摘要：介(jiè)紹了(le)渦街(jiē)流量計 的(de)工作原理，并(bìng)對渦街流量(liàng)計的(de)優缺點(diǎn)進行了分析(xī)；其(qí)次結合采(cǎi)油平台實際工況(kuàng)進行(háng)了流(liú)量儀(yí)表(biǎo)選(xuǎn)型；并且介紹了針對(duì)渦街(jiē)流(liú)量(liàng)計的(de)防振(zhèn)措施(shī)；最後(hòu)通過計算對比(bǐ)分析，證明(míng)渦街(jiē)流量計是一款(kuǎn)相對(duì)節能的流(liú)量(liàng)計。
0引言(yán)?
　　在工(gōng)業生産過程(chéng)中(zhōng)，爲了有(yǒu)效(xiào)地指(zhǐ)導生(shēng)産(chǎn)操(cāo)作、監視和(hé)控制(zhì)生産過程，經(jīng)常需要(yào)檢測生(shēng)産(chǎn)過程(chéng)中各(gè)種流(liú)動介(jiè)質（如液體、氣體(tǐ)或蒸(zhēng)汽）的流量(liàng)，以(yǐ)便(biàn)爲管理和(hé)控制生産提供依據。同時，工業(yè)生産(chǎn)的(de)各(gè)環節(jiē)之間(jiān)經常有物(wù)料的輸(shū)送，需要(yào)對它們進行精(jīng)确的(de)計量(liàng)，作爲(wèi)經濟核算的重(zhòng)要依(yī)據。所以，流(liú)量監測在(zài)現代(dài)化工業生(shēng)産過程中(zhōng)顯得十分重要。
1工作原理(lǐ)
　　渦街(jiē)流量計（又(yòu)稱漩(xuán)渦流量計(jì)）是根據(jù)“卡門(mén)漩渦”原理研(yán)制成(chéng)的一種(zhǒng)流體振蕩式流(liú)量測量儀表。“卡門漩渦(wō)”現象(xiàng)是在流動(dòng)的流體(tǐ)中插入一根（或(huò)多根）迎(yíng)流面爲非流線(xiàn)型柱狀物時，流(liú)體在柱狀物(wù)兩(liǎng)側交(jiāo)替地(dì)分離(lí)釋放出(chū)兩列規(guī)則的漩渦。在測(cè)量管道的流體(tǐ)中設(shè)置非流(liú)線型的漩渦(wō)發生(shēng)體，當(dāng)雷諾(nuò)數達到一(yī)定值時，從(cóng)漩(xuán)渦發生體下(xià)遊兩側交(jiāo)替(tì)地(dì)分離(lí)釋放(fàng)出兩(liǎng)串規則(zé)地交錯排列(liè)的漩渦，這(zhè)種漩渦稱(chēng)爲卡(kǎ)門渦(wō)街，在一定雷諾(nuò)數範圍内(nèi)漩渦(wō)的(de)分離頻率與漩渦發生體(tǐ)的幾(jǐ)何尺寸(cùn)、管道的(de)幾何尺寸有(yǒu)關，漩渦的(de)頻域正比(bǐ)于流(liú)量，并可(kě)由各種(zhǒng)形式的(de)傳感器(qì)檢出(chū)[1-3]。

流量計(jì)利(lì)用卡(kǎ)門渦(wō)街原(yuán)理如圖1所示，有如下(xià)關系(xì)式：

式中d——阻(zǔ)流件的寬度，m；
`u——流(liú)經流量(liàng)計(jì)的流體平均流速，m/s；
f——漩(xuán)渦的頻率(lǜ)hz；
sr——斯特勞哈數(strouhalnumber)
m——漩(xuán)渦發(fā)生體兩側(cè)弓形(xíng)面積與管道橫(héng)截面面(miàn)積之比(bǐ)，對于直徑爲的(de)圓柱形漩(xuán)渦(wō)發(fā)生體：

