卡门涡街 Karman涡街流量计

卡门涡街 Karman涡街流量计

涡街流量计基于卡曼涡街测量原理，主要用于测量工业管道内气体、液体、蒸气等流体的流量，涡街流量计的特点是压力损失小，量程范围大，无可动机械零件，因此可靠性高,维护量小，可以在-20℃～+350℃温度范围内工作，应用广泛。                           

工作原理：

在流体中设置非流线型旋涡发生体（阻流体），则从旋涡发生体两侧交替地产生两列有规则的旋涡，这种旋涡称为卡曼涡街，如图所示。

旋涡列在旋涡发生体下游非对称地排列，设旋涡的发生频率为f，被测介质来流的平均速度为V，旋涡发生体迎流面宽度为d，表体通径为D，根据卡曼涡街原理，有如下关系式：
                               f=StV/d                 

式中：

f－发生体一侧产生的卡门旋涡频率

St－斯特罗哈尔数（无量纲数）

V－流体的平均流速

d－旋涡发生体的宽度

由此可见，通过测量卡门涡街分离频率便可算出瞬时流量。 

技术参数：

测量范围：

外形尺寸：

安装要求：

一、安装环境要求：

1．尽可能避开强电设备、高频设备、强开关电源设备，仪表的供电电源尽可能与这些设备分离。

2．避开高温热源和辐射源的直接影响，若必须安装，须有隔热通风措施。

3．避开高湿环境和强腐蚀气体环境，若必须安装，须有通风措施。

4．涡街流量仪表应尽量避免安装在振动较强的管道上，若必须安装，须在其上下游2D处加设管道紧固装置，并加防振垫，加强抗振效果。

5．仪表建议安装在室内，安装在室外应注意防水，特别注意在电气接口处应将电缆线弯成U形，避免水顺着电缆线进入放大器壳内。

6．仪表安装点周围应该留有较充裕的空间，以便安装接线和定期维护。

二、管道安装要求：

1．涡街流量仪表对安装点的上下游直管段有一定要求，否则会影响介质在管道中的流场，影响仪表的测量精度。

2．上、下游配管内径应相同，如有差异，则配管内径Dp与涡街仪表表体内径Db，应满足以下关系：

0.98Db≤Dp≤1.05Db，上、下游配管应与流量仪表表体内径同心，它们之间的不同轴度应小于0.05Db

3．仪表与法兰之间的密封垫，在安装时不能凸入管内，其内径应比表体内径大1-2mm

4．测压孔和测温孔的安装设计，被测管道需要安装温度和压力变送器时，测压孔应设置在下游3-5D处，测温孔应设置在下游6-8D处。

流量计1：

流量计2：

涡街流量计在工业生产中的使用与维护：

涡街流量计属于一种重要的速度式流量计，它具有可以温压补偿、瞬时流量显示、累积流量积算等功能。文章进行分析涡街流量计应用于工业生产中的相关情况，介绍了正确的安装与维护方式，及使用过程中常见的故障及采取的处理措施等。

在速度式流量计中，不可缺少的一种就是涡街流量计。涡街流量计主要应用于工业管道介质流体的流量测量，测量的内容较多，多见于进行测量单相流满管介质，即气体、蒸汽以及液体等。涡街流量计能够跟DCS系统联合应用，具备较好的先进化特点，所以也属于应用效果较佳的流量仪表。以下是基于涡街流量计的工作原理，对其应用于工业生产中的相关内容进行分析。

1 涡街流量计的工作原理

涡街流量计的构成主要包括3个关键部分，分别是漩涡发生体、频率检测器、信号转换器，其应用作用较多，一方面可以输出4～20 m ADC信号，另一方面也能够效地输出脉冲电压信号。涡街流量计测量原理为：把非流体型阻流体安放到流动流体中的垂直流动方向，基于相应流量区间中，在阻流体两侧部位，分离流体，而且以交替的形式进行此活动，然后释放交替漩涡列，可以理解为是频率正比于管道内的平均流速、规则的交替漩涡列，而且其具备规律性、不对称的特点，数量是两串，另一重要的特点就是两侧漩涡具有不同的旋转方向。

