淺析智能渦街蒸汽流量計結構設計及發生體標定要求
點擊次數：1442 發布時間：2021-01-07 15:39:39
智能渦街蒸汽流量計是20世紀70年代發展起來的一種新型的流量儀表。智能渦街蒸汽流量計是一種流量測量儀器，主要用于工業管道介質流體的測量，在測量工況體積流量時幾乎不受流體密度、壓力、溫度、粘度等參數影響。因為許多優點，受到用戶的歡迎，發展較快，應用不斷擴大。今天小編主要來介紹一下智能渦街蒸汽流量計功能及特點，希望可以幫助用戶更好的應用產品。一臺完整的智能渦街蒸汽流量計應由表體、發聲體、檢測元件和信號轉換等組成。 本文通過介紹智能渦街蒸汽流量計旋渦發生體的設計、性能及在干標定中的應用，使大家更加了解旋渦發聲體，有利于提高智能渦街蒸汽流量計更好的應用。
通過以上兩個公式可以看出儀表系數k與以下因素有關：
（1） St數只與發生體形狀和雷諾數有關。流體雷諾數在2×104——7×106 范圍內，St可視為常數。
（2）發生體和測量管的幾何尺寸有關。
可以看出，智能渦街蒸汽流量計測量準確的前提是必須保證旋渦發生體的特征寬度（迎流寬度）d不變，下面我們的重點討論一下發生體的性能、作用及應用等。
一、旋渦發生體的性能
用于產生渦街流動的非流線型柱體稱為旋渦發生體，它是產生渦街的核心部件。它的主要功能就是在三維的管流場中，迫使旋渦在其軸間產生同步分離，把三維的管流變成二維的旋渦流。智能渦街蒸汽流量計的流量特性（儀表系數、線性度、范圍度）和阻力特性都與發生體的形狀與幾何參數密切相關。大量實踐證明，一種性能優良的發生體應滿足以下幾方面要求：
1、應有較陡斷（鈍）的截面形狀，具有這種形狀的非流線型柱體，是產生旋渦分離的條件。
2、柱體的兩側具有明顯的棱邊，能控制旋渦在發生體的軸線方向上同步分離，并在較寬的雷諾數范圍內，保持旋渦分離點穩定，這是保持斯特勞哈爾數St恒定的必要條件。
3、它是一根均勻的柱狀體，在柱體的軸線方向上所有的橫截面形狀是相同的，均勻的，對稱的，這是把三維管流轉變成二維的旋渦流的條件。
二、旋渦發生體狀況發生變化而引入的測量誤差
1、發生體銳緣磨損產生的影響
智能渦街蒸汽流量計旋渦發生體的迎流向的兩條棱邊正常情況下是銳利的，但若被測流體中含有固形物，則銳緣很容易被磨損而變成圓弧，雖然流量系數K對邊緣的銳利度變化不像孔板流量計那樣敏感，但由于幾何形狀和尺寸發生了變化，也會引起流量系數的變化，橫河公司對旋渦發生體銳緣變鈍對流量系數的影響做過測試，隨著銳緣半徑的增大，K系數不斷增大，流量示值成正比增加。所以選擇耐磨性優良的材質制造發生體，是改善磨損的積極方法。
2、流體溫度變化對發生體的影響
當溫度變化時，溫度引起金屬材料幾何尺寸發生變化，包括表體、發生體等（特別是測量蒸汽流量時）。由于可能的溫度變化大，所引起的影響是很可觀的，一般需要修正。
3、發生體迎流向堆積產生的影響
當被測流體中存在黏性顆?；驃A雜較多纖維狀物質，則可能會逐漸堆積在旋渦發生體迎流面上，使其幾何形狀和尺寸發生變化，因而流量系數也相應變化，據日本OVal公司工作人員著文透露模擬試驗結果。在該公司三角柱發生體端的堆積物厚度為0.01D時，附加誤差為 -2%，為0.02D時，附加誤差為-3.4%。
三、旋渦發生體是干標定的核心部件
智能渦街蒸汽流量計實流標定會給儀表的生產企業和用戶帶來巨大的工作量和經濟上、能源上的耗費。長期以來，人們期望用一種“干標定”方法來替代繁瑣的實流標定，根據智能渦街蒸汽流量計的特點，實現干標定是非?？赡艿谋厝坏?，因為渦街具有以下三個關鍵原因：
（1）智能渦街蒸汽流量計無可動的部件，穩定性和可靠性較高，是干標定儀表的必備條件。
（2）干標定的核心部件——發生體的幾何形狀簡單，經多年的應用，逐步趨向性能優良的少數幾何發生體。
（3）對渦街流量的儀表系數K的影響量主要是發生體的幾何參數與被測介質物理性質無關。
