摘要：介紹了渦街流量計(jì)的工作原理，并對(duì)渦街流量計(jì)的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行了分析；其次結(jié)合采油平臺(tái)實(shí)際工況進(jìn)行了流量儀表選型；并且介紹了針對(duì)渦街流量計(jì)的防振措施；最后通過計(jì)算對(duì)比分析，證明渦街流量計(jì)是一款相對(duì)節(jié)能的流量計(jì)。
0引言?
　　在工業(yè)生產(chǎn)過程中，為了有效地指導(dǎo)生產(chǎn)操作、監(jiān)視和控制生產(chǎn)過程，經(jīng)常需要檢測生產(chǎn)過程中各種流動(dòng)介質(zhì)（如液體、氣體或蒸汽）的流量，以便為管理和控制生產(chǎn)提供依據(jù)。同時(shí)，工業(yè)生產(chǎn)的各環(huán)節(jié)之間經(jīng)常有物料的輸送，需要對(duì)它們進(jìn)行精確的計(jì)量，作為經(jīng)濟(jì)核算的重要依據(jù)。所以，流量監(jiān)測在現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)過程中顯得十分重要。
1工作原理
　　渦街流量計(jì)（又稱漩渦流量計(jì)）是根據(jù)“卡門漩渦”原理研制成的一種流體振蕩式流量測量儀表�！翱ㄩT漩渦”現(xiàn)象是在流動(dòng)的流體中插入一根（或多根）迎流面為非流線型柱狀物時(shí)，流體在柱狀物兩側(cè)交替地分離釋放出兩列規(guī)則的漩渦。在測量管道的流體中設(shè)置非流線型的漩渦發(fā)生體，當(dāng)雷諾數(shù)達(dá)到一定值時(shí)，從漩渦發(fā)生體下游兩側(cè)交替地分離釋放出兩串規(guī)則地交錯(cuò)排列的漩渦，這種漩渦稱為卡門渦街，在一定雷諾數(shù)范圍內(nèi)漩渦的分離頻率與漩渦發(fā)生體的幾何尺寸、管道的幾何尺寸有關(guān)，漩渦的頻域正比于流量，并可由各種形式的傳感器檢出[1-3]。

流量計(jì)利用卡門渦街原理如圖1所示，有如下關(guān)系式：

式中d——阻流件的寬度，m；
`U——流經(jīng)流量計(jì)的流體平均流速，m/s；
f——漩渦的頻率Hz；
Sr——斯特勞哈數(shù)(Strouhalnumber)
m——漩渦發(fā)生體兩側(cè)弓形面積與管道橫截面面積之比，對(duì)于直徑為的圓柱形漩渦發(fā)生體：

式中K——流量計(jì)的儀表系數(shù)，1/m2。
　　K除與漩渦發(fā)生體、管道的幾何尺寸有關(guān)外，還與斯特勞哈數(shù)有關(guān)。斯特勞哈數(shù)為無量綱參數(shù)，它與漩渦發(fā)生體形狀及雷諾數(shù)有關(guān)，圖2所示為三角柱狀漩渦發(fā)生體的斯特勞哈數(shù)與管道雷諾數(shù)的關(guān)系圖。由圖2可見，在46210~710DRe???范圍內(nèi)，Sr可視為常數(shù)，這是儀表正常工作范圍。

當(dāng)測量氣體流量時(shí)，渦街流量計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)體積流量計(jì)算式為

