涡街流量计简介

2020-06-02
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5月5日,广东虎门大桥异常振动,不禁让人联想起现代桥梁建筑历史上最为标志性的灾难——美国塔科马海峡吊桥事件,一时间社会各界人士众说纷纭。经检查是施工安放水马破坏大桥的气动结构,形成卡门涡街现象最终导致振动发生,该事件成功地将这一重要的流体力学现象带入人们视线。不过,这也不一定都是坏事,涡街流量计就依据该现象设计而成,本文从原理、优缺点和选型方法三个方面进行介绍。



原理



涡街流量计也称为旋涡流量计,其具体工作原理如下:在流体流动管道中,垂直流动方向插入一个非流线型的柱状物体,当流体绕过柱状体流动时,会发生附面层分离引起速度增加,同时局部压力下降,进而形成背压流动现象,同时引发体两侧轮流发出两列并排且旋转方向相反的旋涡,如下图所示。

旋涡产生时一侧压力下降,产生一个从另一侧到本侧方向的作用力,另一侧产生旋涡时,就会产生一个方向相反的力,这样发生体就会受到一个可以检测涡街发生频率的交变作用力(俗称“升力”)。经过推导,管内流速和体积流量分别满足以下方程,在可测量范围内和工作状态下,知道流量计的仪表常数,就可以根据涡街发生频率计算出工作状态下流体的体积流率。



优缺点



涡街流量计的优点主要体现在以下方面:

(1)结构简单、牢固、安装与维护方便,相比节流装置减少泄露、堵塞和冻结等现象;

(2)精确度较高,相对偏差在正负1%~1.5%之间;

(3)测量范围较宽,在合理口径下,范围度可以达到20:1;

(4)压降低,约为节流式压差流量计的25%~50%;

(5)在一定雷诺数范围内,输出频率不受流体物性(密度和粘度)和组成的影响,仪表系数仅与旋涡发生体及管道的形状、尺寸有关。

但仍然有以下缺点:

(1)对管道机械振动较为敏感,不适用强烈振动场合;

(2)口径越大,分辨率越低,一般满管式流量计用于DN400以下;

(3)流体温度太高时,传感器制作会有困难,一般物流温度小于等于420℃;

(4)当流体有压力脉动或流量脉动时,示值大幅度偏高,影响较大,即不适用于脉动流。



选型方法



涡街流量计的选择受到被测流体介质的显示精度、流量范围、输出电流等诸多因素影响,在挑选过程中可以按照以下五步进行:

(1)精度选择  精度级别越高,意味着价格增高,需要正确选择才能做到经济合算:用于贸易结算等场合,可以用1.0级或0.5级等高级仪表;而无需精确控制和计量的场合,可以选择2.5级等低精度仪表,甚至可以选择插入式涡街流量计;

(2)流量范围  每种涡街流量计都有一个测量范围,仪表口径需要与管道一致,而仪表规格不一定与工艺管道相同,是测量流量范围是否在流速范围内确定;

(3)变送器选择  在实际应用中,一般考虑测量饱和蒸汽的流量不得低于涡街流量计的下限(5 m/s),然后根据用汽量大小选择变送器口径,不能以现有工艺管道口径进行选择;

(4)压力补偿压力变送器选择  当管路较长时,压力波动较大,必须采用测量补偿,考虑到压力、温度和密度对应关系,只需要压力补偿即可;

(5)显示仪表选择  显示仪表智能流量显示仪,具有稳压补偿、瞬时流量显示和累计流量计算功能,可以选择与第四项合并的温压补偿一体式即可。





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