渦街流量計(jì)旋渦發(fā)生體的設(shè)計(jì)、性能及在干標(biāo)定中的應(yīng)用

上海自動(dòng)化儀表有限公司通過(guò)介紹渦街流量計(jì)旋渦發(fā)生體的設(shè)計(jì)、性能及在干標(biāo)定中的應(yīng)用，使大家更加了解旋渦發(fā)聲體，有利于提高渦街流量計(jì)更好的應(yīng)用。

        渦街流量計(jì)是20世紀(jì)70年代發(fā)展起來(lái)的一種新型的流量?jī)x表。因?yàn)樵S多優(yōu)點(diǎn)，受到用戶(hù)的歡迎，發(fā)展較快，應(yīng)用不斷擴(kuò)大。一臺(tái)完整的渦街流量計(jì)應(yīng)由表體、發(fā)聲體、檢測(cè)元件和信號(hào)轉(zhuǎn)換等組成。首先我們了解一下渦街流量計(jì)的工作原理，根據(jù)卡門(mén)渦街原理，旋渦頻率f與管內(nèi)平均流速有如下關(guān)系：

f=St u/md

式中：

f：旋渦頻率 （Hz）；

St：斯特勞哈爾數(shù)；

u：平均流速 （m/s）；

d：發(fā)生體迎流向的寬度 （m）；

D：測(cè)量管內(nèi)徑 （m）；

渦街流量計(jì)儀表系數(shù)：k=f/qv

k：儀表系數(shù) （p/l）；

Qv：體積流量 （m/s）。

        通過(guò)以上兩個(gè)公式可以看出儀表系數(shù)k與以下因素有關(guān)：

（1） St數(shù)只與發(fā)生體形狀和雷諾數(shù)有關(guān)。流體雷諾數(shù)在2×104——7×106 范圍內(nèi)，St可視為常數(shù)。

（2）發(fā)生體和測(cè)量管的幾何尺寸有關(guān)。

        可以看出，渦街流量計(jì)測(cè)量準(zhǔn)確的前提是必須保證旋渦發(fā)生體的特征寬度（迎流寬度）d不變，下面我們的重點(diǎn)討論一下發(fā)生體的性能、作用及應(yīng)用等。

一、旋渦發(fā)生體的性能

        用于產(chǎn)生渦街流動(dòng)的非流線(xiàn)型柱體稱(chēng)為旋渦發(fā)生體，它是產(chǎn)生渦街的核心部件。它的主要功能就是在三維的管流場(chǎng)中，迫使旋渦在其軸間產(chǎn)生同步分離，把三維的管流變成二維的旋渦流。渦街流量計(jì)的流量特性（儀表系數(shù)、線(xiàn)性度、范圍度）和阻力特性都與發(fā)生體的形狀與幾何參數(shù)密切相關(guān)。大量實(shí)踐證明，一種性能優(yōu)良的發(fā)生體應(yīng)滿(mǎn)足以下幾方面要求：

1 應(yīng)有較陡斷（鈍）的截面形狀，具有這種形狀的非流線(xiàn)型柱體，是產(chǎn)生旋渦分離的條件。

2 柱體的兩側(cè)具有明顯的棱邊，能控制旋渦在發(fā)生體的軸線(xiàn)方向上同步分離，并在較寬的雷諾數(shù)范圍內(nèi)，保持旋渦分離點(diǎn)穩(wěn)定，這是保持斯特勞哈爾數(shù)St恒定的必要條件。

3 它是一根均勻的柱狀體，在柱體的軸線(xiàn)方向上所有的橫截面形狀是相同的，均勻的，對(duì)稱(chēng)的，這是把三維管流轉(zhuǎn)變成二維的旋渦流的條件。

二、旋渦發(fā)生體狀況發(fā)生變化而引入的測(cè)量誤差

1 發(fā)生體銳緣磨損產(chǎn)生的影響

        渦街流量計(jì)旋渦發(fā)生體的迎流向的兩條棱邊正常情況下是銳利的，但若被測(cè)流體中含有固形物，則銳緣很容易被磨損而變成圓弧，雖然流量系數(shù)K對(duì)邊緣的銳利度變化不像孔板流量計(jì)那樣敏感，但由于幾何形狀和尺寸發(fā)生了變化，也會(huì)引起流量系數(shù)的變化，橫河公司對(duì)旋渦發(fā)生體銳緣變鈍對(duì)流量系數(shù)的影響做過(guò)測(cè)試，隨著銳緣半徑的增大，K系數(shù)不斷增大，流量示值成正比增加。所以選擇耐磨性?xún)?yōu)良的材質(zhì)制造發(fā)生體，是改善磨損的積極方法。

2 流體溫度變化對(duì)發(fā)生體的影響

        當(dāng)溫度變化時(shí)，溫度引起金屬材料幾何尺寸發(fā)生變化，包括表體、發(fā)生體等（特別是測(cè)量蒸汽流量時(shí)）。由于可能的溫度變化大，所引起的影響是很可觀(guān)的，一般需要修正。

