摘要：介紹(shào)了渦街流量計(ji) 的工作原理，并(bing)對渦街流量計(jì)的優缺點進行(hang)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(zhen)對渦街流量計(jì)的防振措施；最(zui)後通過計算對(duì)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(zài)工業生産過程(chéng)中，爲了有效地(dì)指導生産操作(zuò)、監視和控⛷️制生(sheng)産過程，經常需(xu)要檢測生産過(guo)程中各🌏種流動(dong)介質（如液體🌈、氣(qì)體🧡或蒸汽）的流(liú)量，以便爲管理(lǐ)和控🤟制生産提(ti)供依據。同時，工(gong)業生産的各環(huán)節之間經常有(yǒu)物料的🛀🏻輸送，需(xu)要對它們進行(háng)精确的計量，作(zuò)爲經♈濟核算的(de)重💘要依據。所以(yi)，流量監測在現(xian)代化工業生産(chǎn)過程中顯得十(shí)分重要。
1工作原(yuán)理
　　渦街流量計(jì)（又稱漩渦流量(liàng)計）是根據“卡門(men)漩渦”原理研🌐制(zhi)成的一種流體(ti)振蕩式流量測(cè)量儀表。“卡門漩(xuán)渦”現象是在流(liú)動🔞的流體中插(chā)入一根（或多根(gēn)）迎流面爲非流(liú)線型柱狀物時(shi)，流體在柱狀物(wu)兩側交替地分(fèn)離釋放出兩列(lie)規則的✉️漩渦。在(zài)測量管道的流(liu)體中設置非流(liú)線型的🌈漩渦發(fa)生體，當雷諾數(shu)達❓到一定值時(shi)⭕，從漩渦發生體(ti)下遊兩側交替(ti)地分離釋放出(chū)兩串規則地交(jiao)錯排列的漩🏃🏻‍♂️渦(wō)，這種漩渦稱爲(wei)卡門渦街，在一(yi)定雷諾數範圍(wéi)内漩渦的分離(li)頻📞率與漩渦發(fa)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(ge)種形式的傳感(gan)器檢出[1-3]。

流量計利用(yòng)卡門渦街原理(li)如圖1所示，有如(rú)下關系式💃：

式中(zhong)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(zhī)🐪比👈，對于直徑爲(wei)的圓柱形漩渦(wo)發生體：

式中K——流(liu)量計的儀表系(xi)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(wo)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(tǐ)的斯特勞㊙️哈數(shu)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(zhe)是儀表正常工(gōng)作範圍。

當測量(liàng)氣體流量時，渦(wō)街流量計的标(biāo)準體積流量計(ji)⭕算式👌爲

式中Vnq，Vq——标(biao)準參比條件下(xia)(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(kuàng)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(biao)準參比條件下(xia)和工況下的氣(qì)體壓縮系數；
　　由(you)式(5)可見，渦街流(liu)量計輸出的脈(mo)沖頻率信号不(bu)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(xuán)渦發生體及管(guǎn)道的形狀尺❗寸(cun)等有關。
2優勢與(yu)局限性
2.1優點
1)渦(wo)街流量計結構(gòu)簡單，安裝維護(hù)方便。
2)無可移動(dòng)部件，可靠性高(gāo)。
3)重量輕，價格便(bian)宜，在衆多的流(liú)量計中，渦街流(liú)量計的經☔濟性(xing)🧡較好，是一種經(jing)濟實惠的流量(liàng)計。
4)适應性強，結(jié)構形式多種多(duo)樣，可計量多種(zhong)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(tǐ)[4]。
5)在一定的雷諾(nuo)數範圍，輸出頻(pin)率信号不受流(liu)體物性（密度、黏(nián)度）和組分的影(ying)響。
6)壓力損失小(xiao)。
7)在一種典型介(jie)質中校驗，而适(shi)用于各種介質(zhi)。
8)可以通過确定(dìng)斯特勞哈爾數(shù)與發生體幾何(he)參數之間💃的關(guān)系，來實現幹标(biāo)定。
2.2局限性
1)渦街(jiē)流量計不适用(yong)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(gao)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(sheng)式，其他種類的(de)渦街流量計對(duì)管道機械振動(dong)均較敏感，不宜(yí)用于強震動場(chǎng)所。
4)儀表口徑不(bú)宜過大，一般口(kǒu)徑不超過300mm。
5)渦街(jiē)流量計适用的(de)流體比較廣泛(fan)，但不适用于髒(zāng)污流體。
6)渦街流(liú)量計在混相流(liu)體中的應用經(jing)驗還少。
3渦街流(liu)量計的初步選(xuǎn)型
　　渦街流量計(ji)同樣具有局限(xiàn)性，也有其适用(yong)範圍，因🔱此何🌏種(zhǒng)工況選用渦街(jie)流量計，選用哪(nǎ)一類的渦街流(liú)量計，根據已經(jīng)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(chū)步選型。

