漩涡流量计与转子流量计的比较及应用

在工业生产中，由于流量是一种重要的工艺参数，因此，流量计被广泛应用。随着科学技术的不断发展，不断有新型流量计出现，漩涡流量计和转子流量计就是其中的两种。这两种流量计在流量测量中占有较大比重，发挥着重要作用。但是，由于各自工作原理和结构不同，
在工业生产中，由于流量是一种重要的工艺参数，因此，流量计被广泛应用。随着科学技术的不断发展，不断有新型流量计出现，漩涡流量计和转子流量计就是其中的两种。这两种流量计在流量测量中占有较大比重，发挥着重要作用。但是，由于各自工作原理和结构不同，如果选择、使用不当，这两种流量计在实际使用过程中，也会出现一些问题[1]。下面从工作原理和使用两个方面对这两种流量计进行分析、比较。

    1 两种流量计的工作原理

    1.1 转子流量计

     转子流量计又称浮子流量计，是以浮子在垂直锥形管中随着流量变化而升降，改变它们之间形成的流通环隙面积来进行测量的体积流量仪表[2]。

     转子流量计测量部分基本上由两个部分组成，一个是由下往上逐渐扩大的锥形管；另一个是放在锥形管内可自由运动的转子。有时采用锥形浮子和安装在金属管内的孔板相互配合。工作时，被测流体（气体或液体）由锥形管下端进入，沿锥形管向上运动，流过转子与锥形管之间的环隙，再从锥形管上端流出。当流体流过锥形管时，位于锥形管中的转子受到一个向上的力，使转子浮起。当这个力正好等于浸没在流体里的转子重力（即等于转子重量减去流体对转子的浮力）时，则作用在转子上的上下两个力达到平衡，此时转子就停浮在一定的高度上。假如被测流体的流量突然由小变大，作用在转子上的力就加大，所以转子就上升。当流体作用在转子上的力再次等于转子在流体中的重力时，转子又稳定在一个新的高度。这样，转子在锥形管中的平衡位置的高低与被测介质的流量大小相对应。转子平衡位置的高低采用磁耦合方式传递出来，然后通过放大器转换成4～20mA输出，这就是转子流量计测量流量的基本原理。

     转子流量计结构简单、工作可靠、价格低廉、反应快、使用维护方便。主要适用于中小管径、低流速和较低雷诺数的单相液体或气体的中小流量测量。缺点是由于其浮子为可动部件，当流体流速超过一定值或介质压力不稳时，浮子稳定性变差，容易产生振荡。

    1.2 漩涡流量计

      漩涡流量计又称涡街流量计。它可以用来测量各种管道中的液体、气体、蒸汽的流量，是目前工业控制、能源计量及节能管理中常用的新型流量仪表。

      漩涡流量计是利用有规则的漩涡剥离现象来测量流体流量的仪表。在流体中垂直插入一个非流线型的柱状物（圆柱或三角柱）作为漩涡发生体，如图1所示。当雷诺数达到一定数值时，会在柱状物的下游处产生如图所示的两列不对称但有规律的交替漩涡，该漩涡涡列通常是不稳定的。当两漩涡涡列之间的距离h和同列的两漩涡之间的距离L之比满足h/L=0.281时，所产生的非对称漩涡列才能达到稳定，像这样的漩涡涡列称为卡曼涡列。由圆柱漩涡发生体形成的卡曼漩涡，其单列漩涡产生的频率为



    式中：f———单列漩涡产生的频率（Hz）；v———流体平均流速（m/s）；d———圆柱直径（m）；St———斯特劳哈尔系数（当雷诺数Re=5×102～1.5×105，St=0.2）。

    由（1）式可知，当St近似为常数时，漩涡产生的频率f与流体的平均流速成正比，测得f即可求得体积流量Q。

     漩涡流量计的优点是精确度高、测量范围宽、没有运动部件、无机械磨损、维护方便、压力损失小、节能效果明显，缺点是其中的漩涡频率检测传感器容易受周围其他振源的影响，产生误差[3]。

    2 应用实例

     实例1：某公司新上三套流量测量装置，流量计选用转子流量计。投用伊始，流量计的转子就时常出现剧烈振动，导致生产装置压力波动、防爆膜炸裂、装置停车，经济损失严重。为解决这一问题，仪表技术人员对生产工艺及流量计进行了仔细分析和测试，*终找到了仪表不能正常工作的原因是由于被测介质压力不稳，导致转子流量计转子振荡。针对这一问题，技术人员决定采用无可动部件的漩涡流量计取代转子流量计。将改进后的系统投入使用，取得了十分满意的效果。

     实例2：某公司使用若干台漩涡流量计测量介质流量，其中两台测量值误差经常比较大。经过仔细分析研究发现，这两台流量计附近均有较强振动源，振动源振动导致漩涡流量计的漩涡检测传感器产生误测。消除振动源后，流量计恢复正常工作。

    3 结论

    从对这两种流量计工作原理的分析以及生产实践得出结论：

    （1）如果被测介质压力不稳或流速较快，在选择流量计时尽量选择无可动部件的流量仪表，如转子流量计，以免产生振荡，损坏仪表，影响生产。（2）对于管路振动较严重的场合，应尽可能避免使用漩涡流量计。