对于流体的流量的计算，主要是以检测元件测出漩涡频率的方式进而获得。被测介质平均流速、旋涡的发生频率、旋涡发生体迎面宽度分别运用v、f、d进行表示，得到以下公式： 

式中：Sr代表的是雷诺数函数，如果Re D=2.0×104～7.0×106之中，气体、液体分别是每秒在5～50 m、0.5～7.0 m。如果具有已知的旋涡发生体的形状、尺寸，常数项以Sr代表，则具备比例关系的就是涡街频率、体积流量，这种关系比较稳定，在流体物理性质改变、组分变化的情况下，比例关系也不会更改。涡街流量计可以测量单相流环境的各种指标，常见的就是正气流量、液体以及气体流量等。应该保障流体是独自存在的形式，因为混相流体的环境下，将会对于流量计的测量准确度产生明显的影响，降低结果的精准度。

2 涡街流量计的科学选用

涡街流量计的划分中，依照传感器进行划分能够分成3种，即法兰式、夹持式、插入式。选用时要优先考虑法兰式，这种选型应用比较广泛，然后考虑运用夹持式。夹持式流量计、插入式流量计在安装时很容易影响到精度，而且一旦安装不科学规范，就会造成测量不精确，出现误差现象。插入式涡街流量计主要是应用在不要求做精确控制和计量的场合中。

涡街流量计还分为一体式和分体式。如果处于高温状态下，或者是在高空、井中安装，通常会应用到分体式仪表，主要的目的就是改善仪表工作环境，同时便捷检修仪表。在实施一体式仪表过程中，需要在安装点的周围留出足够的空间，目的就是方便安装接线，以及让日后的维护工作更加便捷。

3 涡街流量计的温压补偿

气体属于压缩流体，如果其体积状态出现了改变的情况，则主要是由于温度以及压力指标产生的变化而导致。测量气体流量的过程中，一方面要流量计可以准确的对于标准体积流量进行输出，另一方面也需要质量流量的输出。而且涡街流量计进行测量体积流量时，需要确保是在工况的环境中展开测量，所以涡街流量计进行一般气体、蒸汽的测量过程中，应该全面的考虑到温压补偿功能，并进行合理的仪表选型。经温压补偿，能够转变工况体积流量成质量流量，或者是转化成其他的体积流量，即标况体积流量。对于一般的气体进行测量过程中，补偿原理就是按照公式进行计算，其属于标准气体状态方程式： 

式中：P0代表的标准状态中的压力(Pa);P1代表的工况状态中的压力(Pa);T0表示的是标准环境中热力学温度(K);T1代表的是工况下热力学温度(K);V0表示的是标准环境下气体体积；V1是工况状态中气体体积。

进行蒸汽的测量过程中，需要做好的工作就是饱和蒸气的补偿，应用的方式包括两种，一种是压力补偿，另一种就是温度补偿。通常具备两种具体的补偿模式，即：如果涡街流量计传感器中不具备温度检测元件以及内置压力的情况下，仅可以于仪表内部实施静态补偿，也就是补偿是采取将固定压力值、温度值输入的方式实现。这种模式比较适用于不具备较大的温度压力改变的场合下。涡街流量计传感器中，如果具备温度检测元件以及内置压力的情况下，仪表按照所测温度以及压力的结果加以考虑，掌握住蒸汽的状态，判断好蒸汽是过热蒸汽、饱和蒸气的哪一种类型。对于质量流量，计算的方式需要获得仪表中储存的蒸汽数据库指标，实施智能化计算；另外就是运用蒸汽流量积算仪，在蒸汽流量积算仪中，传输涡街流量计测量的工况体积流量、温度，以及进行传送压力变送器测得到的信号。蒸汽流量积算仪内置过热蒸汽、饱和蒸汽补偿算法，能够准确输出质量流量以及标准体积流量，而且也可以把热量和比焓等进行正确的输出。

