行了選型并提(tí)出了具體💘防振(zhèn)措施。最後，介紹(shao)了一種壓損與(yǔ)能耗的計算方(fang)法，并通過與孔(kǒng)闆流♻️量計的‼️對(duì)比，證明渦街流(liú)量計是一款相(xiang)對節能的流量(liàng)計。

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