式中Vnq，Vq——標(biāo)準(zhǔn)參比條件下(C?20，101.325kPa)工況下的體積流量m3/s;
Pn，P——標(biāo)準(zhǔn)參比條件下和工況下的絕對(duì)壓力，Pa；
Tn，T——標(biāo)準(zhǔn)參比條件下和工況下的熱力學(xué)溫度，K;
Zn，Z——標(biāo)準(zhǔn)參比條件下和工況下的氣體壓縮系數(shù)；
　　由式(5)可見，渦街流量計(jì)輸出的脈沖頻率信號(hào)不受流體物性和組分變化的影響，即儀表系數(shù)在一定雷諾數(shù)范圍內(nèi)僅與漩渦發(fā)生體及管道的形狀尺寸等有關(guān)。
2優(yōu)勢與局限性
2.1優(yōu)點(diǎn)
1)渦街流量計(jì)結(jié)構(gòu)簡單，安裝維護(hù)方便。
2)無可移動(dòng)部件，可靠性高。
3)重量輕，價(jià)格便宜，在眾多的流量計(jì)中，渦街流量計(jì)的經(jīng)濟(jì)性較好，是一種經(jīng)濟(jì)實(shí)惠的流量計(jì)。
4)適應(yīng)性強(qiáng)，結(jié)構(gòu)形式多種多樣，可計(jì)量多種流體介質(zhì)，如液體、氣體、高溫蒸汽、低溫液體和部分混相流體[4]。
5)在一定的雷諾數(shù)范圍，輸出頻率信號(hào)不受流體物性（密度、黏度）和組分的影響。
6)壓力損失小。
7)在一種典型介質(zhì)中校驗(yàn)，而適用于各種介質(zhì)。
8)可以通過確定斯特勞哈爾數(shù)與發(fā)生體幾何參數(shù)之間的關(guān)系，來實(shí)現(xiàn)干標(biāo)定。
2.2局限性
1)渦街流量計(jì)不適用于低雷諾數(shù)測量（ReD≥2×104），因此不適用于低流速，或者小口徑，或者高黏度的流體計(jì)量。
2)漩渦分離的穩(wěn)定性受流速分布畸變及旋轉(zhuǎn)流的影響。
3)除了熱敏和超聲式，其他種類的渦街流量計(jì)對(duì)管道機(jī)械振動(dòng)均較敏感，不宜用于強(qiáng)震動(dòng)場所。
4)儀表口徑不宜過大，一般口徑不超過300mm。
5)渦街流量計(jì)適用的流體比較廣泛，但不適用于臟污流體。
6)渦街流量計(jì)在混相流體中的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)還少。
3渦街流量計(jì)的初步選型
　　渦街流量計(jì)同樣具有局限性，也有其適用范圍，因此何種工況選用渦街流量計(jì)，選用哪一類的渦街流量計(jì)，根據(jù)已經(jīng)投產(chǎn)的某油氣生產(chǎn)平臺(tái)實(shí)際工況（表1）進(jìn)行了流量儀表的初步選型。

