渦街流量計簡(jiǎn)介

5月5日，廣東虎門(mén)大橋異常振動(dòng)，不禁讓人聯(lián)想起現代橋梁建筑歷史上最為標志性的災難——美國塔科馬海峽吊橋事件，一時(shí)間社會(huì )各界人士眾說(shuō)紛紜。經(jīng)檢查是施工安放水馬破壞大橋的氣動(dòng)結構，形成卡門(mén)渦街現象最終導致振動(dòng)發(fā)生，該事件成功地將這一重要的流體力學(xué)現象帶入人們視線(xiàn)。不過(guò)，這也不一定都是壞事，渦街流量計就依據該現象設計而成，本文從原理、優(yōu)缺點(diǎn)和選型方法三個(gè)方面進(jìn)行介紹。

渦街流量計也稱(chēng)為旋渦流量計，其具體工作原理如下：在流體流動(dòng)管道中，垂直流動(dòng)方向插入一個(gè)非流線(xiàn)型的柱狀物體，當流體繞過(guò)柱狀體流動(dòng)時(shí)，會(huì )發(fā)生附面層分離引起速度增加，同時(shí)局部壓力下降，進(jìn)而形成背壓流動(dòng)現象，同時(shí)引發(fā)體兩側輪流發(fā)出兩列并排且旋轉方向相反的旋渦，如下圖所示。

旋渦產(chǎn)生時(shí)一側壓力下降，產(chǎn)生一個(gè)從另一側到本側方向的作用力，另一側產(chǎn)生旋渦時(shí)，就會(huì )產(chǎn)生一個(gè)方向相反的力，這樣發(fā)生體就會(huì )受到一個(gè)可以檢測渦街發(fā)生頻率的交變作用力（俗稱(chēng)“升力”）。經(jīng)過(guò)推導，管內流速和體積流量分別滿(mǎn)足以下方程，在可測量范圍內和工作狀態(tài)下，知道流量計的儀表常數，就可以根據渦街發(fā)生頻率計算出工作狀態(tài)下流體的體積流率。

渦街流量計的優(yōu)點(diǎn)主要體現在以下方面：

（1）結構簡(jiǎn)單、牢固、安裝與維護方便，相比節流裝置減少泄露、堵塞和凍結等現象；

（2）精確度較高，相對偏差在正負1%~1.5%之間；

（3）測量范圍較寬，在合理口徑下，范圍度可以達到20:1；

（4）壓降低，約為節流式壓差流量計的25%~50%；

（5）在一定雷諾數范圍內，輸出頻率不受流體物性（密度和粘度）和組成的影響，儀表系數僅與旋渦發(fā)生體及管道的形狀、尺寸有關(guān)。

但仍然有以下缺點(diǎn)：

（1）對管道機械振動(dòng)較為敏感，不適用強烈振動(dòng)場(chǎng)合；

（2）口徑越大，分辨率越低，一般滿(mǎn)管式流量計用于DN400以下；

（3）流體溫度太高時(shí)，傳感器制作會(huì )有困難，一般物流溫度小于等于420℃；

（4）當流體有壓力脈動(dòng)或流量脈動(dòng)時(shí)，示值大幅度偏高，影響較大，即不適用于脈動(dòng)流。

渦街流量計的選擇受到被測流體介質(zhì)的顯示精度、流量范圍、輸出電流等諸多因素影響，在挑選過(guò)程中可以按照以下五步進(jìn)行：

（1）精度選擇  精度級別越高，意味著(zhù)價(jià)格增高，需要正確選擇才能做到經(jīng)濟合算：用于貿易結算等場(chǎng)合，可以用1.0級或0.5級等高級儀表；而無(wú)需精確控制和計量的場(chǎng)合，可以選擇2.5級等低精度儀表，甚至可以選擇插入式渦街流量計；

（2）流量范圍  每種渦街流量計都有一個(gè)測量范圍，儀表口徑需要與管道一致，而儀表規格不一定與工藝管道相同，是測量流量范圍是否在流速范圍內確定；

（3）變送器選擇  在實(shí)際應用中，一般考慮測量飽和蒸汽的流量不得低于渦街流量計的下限（5 m/s），然后根據用汽量大小選擇變送器口徑，不能以現有工藝管道口徑進(jìn)行選擇；

（4）壓力補償壓力變送器選擇  當管路較長(cháng)時(shí)，壓力波動(dòng)較大，必須采用測量補償，考慮到壓力、溫度和密度對應關(guān)系，只需要壓力補償即可；

（5）顯示儀表選擇  顯示儀表智能流量顯示儀，具有穩壓補償、瞬時(shí)流量顯示和累計流量計算功能，可以選擇與第四項合并的溫壓補償一體式即可。