漩渦流量計與轉(zhuǎn)子流量計的比較和應(yīng)用

一、引言

    在工業(yè)生產(chǎn)中，由于流量是一種重要的工藝參數(shù)，因此，流量計被廣泛應(yīng)用。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，不斷有新型流量計出現(xiàn)，漩渦流量計和轉(zhuǎn)子流量計就是其中的兩種。這兩種流量計在流量測量中占有較大比重，發(fā)揮著重要作用。但是，由于各自工作原理和結(jié)構(gòu)不同，如果選擇、使用不當(dāng)，這兩種流量計在實際使用過程中，也會出現(xiàn)一些問題。下面從工作原理和使用兩個方面對這兩種流量計進行分析、比較。

    二、兩種流量計的工作原理

    1. 轉(zhuǎn)子流量計又稱浮子流量計，是以浮子在垂直錐形管中隨著流量變化而升降，改變它們之間形成的流通環(huán)隙面積來進行測量的體積流量儀表。

    轉(zhuǎn)子流量計測量部分基本上由兩個部分組成，一個是由下往上逐漸擴大的錐形管；另一個是放在錐形管內(nèi)可自由運動的轉(zhuǎn)子。有時是采用錐形浮子和安裝在金屬管內(nèi)的孔板相互配合。工作時，被測流體（氣體或液體）由錐形管下端進入，沿錐形管向上運動，流過轉(zhuǎn)子與錐形管之間的環(huán)隙，再從錐形管上端流出。當(dāng)流體流過錐形管時，位于錐形管中的轉(zhuǎn)子受到一個向上的力，使轉(zhuǎn)子浮起。當(dāng)這個力正好等于浸沒在流體里的轉(zhuǎn)子重力（即等于轉(zhuǎn)子重量減去流體對轉(zhuǎn)子的浮力）時，則作用在轉(zhuǎn)子上的上下兩個力達到平衡，此時轉(zhuǎn)子就停浮在一定的高度上。假如被測流體的流量突然由小變大，作用在轉(zhuǎn)子上的力就加大，所以轉(zhuǎn)子就上升。當(dāng)流體作用在轉(zhuǎn)子上的力再次等于轉(zhuǎn)子在流體中的重力時，轉(zhuǎn)子又穩(wěn)定在一個新的高度。這樣，轉(zhuǎn)子在錐形管中的平衡位置的高低與被測介質(zhì)的流量大小相對應(yīng)。轉(zhuǎn)子平衡位置的高低采用磁耦合方式傳遞出來，然后通過放大器轉(zhuǎn)換成4～20mA輸出，這就是轉(zhuǎn)子流量計測量流量的基本原理。

    轉(zhuǎn)子流量計結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠、價格低廉、反應(yīng)快、使用維護方便。主要適用于中小管徑、低流速和較低雷諾數(shù)的單相液體或氣體的中小流量測量。缺點是由于其浮子為可動部件，當(dāng)流體流速超過一定值或介質(zhì)壓力不穩(wěn)時，浮子穩(wěn)定性變差，容易產(chǎn)生振蕩。

    2. 漩渦流量計又稱渦街流量計，它可以用來測量各種管道中的液體、氣體、蒸汽的流量，是目前工業(yè)控制、能源計量及節(jié)能管理中常用的新型流量儀表。

    漩渦流量計是利用有規(guī)則的漩渦剝離現(xiàn)象來測量流體流量的儀表。在流體中垂直插入一個非流線形的柱狀物（圓柱或三角柱）作為漩渦發(fā)生體，如圖所示。當(dāng)雷諾數(shù)達到一定數(shù)值時，會在柱狀物的下游處產(chǎn)生如圖所示的兩列不對稱但有規(guī)律的交替漩渦，該漩渦渦列通常是不穩(wěn)定的。當(dāng)兩漩渦列之間的距離h和同列的兩漩渦之間的距離L之比能滿足h/L=0.281時，所產(chǎn)生的非對稱漩渦列才能達到穩(wěn)定，像這樣的漩渦渦列稱為卡曼渦列。

    由圓柱漩渦發(fā)生體形成的卡曼漩渦，其單列漩渦產(chǎn)生的頻率為

    式中：f———單列漩渦產(chǎn)生的頻率，Hz；

    v———流體平均流速，m/s；

    d———圓柱直徑，m；

    S_t———斯特勞哈爾系數(shù)（當(dāng)雷諾數(shù)Re=5×10²～1.5×1.5，S_t=0.2）。

    由上式可知，當(dāng)S_t近似為常數(shù)時，漩渦產(chǎn)生的頻率f與流體的平均流速成正比，測得f即可求得體積流量Q。

    漩渦流量計的特點是度高、測量范圍寬、沒有運動部件、無機械磨損、維護方便、壓力損失小、節(jié)能效果明顯。缺點是其中的漩渦頻率檢測傳感器容易受周圍其他振源的影響，產(chǎn)生誤差。

    三、兩種流量計應(yīng)用情況

    實例一，某公司新上三套流量測量裝置，流量計選用轉(zhuǎn)子流量計。投用伊始，流量計的轉(zhuǎn)子就時常出現(xiàn)劇烈振動，導(dǎo)致生產(chǎn)裝置壓力波動、防爆膜炸裂、裝置停車、經(jīng)濟損失嚴(yán)重。為解決這一問題，儀表技術(shù)人員對生產(chǎn)工藝及流量計進行了仔細(xì)分析和測試，zui終找到了儀表不能正常工作的原因是由于被測介質(zhì)壓力不穩(wěn)，導(dǎo)致轉(zhuǎn)子流量計轉(zhuǎn)子振蕩。針對壓力不穩(wěn)導(dǎo)致轉(zhuǎn)子振蕩這一問題，技術(shù)人員決定采用無可動部件的漩渦流量計取代轉(zhuǎn)子流量計。將改進后的系統(tǒng)投入使用，取得了十分滿意的效果。

    實例二，某公司使用若干臺漩渦流量計測量介質(zhì)流量，其中兩臺測量值誤差經(jīng)常比較大。經(jīng)過仔細(xì)分析研究發(fā)現(xiàn)，這兩臺流量計附近均有較強振動源，振動源振動，導(dǎo)致漩渦流量計漩渦檢測傳感器產(chǎn)生誤測。消除振動源后，流量計工作正常。

    四、結(jié)束語

    從對這兩種流量計原理的分析以及生產(chǎn)實踐經(jīng)驗中得到如下體會：

    1. 如果被測介質(zhì)壓力不穩(wěn)或流速較快，在選擇流量計時盡量選擇無可動部件的流量儀表，如轉(zhuǎn)子流量計，以免產(chǎn)生振蕩、損壞儀表、影響生產(chǎn)。

    2. 對于管路振動較嚴(yán)重的場合，應(yīng)盡可能避免使用漩渦流量計。