　　由表1中(zhong)的工藝參數可(ke)知，管道介質爲(wèi)生産水。它由原(yuán)油🛀處理系統的(de)生産污水經過(guò)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(shuǐ)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(bǎ)式流量計（15~50mm）和科(ke)氏🔴流量計（150~200mm）的常(chang)用測量管道尺(chi)寸範圍，排除靶(ba)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(liu)量計（壓損：20~50kPaG）；從安(an)🏃🏻‍♂️裝方式🈲方面考(kǎo)慮，排除浮子流(liú)量計（需要垂直(zhí)安裝）；容㊙️積式、超(chāo)聲式、電磁🚶‍♀️式、渦(wō)街流量🤞計滿足(zú)上述要求。最後(hòu)🈲從購置考慮，由(you)于渦街流量💯計(jì)的購置、安裝、運(yun)行、維護費用較(jiào)低的特點，因此(ci)在此選擇渦街(jiē)流量計作爲初(chu)步選型儀表。
4防(fáng)振措施探讨
　　海(hǎi)洋平台本身空(kong)間比較緊湊，在(zai)較小的空間内(nei)布置了大量🆚的(de)工藝和生産設(shè)備。一些振動源(yuan)比如空氣壓縮(suō)機📱和泵會對⛹🏻‍♀️渦(wo)街👣流量計的使(shi)用産生影響。在(zài)此介紹幾種減(jiǎn)振措施[5,6]：
1）在儀表(biao)選型之初，就要(yao)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(jiē)流量計的正常(chang)工作；
2）抗振接頭(tou)耐壓、耐腐蝕、價(jia)格低、安裝簡單(dān)易行，可以擴大(da)渦街流量計的(de)使用範圍，也适(shi)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(guo)程中值得借鑒(jiàn)；
3）當管道振動速(sù)度大于1g或者振(zhen)動頻率達到500Hz以(yǐ)上時，在傳感器(qi)2倍口徑處安裝(zhuāng)固定支撐點；
4）将(jiang)渦街流量計軸(zhou)向旋轉适當角(jiao)度，适當調整渦(wō)街流量計觸🏃‍♂️發(fa)❗電平；
5）在小管徑(jing)流量測量中可(kě)以采用彈性軟(ruan)管連接渦街流(liú)量計。
5渦街流量(liang)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(jì)時産生壓力損(sǔn)失，從而引起輸(shu)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(duì)流體阻礙作用(yong)的大小不同，阻(zu)礙作用📐的大小(xiǎo)可由壓力損失(shi)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(liú)量計，渦街流量(liang)計次之。通常把(bǎ)能耗相對較小(xiao)的流量計叫節(jie)能型流量計，相(xiàng)對于孔闆、噴嘴(zui)流量計，渦街流(liú)量計能耗較小(xiǎo)。從這三種流量(liàng)計看，孔闆流量(liàng)計的壓損最大(dà)❗，通常爲20~50kPa；渦街流(liú)🙇🏻量計最小，通常(chang)爲2~15kPa。隻有通過對(dui)流量計的能耗(hao)計算，才能了解(jiě)每種流量計的(de)能耗，也才能進(jin)一步比較節能(néng)型流量計節能(néng)量的大✨小。
5.1測量(liang)液體時壓損及(jí)能耗計算[7]
由于(yu)液體介質可看(kan)作是不可壓縮(suō)性流體，壓力變(biàn)化但密度不變(biàn)。
1）用孔闆時，壓損(sun)計算

5.2測量氣體(ti)時壓損及能耗(hào)分析計算
　　由于(yú)氣體具有很強(qiáng)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(xiàng)應地體積流量(liang)由qn1，變爲qn2，能耗的(de)計算按下式計(jì)算🧡:

　　式中W—功率W；P1—壓(ya)損前流體壓力(li)，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(ji)效率。
　　若把氣體(tǐ)看作理想氣體(ti)，通過流量計的(de)過程看作絕熱(rè)過程，則由工程(chéng)熱力學可知：
P2=P1-△W(10)
壓(ya)損仍由式（6），式（8）計(jì)算。


5.3舉例計算
　　由(you)表3和表4中的渦(wō)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(bǐ)可知，渦街流量(liàng)計有相對較小(xiǎo)的壓損和能耗(hào)，在😘孔闆流量計(ji)和渦街流量😘計(jì)同時适用的工(gōng)況下💔優先選用(yong)渦街流量計。
6結(jié)束語
　　渦街流量(liang)計的工作原理(li)和優點與局限(xiàn)性的基礎上，結(jié)合海洋生産平(ping)台實際工況進(jin)行了選型并提(ti)🙇🏻出了具體防振(zhen)措施。最後，介紹(shao)了一種壓損與(yǔ)能耗的計算方(fāng)法，并🌂通過與🥵孔(kong)闆流量計的對(dui)比，證明渦街流(liú)量計是一款相(xiàng)對節能的流量(liang)計。

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