式(shì)中k——流量(liàng)計的儀表系數，1/m2。
　　k除與(yǔ)漩渦(wō)發生(shēng)體、管(guǎn)道的(de)幾何(hé)尺寸(cùn)有關外，還(hái)與斯特勞哈數(shù)有關(guān)。斯(sī)特勞哈(hā)數爲無量綱參(cān)數，它與漩渦發(fā)生體(tǐ)形狀及雷(léi)諾數有關，圖2所(suǒ)示爲(wèi)三角(jiǎo)柱狀漩渦(wō)發生體的(de)斯特勞哈(hā)數與(yǔ)管道雷(léi)諾數的(de)關系圖。由圖2可見，在(zài)46210~710dre???範(fàn)圍内，sr可(kě)視爲常數，這是(shì)儀表(biǎo)正常工作(zuò)範圍(wéi)。

當測量(liàng)氣體流(liú)量(liàng)時(shí)，渦街(jiē)流量計(jì)的(de)标準(zhǔn)體積(jī)流量計算(suàn)式爲(wèi)

式中(zhōng)vnq，vq——标準(zhǔn)參比條件下(xià)(c?20，101.325kpa)工況下的體(tǐ)積流(liú)量m3/s;
pn，p——标(biāo)準參(cān)比條(tiáo)件下和工況下(xià)的絕對壓力，pa；
tn，t——标(biāo)準參比條件下和工況下的熱(rè)力學溫(wēn)度(dù)，k;
zn，z——标準參比(bǐ)條件(jiàn)下和(hé)工況下(xià)的(de)氣體壓縮系數；
　　由式(shì)(5)可見，渦街(jiē)流量計輸出的脈沖(chòng)頻率信号(hào)不受(shòu)流(liú)體物(wù)性(xìng)和組(zǔ)分變化的(de)影響(xiǎng)，即儀表系數在(zài)一定雷諾數範(fàn)圍内(nèi)僅與漩渦(wō)發生體及管道(dào)的形(xíng)狀尺寸等有關。
2優(yōu)勢與局限性
2.1優(yōu)點
1)渦街(jiē)流量(liàng)計結構簡(jiǎn)單，安裝維(wéi)護方(fāng)便。
2)無可(kě)移動部件，可(kě)靠性高。
3)重(zhòng)量輕，價(jià)格(gé)便宜，在衆(zhōng)多的流量(liàng)計(jì)中(zhōng)，渦街(jiē)流量計的(de)經濟性(xìng)較(jiào)好，是一種經濟實惠(huì)的(de)流量計(jì)。
4)适應(yīng)性強(qiáng)，結構(gòu)形式多(duō)種(zhǒng)多樣(yàng)，可計量多種(zhǒng)流體介(jiè)質(zhì)，如(rú)液體(tǐ)、氣體、高(gāo)溫蒸汽(qì)、低溫液體和部分混(hùn)相流體[4]。
5)在(zài)一定的雷諾(nuò)數範圍，輸出頻率(lǜ)信号(hào)不受流體(tǐ)物性（密度(dù)、黏度）和(hé)組分的影響(xiǎng)。
6)壓力損失(shī)小(xiǎo)。
7)在(zài)一種典型(xíng)介質中校驗(yàn)，而适用于各(gè)種介質。
8)可以(yǐ)通過确(què)定斯(sī)特勞(láo)哈爾數(shù)與(yǔ)發生體幾(jǐ)何參(cān)數之(zhī)間(jiān)的關系(xì)，來實(shí)現幹标定(dìng)。
2.2局限(xiàn)性(xìng)
1)渦(wō)街流(liú)量計不适用于低雷諾數測量（red≥2×104），因此不(bú)适用于(yú)低流(liú)速，或者小口徑，或者高黏(nián)度的流體計量(liàng)。
2)漩渦分離(lí)的穩(wěn)定性受(shòu)流(liú)速分布畸變及(jí)旋轉流(liú)的(de)影響。
3)除了(le)熱敏和(hé)超聲式(shì)，其他種類的渦(wō)街流量(liàng)計對管(guǎn)道機(jī)械振動均較敏感，不宜用于強震(zhèn)動場所。
4)儀表口徑(jìng)不宜過大(dà)，一(yī)般口徑(jìng)不超過(guò)300mm。
5)渦街流量計(jì)适用的流(liú)體比較廣泛，但(dàn)不适用于髒污(wū)流體(tǐ)。
6)渦街(jiē)流量(liàng)計在混(hùn)相流體(tǐ)中的應用經驗(yàn)還少。
3渦街流(liú)量(liàng)計的初步(bù)選型
　　渦街(jiē)流(liú)量計同(tóng)樣具有(yǒu)局限性(xìng)，也有(yǒu)其适用範(fàn)圍，因此何種工況選用渦(wō)街流(liú)量計，選(xuǎn)用(yòng)哪一(yī)類的(de)渦街流量計，根據已經投産的(de)某油氣(qì)生(shēng)産平台實(shí)際工(gōng)況（表(biǎo)1）進行了流量儀(yí)表(biǎo)的(de)初步選型(xíng)。