3 發(fā)生體迎流向堆積產(chǎn)生的影響

        當(dāng)被測(cè)流體中存在黏性顆?；驃A雜較多纖維狀物質(zhì)，則可能會(huì)逐漸堆積在旋渦發(fā)生體迎流面上，使其幾何形狀和尺寸發(fā)生變化，因而流量系數(shù)也相應(yīng)變化，據(jù)日本OVal公司工作人員著文透露模擬試驗(yàn)結(jié)果。在該公司三角柱發(fā)生體端的堆積物厚度為0.01D時(shí)，附加誤差為 -2%，為0.02D時(shí)，附加誤差為-3.4%。

三、旋渦發(fā)生體是干標(biāo)定的核心部件

        流量計(jì)實(shí)流標(biāo)定會(huì)給儀表的生產(chǎn)企業(yè)和用戶(hù)帶來(lái)巨大的工作量和經(jīng)濟(jì)上、能源上的耗費(fèi)。長(zhǎng)期以來(lái)，人們期望用一種“干標(biāo)定”方法來(lái)替代繁瑣的實(shí)流標(biāo)定，根據(jù)渦街流量計(jì)的特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)干標(biāo)定是非常可能的必然的，因?yàn)闇u街具有以下三個(gè)關(guān)鍵原因：

（1）渦街流量計(jì)無(wú)可動(dòng)的部件，穩(wěn)定性和可靠性較高，是干標(biāo)定儀表的必備條件。

（2）干標(biāo)定的核心部件——發(fā)生體的幾何形狀簡(jiǎn)單，經(jīng)多年的應(yīng)用，逐步趨向性能優(yōu)良的少數(shù)幾何發(fā)生體。

（3）對(duì)渦街流量的儀表系數(shù)K的影響量主要是發(fā)生體的幾何參數(shù)與被測(cè)介質(zhì)物理性質(zhì)無(wú)關(guān)。

所以， 很多國(guó)家都在研究渦街流量計(jì)的干標(biāo)定，其中日本取得了一些進(jìn)展，在日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（JISI8766：2002）中寫(xiě)了有關(guān)渦街流量計(jì)干標(biāo)定內(nèi)容，確定的標(biāo)準(zhǔn)發(fā)生體是公認(rèn)性能較好的三角柱形發(fā)生體，制定了標(biāo)準(zhǔn)發(fā)生體具體尺寸參數(shù)（略），下面我們對(duì)發(fā)生體加工、裝配中產(chǎn)生誤差進(jìn)行探討，誤差來(lái)源主要來(lái)源為偏角，對(duì)稱(chēng)度、底部縫隙影響三個(gè)方面，通過(guò)試驗(yàn)對(duì)他們提出限定范圍，以適應(yīng)于標(biāo)定的要求。

（1）偏角是發(fā)生體流動(dòng)方向的軸線(xiàn)與測(cè)量管軸線(xiàn)間的夾角，通過(guò)在水流試驗(yàn)中得出數(shù)據(jù)是偏角達(dá)到8時(shí)，K系數(shù)變化達(dá)到6.6%-8.24%。在空氣和水中試驗(yàn)結(jié)果大體相同，即偏角必須控制在2以?xún)?nèi)。

（2）發(fā)生體底部縫隙是指旋渦發(fā)生體底部圓弧與表體測(cè)量管內(nèi)壁之間的距離，理想的縫隙為無(wú)窮小，但不為零，實(shí)際上是做不到的。試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)縫隙的大小不僅影響儀表系數(shù)和線(xiàn)性度，當(dāng)縫隙較大時(shí)，甚至使旋渦不能穩(wěn)定分離，渦街信號(hào)不穩(wěn)定，噪聲很大，經(jīng)過(guò)試驗(yàn)確定縫隙大小應(yīng)控制在（0.02+0.01）mm范圍內(nèi)。

（3）對(duì)稱(chēng)度即發(fā)生體的中心軸線(xiàn)偏離測(cè)量管中心線(xiàn)的距離。造成發(fā)生體不對(duì)稱(chēng)的原因是發(fā)生體加工不對(duì)稱(chēng)和表體加工的不對(duì)稱(chēng)，不對(duì)稱(chēng)度對(duì)儀表性能的影響主要表現(xiàn)在高流速區(qū)域。通過(guò)試驗(yàn)確定發(fā)生體的不對(duì)稱(chēng)度應(yīng)控制在 0.15mm之內(nèi)。

上海自動(dòng)化儀表有限公司通過(guò)以上對(duì)發(fā)生體的簡(jiǎn)單論述，我們了解到渦街流量計(jì)準(zhǔn)確度的保證，發(fā)生體是個(gè)關(guān)鍵原因，只有加工精密，應(yīng)用合理才能保證渦街流量計(jì)的準(zhǔn)確可靠，為我們提供準(zhǔn)確的計(jì)量數(shù)據(jù)。