4 安装涡街流量计的分析

安装涡街流量计的质量水平，直接地影响到仪表正常运行，必须要按照标准的程序，科学合理地安装。一旦不能正确地安装涡街流量计，就会对于仪表测量的精度构成影响，甚至会对于仪表的应用年限产生影响，缩短应用时间，更严重的情况下，就会对仪表产生损坏。涡街流量计的安装管道，高温热源是一项需要重点关注的内容，应该避免其产生严重的影响，同时还要考虑到辐射源产生的侵犯问题，而且安装场所也要设置隔热通风装备，如在测量高温蒸汽涡街流量计的管道部位要做好保温，但是在传感器部位不能有保温。为了有效消除电干扰的问题，对象现场的布线要进行详细的规划，需要与高压线、电源线、电力设备等保持安全可靠的距离。进行涡街流量计安装过程中，也要考虑到不能在有剧烈震动的管道上面安装，尤其是横向震动的管道上面，要做好规避。涡街流量计也不能在过长的、架空的管道上安装，这样会让流量计出现下垂的问题，形成法兰密封泄漏的现象。如果条件不允许，必须要安装到以上环境中，应该做好防范措施，即在传感器的上下游增加管道紧固装置，同时装设防震垫。

另外，安装涡街流量计还要考虑到环境因素的影响。若安装在室外的环境下，做好防水的内容至关重要。电气接口的部位弯折处理电缆线，一般是进行设置U形状态，可以避免外界的水沿着外部介质灌入到内部的仪表壳内。在涡街流量计安装点上游进行不断开关阀门的安装时，可能会减少涡街流量计的应用时间，主要原因很有可能是流量计受到损坏。涡街流量计口径，其在一致于工艺管道的情况下，如果不能符合流量仪表标准，或此流速下不能确保具备较高精确度的测量结果，甚至测量不出数据来，就应该将仪表的口径进行缩小处理，促使将管内的流速有效提升，确保产生较好的测量精度。对于上下游的部位，应该具备充分的直管段。在上游的位置进行安置传感器要考虑到建立在相同平面的前提下，拥有2个九十度的弯头。测量以后，遵循实际的需求，在涡街流量计附近位置测量压力、测量温度时，测压点在传感器下游部位，测温点同样如此，二者各自处于(3-5)D部位、(6-8)D部位。

5 涡街流量计的维护与故障处理策略

涡街流量计并无可移动部件，这也让其应用时不会出现较多维护任务，提升了工作的效率。仪表应用的起始阶段，应该注意的问题就是液体的流量应该缓慢的增加，积极防范仪表涡街发生体受损的现象。

在进行维护涡街流量计工作中，平时主要的维护工作包括以下内容，流量计转换器盖子未拧好，造成密封不好进水，接线板故障或者接线端子接触不良，要定期对转换器密封进行检查；定期的对于屏蔽状态、接地情况做好检查，有效消除外界的干扰现象，因为很多情况下，指示问题的产生是因外界的干扰导致；对于测量含有杂质介质的流量计的探头部位需要定期清洗，因为污物堵塞探头检测孔的情况下，就会降低正常的测量效果，影响测量工作。

另外，涡街流量计的故障现象与处理。在计量不准确的情况下，处理这种问题时，主要就是检查各种关键的参数是否处于合理的状态中，即仪表K系数、口径等。而且进行严密的检查测量气体和蒸汽有无科学的采取补偿方式，检查参数设置的合理性，以及安装流量计时检查好垫片有无同心、在管道内部伸入等。测量蒸汽的涡街流量计容易出现故障，主要是高温造成，如安装位置不正确，对于测量高温介质的流量计的传感器应该中间偏下，避免高温蒸汽向上飘，造成传感器相关部件故障；另外流量计保温包的不合适，流量计管道部位未包保温，传感器部位包上了保温，正确的做法是管道部位包上保温，传感器部位不包保温，充分与环境接触；还有一种就是选型不合适，未正确的选用耐相应工况高温的传感器材质。

6 结语

涡街流量计中应用了先进的技术手段，其中就包括了微功耗高新技术。涡街流量计能够对于相应的数值就地显示，包括瞬时流量以及累积流量等。当前在很多领域中已经广泛的应用到涡街流量计，常见的就是化工、电力、石油、冶金等领域。为了提升涡街流量计应用的质量，需要做到科学的选型，按照正确的方式进行安装，同时要做到科学的维护，使其功效充分发挥。