涡街流量计选型及使应用中的特殊性

王丹阳

（众一阿美科福斯特惠勒工程有限公司宁夏分公司，宁夏 银川 750001）

在测量工业管道介质流体体积流量时，涡街流量计是重要的测量仪表之一。涡街流量计具有很高的测量精度以及较大的量程范围，且仪表参数的稳定性比较高，仪器内部的零部件均不可动，对维护保养的要求相对较低，能够很好地适应多种工况条件下的测量需要，因此涡街流量计的应用范围十分广泛。在实际应用涡街流量计进行测量时，要全面掌握涡街流量计在使应用中的特殊性，并根据涡街流量计的固有特性来合理选型，这样才能有效提高测量的精度和效果，确保测量结果符合设计要求，充分发挥街流量计应有的作用。

1 概述涡街流量计基本原理分析

涡街发生体是设置在流通管内的非流线型柱体结构，当涡街发生体周围后流体经过时，发生体的两侧就会有交替漩涡产生。而在漩涡脱落后会向下游进行传播，从而形成交叉排列的两列漩涡，即卡门漩涡现象[1]。涡街频率则主要是指在漩涡在单位时间内的产生数量，其与流速之间的关系为线性正比例。而根据卡门涡街特性来对管道内的涡街频率进行测量，以实现测量管道内介质流量目的的测量仪器就是涡街流量计。

式中：f—涡旋频率（Hz）；Sr—斯特劳哈数；d—阻流件宽度值（m）；u—流体流速的平均值（m/s）；m—发生体弓形面和工业管道横截面面积之间的比值。

此外，涡街流量仪表的系数可以用K来表示，其计算公式为：

式中：qv—管道内部的体积流量（m3/s)。

2 选择涡街流量计类型特殊性分析

在对涡街流量计进行选择时，首要问题和选择其他类型流量计相同，都是要合理选择流量计的口径规格。在对流量计口径规格进行选择时，应充分考虑实际测量范围的要求等因素，对不同流量计仪器的测量上下限范围进行对比分析，从而合理选择相应的口径规格（在选型时要注意涡街的上下限）。

在涡街流量计的使用过程中，往往会由于忽视了测量限值因素，或者是对测量限值的理解不准确，影响了涡街的正常运行，并造成测量结果的不准确。由于涡街流量计这种仪器对于旋转流以及流畅畸变具有较高的敏感度，因此，应选择具有流动调整期以及直段管长度能够达到测量要求的设备，才能有效提高测量的准确性。

2.1 选型时要对测量下限特殊性进行充分的考虑

对于涡街流量计来说，其测量下限是一个可变数值。当工况条件发生改变时，同一设备在对相同状态流体进行测量时，其测量下限也会存在变化的可能[2]。当流量未达到测量下限条件时，涡街流量计的示值通常会出现0的显示，无法准确反映流量趋势。影响涡街流量计实际测量下限的因素有很多，例如施测环境的干扰强度、设备的抗干扰性、雷诺数、信号和传感器增益处理的低端频响因素以及流体工况密度等，所以难以通过查询产品样本等方法来直接掌握测量下限的变化范围，这就要求测量人员必须对各种因素进行全面的分析，并对各种因素影响下的测量下限进行计算查询，最后应将计算结果的最高值确定为测量下限的实际数值。

2.2 选型时要对测量上限特殊性进行充分的考虑

当涡街流量计的被测流量体积超过其测量上限时，不仅会产生超差问题，甚至会造成发生体或者传感器出现断裂等严重的事故，对下游设备造成严重的安全威胁。

影响流量计实际测量上限数值的因素主要包括涡街发生体以及传感器的实际抗载性能、信号增益处理系统的实际高端频响等。通常在产品样本中会标示仪器在测量液体、气体以及蒸汽时的可测流体流速的上限数值，将其与流通管的截面面积相乘就能够对工况体积流量的测量上限进行计算；同时，也可以以此为基础来对质量流量等进行上限值进行核算分析[3]。当流量加大时，会造成涡街稳定性下降；而当流量超出上限时，受高端频响因素的影响，其不稳定性将进一步加剧，因此随着流量的快速上升，漏记漩涡的数量也将不断增加，造成显示数值出现倒走的特殊情况，此时的测量超差十分严重。虽然一些产品在其样本说明中指出，可以通过特殊算法来对倒走现象加以抵消，从而使涡街流量计的示值能够在超限后仍维持在上限，以控制误差范围，然而这种处理方式不仅会进一步增加现场超限的判定难度，甚至还会产生传感器断裂等严重的安全事故。另外，部分涡街流量计仪器采用的是合并漩涡传感器以及涡街发生体的结构形式，也就是在发生体内封装压电晶体。由于该结构类型的涡街发生体还需要配备绞支良以及悬臂梁等辅助性结构，一旦在流量超限条件下受到异物撞击或者水锤作用的影响，比较容易造成发生体的断裂，因此在选型时应充分考虑相关因素。

3 涡街流量计使应用中的特殊性分析

3.1 使应用涡街流量计的计算特性

在应用涡街流量计进行测量时，其主要是对工况体积流量进行测量，而涡街流量计的仪器铭牌上的K系数则是指1 m3内的漩涡数量。该测量仪器在使用时的原始信号和其输出信号的关系呈线性正比，因此，在使应用涡街流量计时，不需要按照差压流量计的开方运算方法去进行计算分析。

3.2 使应用涡街流量计的测量特性

在应用涡街流量计对累积流量进行测量时，其主要是根据单位时间内累积计数的漩涡数量来对瞬时流量值进行测量。使用涡街流量计测量操作时的主要难点在于，如果在复杂工况条件下对漩涡进行准确的判定。

3.3 涡街流量计的选型实践应用

在应用涡街流量计时，由于不同类型的涡街流量计所适应的工况范围有所差异，因此应根据不用工况来选择相应的仪表设备。同时，要注意涡街流量计只能对洁净、低黏度以及具有一定流速的流体进行测量。以某油气平台的生产工况为例，其管道介质主要是经过除油处理后的生产水，水中所含的小油珠等成分均已经被过滤去除，水质比较洁净且黏度较低，其流速在65～220 m3/h之间，该管道的实际尺寸为

?203 mm左右。在进行流量计的选型时，由于科式流量计的测量成本比较高，而靶式流量计主要用于黏稠度高的介质的测量，同时结合设备的安装条件、运行环境以及后期的管理维护成本等因素，最后确定使用涡街流量计来进行测量。

4 结语

随着流量测量技术设备的不断发展，涡街流量计将在测量低黏度液体或者气体流量等工作中得到越来越广泛的应用。涡街流量计不仅具有较高的测量精度以及大范围的量程，能够适应多种工况条件下的流量体积测量要求，而且其对维护保养的要求相对较低，是一种实用性比较好的体积流量测量仪器。因此，需要进一步了解涡街流量计的固有特性以及其在选型和使应用中的特殊性，才能根据工况需要合理选择涡街流量计的具体型号类型，提高应用的规范性和准确性，从而保证测量的精度，充分发挥涡街流量计应有的功能和作用。