摘要：介紹(shào)了渦街流量計 的(de)工作原理，并對渦(wō)街流量計的優缺(quē)點進行了分析；其(qi)次結合采油平台(tái)實際工況進行了(le)流量儀表🤩選型；并(bìng)且介紹✉️了針對渦(wō)街流量計的防振(zhen)措施；最後通過🌂計(jì)算對比分析，證明(míng)渦🔴街流量計是一(yī)款相對節能的流(liu)量計。
0引言?
　　在工業(ye)生産過程中，爲了(le)有效地指導生産(chǎn)操作、監㊙️視和🏃‍♂️控制(zhi)生産過程，經常需(xu)要檢測生産過程(chéng)中各種流動介質(zhì)（如液體、氣體或蒸(zheng)汽）的流量，以便爲(wèi)管理和控制生産(chan)提供依據。同時，工(gōng)業生産的各環節(jie)👄之間經常有物料(liao)的輸送，需要對它(tā)們進行精确的👣計(jì)量，作爲經濟核算(suàn)的重要依據。所以(yi)，流量監測在😘現代(dài)化工業🆚生産過程(chéng)中顯得十分重要(yào)。
1工作原理
　　渦街流(liu)量計（又稱漩渦流(liú)量計）是根據“卡門(men)漩渦”原理研制成(cheng)的一種流體振蕩(dang)式流量測量儀表(biǎo)。“卡門漩渦”現象是(shì)在流動🌈的流☀️體中(zhong)插入一根（或多根(gēn)）迎流面爲非流線(xian)😍型柱狀物時，流體(ti)在柱狀物兩側交(jiao)🌐替地分離釋放出(chū)兩列規則的漩渦(wō)。在測量管道的🔴流(liu)體中設置非流線(xiàn)型的漩渦發生體(ti)，當雷諾數達到一(yī)定值時，從漩渦發(fa)生體下遊兩側交(jiao)替地分離❤️釋放出(chu)兩串規則🔴地交錯(cuò)🥵排列的漩渦，這種(zhong)漩渦稱爲卡門渦(wo)街，在一定雷諾數(shu)範圍内漩渦的分(fèn)離頻率與漩渦發(fa)生體的幾何尺寸(cun)、管道的幾何尺寸(cun)有關，漩渦的頻域(yu)正比于流量，并可(kě)由各種形式的傳(chuán)⭐感器檢出[1-3]。

流量計利用卡門(mén)渦街原理如圖1所(suo)示，有如下關系🔞式(shì)：

式中d——阻流件的寬(kuan)度，m；
`U——流經流量計的(de)流體平均流速，m/s；
f——漩(xuán)渦的頻率Hz；
Sr——斯特勞(lao)哈數(Strouhalnumber)
m——漩渦發生體(ti)兩側弓形面積與(yǔ)管道橫截面面積(jī)之比，對💘于直🛀🏻徑♋爲(wèi)的圓柱形漩渦發(fā)生體：

式中K——流量計(jì)的儀表系數，1/m2。
　　K除與(yu)漩渦發生體、管道(dào)的幾何尺寸有關(guān)外，還與斯特🤟勞哈(ha)💋數有關。斯特勞哈(ha)數爲無量綱參數(shu)，它與漩渦發生體(ti)形狀🔴及雷諾數有(you)關，圖2所示爲三角(jiao)柱狀漩渦發生體(ti)的斯特勞哈數與(yǔ)管道雷諾數的關(guan)系圖。由圖2可見，在(zai)46210~710DRe???範圍内，Sr可視爲常(chang)數，這是儀表正常(chang)工作範圍。

當測量(liang)氣體流量時，渦街(jiē)流量計的标準體(ti)積流量計☎️算式爲(wei)