　　由(yóu)表(biǎo)1中的(de)工藝參數(shù)可知(zhī)，管道(dào)介質爲生(shēng)産水(shuǐ)。它(tā)由(yóu)原油(yóu)處理(lǐ)系統的生産污水經過斜(xié)闆除(chú)油器除(chú)掉(diào)浮油後産生。除掉浮(fú)油後的生(shēng)産污(wū)水進入溶(róng)氣式氣浮進一(yī)步去(qù)除(chú)污水中(zhōng)的小油(yóu)滴(dī)。首先(xiān)從管道(dào)尺寸考慮，由(yóu)于管道尺(chǐ)寸爲(wèi)8*25.4=203.2mm，超(chāo)出靶式(shì)流量計(jì)（15~50mm）和(hé)科氏(shì)流量計（150~200mm）的(de)常用(yòng)測量管道尺寸範圍，排除靶式(shì)、浮子流(liú)量(liàng)計和(hé)科氏流(liú)量(liàng)計；從壓損方面考慮(lǜ)，排除(chú)孔(kǒng)闆(pǎn)流量(liàng)計（壓損：20~50kpag）；從安裝(zhuāng)方(fāng)式方(fāng)面(miàn)考慮(lǜ)，排除浮(fú)子流量(liàng)計（需(xū)要垂(chuí)直安裝）；容積式、超聲式、電磁式、渦街流量計滿足上(shàng)述要求。最後從(cóng)購置考(kǎo)慮，由于渦街流量計的購置、安裝、運行(háng)、維護費用(yòng)較低(dī)的特(tè)點，因此在(zài)此選擇渦街流量計作爲初步選型儀表。
4防振(zhèn)措施探讨
　　海洋(yáng)平台本身(shēn)空間比較緊(jǐn)湊(còu)，在較(jiào)小的空間(jiān)内布(bù)置了(le)大量的工藝和生産(chǎn)設備。一些(xiē)振動源比(bǐ)如空氣壓(yā)縮機和泵會對渦街流量(liàng)計(jì)的使用(yòng)産(chǎn)生影響。在此(cǐ)介紹(shào)幾種(zhǒng)減振(zhèn)措施(shī)[5,6]：
1）在儀(yí)表選(xuǎn)型之初，就(jiù)要确(què)保渦(wō)街流(liú)量計(jì)安裝環境無振(zhèn)動或(huò)振(zhèn)動較小，不影響渦(wō)街流(liú)量計(jì)的正常工(gōng)作；
2）抗振(zhèn)接頭耐壓、耐腐蝕、價格(gé)低、安(ān)裝簡(jiǎn)單(dān)易(yì)行，可(kě)以擴大渦街流(liú)量計的使(shǐ)用範(fàn)圍，也适用(yòng)于其(qí)他減振場(chǎng)所，此(cǐ)方(fāng)法在(zài)海(hǎi)洋平台中(zhōng)的渦(wō)街流量計的選(xuǎn)型和(hé)使(shǐ)用過程(chéng)中值得借鑒；
3）當(dāng)管道(dào)振動(dòng)速(sù)度(dù)大于1g或(huò)者(zhě)振動(dòng)頻率(lǜ)達到500hz以上時，在(zài)傳感器2倍口徑處安(ān)裝固(gù)定支撐點；
4）将渦(wō)街流量(liàng)計(jì)軸向(xiàng)旋轉(zhuǎn)适當角度(dù)，适當調整渦街(jiē)流(liú)量(liàng)計觸發電(diàn)平；
5）在(zài)小管(guǎn)徑流(liú)量測量中可以(yǐ)采用彈性軟管連接(jiē)渦街流量計。
5渦街流量計(jì)的能耗分析
　　渦(wō)街流(liú)量計屬于阻力型流量計(jì)。它們(men)阻礙流體(tǐ)的流動，使(shǐ)流體(tǐ)流經流量計時産生(shēng)壓力(lì)損失(shī)，從而引起(qǐ)輸送單位(wèi)流(liú)體所用的(de)推動功(gōng)的增加，即需要(yào)多消(xiāo)耗能量，實際使(shǐ)用的流(liú)量計多(duō)爲阻力型(xíng)流量計。
　　不同的阻力(lì)型流(liú)量計對流(liú)體阻(zǔ)礙作用的(de)大小不同(tóng)，阻礙作用的大(dà)小可(kě)由壓力損失表(biǎo)示。阻(zǔ)礙作用大(dà)的引起的(de)能耗(hào)就大，如 孔闆流(liú)量計 、噴嘴(zuǐ)流量計，渦街流量計(jì)次之(zhī)。通常把(bǎ)能(néng)耗相(xiàng)對較小的(de)流量(liàng)計叫(jiào)節能型流(liú)量計(jì)，相對(duì)于孔闆(pǎn)、噴(pēn)嘴流(liú)量計，渦街(jiē)流量(liàng)計能耗(hào)較(jiào)小。從(cóng)這三種(zhǒng)流量計(jì)看，孔闆流(liú)量計的(de)壓損(sǔn)最(zuì)大，通(tōng)常爲20~50kpa；渦街(jiē)流(liú)量(liàng)計最(zuì)小，通常爲(wèi)2~15kpa。隻有通過對流量計(jì)的能耗計(jì)算，才能了(le)解每種流量計的能(néng)耗，也才能進一步比較(jiào)節能型(xíng)流量(liàng)計節(jiē)能量(liàng)的大小。
5.1測量液(yè)體時壓損及能耗計(jì)算[7]
由于液體介質可看作(zuò)是不(bú)可(kě)壓縮性(xìng)流體(tǐ)，壓力變化(huà)但密度不變。
1）用(yòng)孔闆時，壓損計算