　　由表1中的工藝參數(shù)可知，管道介質(zhì)為生產(chǎn)水。它由原油處理系統(tǒng)的生產(chǎn)污水經(jīng)過斜板除油器除掉浮油后產(chǎn)生。除掉浮油后的生產(chǎn)污水進(jìn)入溶氣式氣浮進(jìn)一步去除污水中的小油滴。首先從管道尺寸考慮，由于管道尺寸為8*25.4=203.2mm，超出靶式流量計(jì)（15~50mm）和科氏流量計(jì)（150~200mm）的常用測量管道尺寸范圍，排除靶式、浮子流量計(jì)和科氏流量計(jì)；從壓損方面考慮，排除孔板流量計(jì)（壓損：20~50kPaG）；從安裝方式方面考慮，排除浮子流量計(jì)（需要垂直安裝）；容積式、超聲式、電磁式、渦街流量計(jì)滿足上述要求。最后從購置考慮，由于渦街流量計(jì)的購置、安裝、運(yùn)行、維護(hù)費(fèi)用較低的特點(diǎn)，因此在此選擇渦街流量計(jì)作為初步選型儀表。
4防振措施探討
　　海洋平臺(tái)本身空間比較緊湊，在較小的空間內(nèi)布置了大量的工藝和生產(chǎn)設(shè)備。一些振動(dòng)源比如空氣壓縮機(jī)和泵會(huì)對(duì)渦街流量計(jì)的使用產(chǎn)生影響。在此介紹幾種減振措施[5,6]：
1）在儀表選型之初，就要確保渦街流量計(jì)安裝環(huán)境無振動(dòng)或振動(dòng)較小，不影響渦街流量計(jì)的正常工作；
2）抗振接頭耐壓、耐腐蝕、價(jià)格低、安裝簡單易行，可以擴(kuò)大渦街流量計(jì)的使用范圍，也適用于其他減振場所，此方法在海洋平臺(tái)中的渦街流量計(jì)的選型和使用過程中值得借鑒；
3）當(dāng)管道振動(dòng)速度大于1g或者振動(dòng)頻率達(dá)到500Hz以上時(shí)，在傳感器2倍口徑處安裝固定支撐點(diǎn)；
4）將渦街流量計(jì)軸向旋轉(zhuǎn)適當(dāng)角度，適當(dāng)調(diào)整渦街流量計(jì)觸發(fā)電平；
5）在小管徑流量測量中可以采用彈性軟管連接渦街流量計(jì)。
5渦街流量計(jì)的能耗分析
　　渦街流量計(jì)屬于阻力型流量計(jì)。它們阻礙流體的流動(dòng)，使流體流經(jīng)流量計(jì)時(shí)產(chǎn)生壓力損失，從而引起輸送單位流體所用的推動(dòng)功的增加，即需要多消耗能量，實(shí)際使用的流量計(jì)多為阻力型流量計(jì)。
　　不同的阻力型流量計(jì)對(duì)流體阻礙作用的大小不同，阻礙作用的大小可由壓力損失表示。阻礙作用大的引起的能耗就大，如孔板流量計(jì)、噴嘴流量計(jì)，渦街流量計(jì)次之。通常把能耗相對(duì)較小的流量計(jì)叫節(jié)能型流量計(jì)，相對(duì)于孔板、噴嘴流量計(jì)，渦街流量計(jì)能耗較小。從這三種流量計(jì)看，孔板流量計(jì)的壓損最大，通常為20~50kPa；渦街流量計(jì)最小，通常為2~15kPa。只有通過對(duì)流量計(jì)的能耗計(jì)算，才能了解每種流量計(jì)的能耗，也才能進(jìn)一步比較節(jié)能型流量計(jì)節(jié)能量的大小。
5.1測量液體時(shí)壓損及能耗計(jì)算[7]
由于液體介質(zhì)可看作是不可壓縮性流體，壓力變化但密度不變。
1）用孔板時(shí)，壓損計(jì)算

5.2測量氣體時(shí)壓損及能耗分析計(jì)算
　　由于氣體具有很強(qiáng)的可壓縮性，經(jīng)過流量計(jì)后壓力由于損失而由P1變?yōu)镻2，這時(shí)的比容。也發(fā)生了變化，由n1變?yōu)閚2，相應(yīng)地體積流量由qn1，變?yōu)閝n2，能耗的計(jì)算按下式計(jì)算:

　　式中W—功率W；P1—壓損前流體壓力，Pa；P2—壓損后流體壓力；qn1—壓損前流體體積流量，m3/s；qn2—壓損后流體體積流量，m3/s；?h—電機(jī)和風(fēng)機(jī)效率。
　　若把氣體看作理想氣體，通過流量計(jì)的過程看作絕熱過程，則由工程熱力學(xué)可知：
P2=P1-△W(10)
壓損仍由式（6），式（8）計(jì)算。


5.3舉例計(jì)算
　　由表3和表4中的渦街流量計(jì)和孔板流量計(jì)在不同工況下的壓損和能耗對(duì)比可知，渦街流量計(jì)有相對(duì)較小的壓損和能耗，在孔板流量計(jì)和渦街流量計(jì)同時(shí)適用的工況下優(yōu)先選用渦街流量計(jì)。
6結(jié)束語
　　渦街流量計(jì)的工作原理和優(yōu)點(diǎn)與局限性的基礎(chǔ)上，結(jié)合海洋生產(chǎn)平臺(tái)實(shí)際工況進(jìn)行了選型并提出了具體防振措施。最后，介紹了一種壓損與能耗的計(jì)算方法，并通過與孔板流量計(jì)的對(duì)比，證明渦街流量計(jì)是一款相對(duì)節(jié)能的流量計(jì)。

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