式中Vnq，Vq——标準參比條(tiáo)件下(C?20，101.325kPa)工況下的體(ti)積流量m3/s;
Pn，P——标準參比(bǐ)條件下和工況下(xia)的絕對壓力，Pa；
Tn，T——标準(zhun)參比條件下和工(gong)況下的熱力學溫(wen)度，K;
Zn，Z——标準參比條件(jian)下和工況下的氣(qì)體壓縮系數；
　　由式(shi)(5)可見，渦街流量計(jì)輸出的脈沖頻率(lü)信号不受流☂️體物(wù)❤️性和組分變化的(de)影響，即儀表系數(shu)在一定雷諾數範(fan)☁️圍内僅與漩渦發(fa)生體及管道的形(xíng)狀尺🛀🏻寸等有關。
2優(you)勢與局限性
2.1優點(dian)
1)渦街流量計結構(gou)簡單，安裝維護方(fang)便。
2)無可移動部件(jiàn)，可靠性高。
3)重量輕(qing)，價格便宜，在衆多(duō)的流量計中，渦街(jie)流量計的經濟性(xìng)較好，是一種經濟(jì)實惠的流量計。
4)适(shì)應性強，結構形式(shi)多種多樣，可計量(liang)多種流體介質，如(ru)液體、氣體、高溫蒸(zhēng)汽、低溫液體和部(bù)分混相流體[4]。
5)在一(yi)定的雷諾數範圍(wéi)，輸出頻率信号不(bú)受流體物性（密度(du)、黏度📞）和組分的影(ying)響。
6)壓力損失小。
7)在(zai)一種典型介質中(zhong)校驗，而适用于各(ge)種介質。
8)可以通過(guo)确定斯特勞哈爾(er)數與發生體幾何(hé)參數之間的關🙇🏻系(xi)，來實現幹标定。
2.2局(jú)限性
1)渦街流量計(ji)不适用于低雷諾(nuo)數測量（ReD≥2×104），因此不适(shi)用于低流速，或者(zhě)小口徑，或者高黏(nián)度的流體計量。
2)漩(xuán)渦分離的穩定性(xìng)受流速分布畸變(bian)及旋轉流的影響(xiang)。
3)除了熱敏和超聲(sheng)式，其他種類的渦(wō)街流量計對管道(dao)機👉械振動均較敏(min)感，不宜用于強震(zhen)動場所。
4)儀表口徑(jing)不宜過大，一般口(kou)徑不超過300mm。
5)渦街流(liú)量計适用的流體(ti)比較廣泛，但不适(shì)用于髒污流體。
6)渦(wō)街流量計在混相(xiang)流體中的應用經(jing)驗還少。
3渦街流量(liang)計的初步選型
　　渦(wō)街流量計同樣具(ju)有局限性，也有其(qi)适用範圍，因此何(he)種工況選用渦街(jie)流量計，選用哪一(yi)類的渦街流量計(ji)，根據已經投産的(de)👌某油氣生産平台(tai)實際工況（表1）進行(háng)了流🚶量儀表的初(chu)步選型。