5.2測(cè)量氣(qì)體時(shí)壓損及能耗分(fèn)析計(jì)算
　　由于氣(qì)體具有(yǒu)很(hěn)強的(de)可壓縮(suō)性，經過(guò)流量(liàng)計(jì)後壓力(lì)由于(yú)損(sǔn)失而由p1變爲p2，這時(shí)的比(bǐ)容。也(yě)發生了變(biàn)化，由n1變爲(wèi)n2，相應(yīng)地體積流量由(yóu)qn1，變爲qn2，能耗的計算按下式計算(suàn):

　　式中w—功率w；p1—壓損前流體(tǐ)壓力，pa；p2—壓(yā)損後流體壓力；qn1—壓損前流(liú)體體(tǐ)積(jī)流量，m3/s；qn2—壓(yā)損後(hòu)流體體積(jī)流(liú)量(liàng)，m3/s；?h—電機和(hé)風機效(xiào)率。
　　若(ruò)把氣(qì)體看(kàn)作理想氣體，通(tōng)過流量(liàng)計(jì)的過(guò)程看作絕熱過程，則(zé)由(yóu)工(gōng)程熱(rè)力學可(kě)知(zhī)：
p2=p1-△w(10)
壓損仍由式(shì)（6），式（8）計算(suàn)。


5.3舉例(lì)計(jì)算
　　由表(biǎo)3和表(biǎo)4中的渦街(jiē)流量計(jì)和孔闆(pǎn)流量(liàng)計(jì)在不同(tóng)工況下的(de)壓損和能(néng)耗對比可(kě)知，渦街流(liú)量計(jì)有相對較(jiào)小的(de)壓損(sǔn)和(hé)能耗，在(zài)孔闆流量計和(hé)渦(wō)街流量計同時适用的工況(kuàng)下優先選用渦街流量計(jì)。
6結束(shù)語
　　渦街流量計(jì)的工作原理和(hé)優點與局限性的基礎上，結合(hé)海洋(yáng)生(shēng)産(chǎn)平台(tái)實際工況進行(háng)了選型并(bìng)提出了具體(tǐ)防振措施。最後，介(jiè)紹了(le)一種(zhǒng)壓(yā)損與能(néng)耗的計算(suàn)方法(fǎ)，并通過與孔闆(pǎn)流量計的(de)對比，證明(míng)渦(wō)街流量(liàng)計是一款相對(duì)節能的流量計(jì)。

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