　　由表1中的(de)工藝參數可知，管(guan)道介質爲生産水(shuǐ)。它由原油處理系(xi)統的生産污水經(jīng)過斜闆除油器除(chu)掉浮油後産💔生。除(chu)掉浮油後的生産(chǎn)污水進入溶氣式(shi)氣浮進🌏一步去除(chu)污水中的小油滴(dī)。首先從管道尺寸(cun)考慮，由于管道尺(chǐ)寸爲8*25.4=203.2mm，超出⭐靶式流(liú)量計（15~50mm）和科氏💋流量(liàng)計（150~200mm）的常用測量管(guǎn)道尺寸範圍，排除(chu)靶式、浮子流量計(ji)和科氏流量計；從(cóng)壓損方面考慮，排(pái)除孔闆流量計（壓(ya)損：20~50kPaG）；從安裝方式方(fāng)面考慮，排除浮子(zǐ)流量計（需要垂直(zhí)安裝）；容積式、超聲(shēng)式、電磁式💞、渦街流(liú)量計滿足上🔴述要(yao)求。最後從購置考(kǎo)慮，由于渦街流量(liang)計的購置、安裝、運(yun)行、維護💃費用較低(di)的特點，因此在💁此(ci)選擇渦街🈲流量計(ji)作爲初步選型儀(yí)表。
4防振措施探讨(tao)
　　海洋平台本身空(kong)間比較緊湊，在較(jiao)小的空間内布置(zhì)了大📧量的工藝和(he)生産設備。一些振(zhèn)動源比如空氣壓(yā)縮機和泵會對渦(wō)街流量計的使用(yong)産生影響。在此介(jie)紹幾種減振措施(shi)[5,6]：
1）在儀表選型之初(chū)，就要确保渦街流(liu)量計安裝環境無(wú)振動✌️或振動較小(xiao)，不影響渦街流量(liàng)計的正常工🍉作；
2）抗(kang)振接頭耐壓、耐腐(fǔ)蝕、價格低、安裝簡(jiǎn)單易行，可以擴🤟大(dà)渦🌍街流量計的使(shǐ)用範圍，也适用于(yu)其他減振場所🈲，此(cǐ)方法在海洋平台(tai)中的渦街流量計(jì)的選型♍和使用過(guo)程中值得借鑒；
3）當(dāng)管道振動速度大(da)于1g或者振動頻率(lü)達到500Hz以上時，在📱傳(chuán)💞感器2倍口徑處安(an)裝固定支撐點；
4）将(jiang)渦街流量計軸向(xiàng)旋轉适當角度，适(shì)當調整渦街流量(liàng)🥰計觸發電平；
5）在小(xiǎo)管徑流量測量中(zhong)可以采用彈性軟(ruan)管連接渦街流量(liang)計。
5渦街流量計的(de)能耗分析
　　渦街流(liu)量計屬于阻力型(xing)流量計。它們阻礙(ai)流體的💔流動，使流(liu)體流經流量計時(shi)産生壓力損失，從(cong)而引起輸送單位(wèi)流✊體所👄用的🏃推動(dong)功的增加，即需要(yao)多消耗能量，實際(jì)使用的流量計多(duo)爲阻力型流量計(jì)🔴。
　　不同的阻力型流(liu)量計對流體阻礙(ai)作用的大小不同(tong)，阻礙作用的大小(xiǎo)可由壓力損失表(biao)示。阻礙作用大的(de)引起的能㊙️耗就大(da)，如 孔闆流量計 、噴(pēn)嘴流量計，渦街流(liú)量計次之。通常把(bǎ)能耗相對較☎️小的(de)流量計叫節能型(xíng)流量計，相對于孔(kǒng)闆、噴嘴流量計，渦(wo)街流量計能耗較(jiao)小。從這三種流量(liang)計看，孔闆流量計(ji)的壓損最大，通常(cháng)爲20~50kPa；渦街流🌈量計最(zui)小，通常爲2~15kPa。隻有通(tong)過對流量計的能(néng)耗計算，才能了解(jiě)每種流量計的能(néng)耗，也才能👌進一步(bù)比較🈲節能型流量(liàng)計節能量的大💚小(xiǎo)。
5.1測量液體時壓損(sǔn)及能耗計算[7]
由于(yú)液體介質可看作(zuo)是不可壓縮性流(liu)體，壓力變✏️化但密(mì)度不變。
1）用孔闆時(shí)，壓損計算

5.2測量氣(qi)體時壓損及能耗(hao)分析計算
　　由于氣(qì)體具有很強的可(kě)壓縮性，經過流量(liàng)計後壓力🈲由于✨損(sǔn)失🌈而由P1變爲P2，這時(shí)的比容。也發生了(le)變化，由n1變爲n2，相應(yīng)地🌍體積流量由qn1，變(biàn)爲qn2，能耗的計算按(àn)下😍式計算:

　　式中W—功(gong)率W；P1—壓損前流體壓(ya)力，Pa；P2—壓損後流體壓(yā)力；qn1—壓損前流🧑🏽‍🤝‍🧑🏻體體(tǐ)積流量，m3/s；qn2—壓損後流(liu)體體積流量，m3/s；?h—電機(ji)和風機效率。
　　若把(ba)氣體看作理想氣(qì)體，通過流量計的(de)過程看作✏️絕熱過(guò)程，則由工程熱力(lì)學可知：
P2=P1-△W(10)
壓損仍由(yóu)式（6），式（8）計算。


5.3舉例計(ji)算
　　由表3和表4中的(de)渦街流量計和孔(kong)闆流量計在不同(tóng)工況下的♻️壓損和(hé)能耗對比可知，渦(wo)街流量計有相對(duì)較小的🈲壓損和能(néng)耗，在孔闆流量計(jì)和渦街流量計同(tóng)時适用的工況下(xià)優先選用渦街流(liu)量計。
6結束語
　　渦街(jie)流量計的工作原(yuan)理和優點與局限(xian)性的基礎上☀️，結合(hé)海洋生産平台實(shí)際工況進行了選(xuǎn)型并提出了具體(tǐ)👌防振措施。最後，介(jiè)紹了一種壓損與(yǔ)能耗的計算方法(fa)，并通過與孔闆流(liú)量計的對比，證明(míng)渦👌街流量計是一(yi)款相對節能的流(liu)量計。

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