所以，很多國家都在研究智能渦街蒸汽流量計的干標定，其中日本取得了一些進展，在日本工業標準（JISI8766：2002）中寫了有關智能渦街蒸汽流量計干標定內容，確定的標準發生體是公認性能較好的三角柱形發生體，制定了標準發生體具體尺寸參數（略），下面我們對發生體加工、裝配中產生誤差進行探討，誤差來源主要來源為偏角，對稱度、底部縫隙影響三個方面，通過試驗對他們提出限定范圍，以適應于標定的要求。
（1）偏角是發生體流動方向的軸線與測量管軸線間的夾角，通過在水流試驗中得出數據是偏角達到8時，K系數變化達到6.6%-8.24%。在空氣和水中試驗結果大體相同，即偏角必須控制在2以內。
（2）發生體底部縫隙是指旋渦發生體底部圓弧與表體測量管內壁之間的距離，理想的縫隙為無窮小，但不為零，實際上是做不到的。試驗中發現縫隙的大小不僅影響儀表系數和線性度，當縫隙較大時，甚至使旋渦不能穩定分離，渦街信號不穩定，噪聲很大，經過試驗確定縫隙大小應控制在（0.02+0.01）mm范圍內。
（3）對稱度即發生體的中心軸線偏離測量管中心線的距離。造成發生體不對稱的原因是發生體加工不對稱和表體加工的不對稱，不對稱度對儀表性能的影響主要表現在高流速區域。通過試驗確定發生體的不對稱度應控制在 0.15mm之內。
通過以上對發生體的簡單論述，我們了解到智能渦街蒸汽流量計準確度的保證，發生體是個關鍵原因，只有加工精密，應用合理才能保證智能渦街蒸汽流量計的準確可靠，為我們提供準確的計量數據。
通過以上兩個公式可以看出儀表系數k與以下因素有關：
（1） St數只與發生體形狀和雷諾數有關。流體雷諾數在2×104——7×106 范圍內，St可視為常數。
（2）發生體和測量管的幾何尺寸有關。
可以看出，智能渦街蒸汽流量計測量準確的前提是必須保證旋渦發生體的特征寬度（迎流寬度）d不變，下面我們的重點討論一下發生體的性能、作用及應用等。
一、旋渦發生體的性能
用于產生渦街流動的非流線型柱體稱為旋渦發生體，它是產生渦街的核心部件。它的主要功能就是在三維的管流場中，迫使旋渦在其軸間產生同步分離，把三維的管流變成二維的旋渦流。智能渦街蒸汽流量計的流量特性（儀表系數、線性度、范圍度）和阻力特性都與發生體的形狀與幾何參數密切相關。大量實踐證明，一種性能優良的發生體應滿足以下幾方面要求：
1、應有較陡斷（鈍）的截面形狀，具有這種形狀的非流線型柱體，是產生旋渦分離的條件。
2、柱體的兩側具有明顯的棱邊，能控制旋渦在發生體的軸線方向上同步分離，并在較寬的雷諾數范圍內，保持旋渦分離點穩定，這是保持斯特勞哈爾數St恒定的必要條件。
3、它是一根均勻的柱狀體，在柱體的軸線方向上所有的橫截面形狀是相同的，均勻的，對稱的，這是把三維管流轉變成二維的旋渦流的條件。
二、旋渦發生體狀況發生變化而引入的測量誤差
1、發生體銳緣磨損產生的影響
智能渦街蒸汽流量計旋渦發生體的迎流向的兩條棱邊正常情況下是銳利的，但若被測流體中含有固形物，則銳緣很容易被磨損而變成圓弧，雖然流量系數K對邊緣的銳利度變化不像孔板流量計那樣敏感，但由于幾何形狀和尺寸發生了變化，也會引起流量系數的變化，橫河公司對旋渦發生體銳緣變鈍對流量系數的影響做過測試，隨著銳緣半徑的增大，K系數不斷增大，流量示值成正比增加。所以選擇耐磨性優良的材質制造發生體，是改善磨損的積極方法。
2、流體溫度變化對發生體的影響
當溫度變化時，溫度引起金屬材料幾何尺寸發生變化，包括表體、發生體等（特別是測量蒸汽流量時）。由于可能的溫度變化大，所引起的影響是很可觀的，一般需要修正。
3、發生體迎流向堆積產生的影響
當被測流體中存在黏性顆?；驃A雜較多纖維狀物質，則可能會逐漸堆積在旋渦發生體迎流面上，使其幾何形狀和尺寸發生變化，因而流量系數也相應變化，據日本OVal公司工作人員著文透露模擬試驗結果。在該公司三角柱發生體端的堆積物厚度為0.01D時，附加誤差為 -2%，為0.02D時，附加誤差為-3.4%。
三、旋渦發生體是干標定的核心部件
智能渦街蒸汽流量計實流標定會給儀表的生產企業和用戶帶來巨大的工作量和經濟上、能源上的耗費。長期以來，人們期望用一種“干標定”方法來替代繁瑣的實流標定，根據智能渦街蒸汽流量計的特點，實現干標定是非?？赡艿谋厝坏?，因為渦街具有以下三個關鍵原因：
（1）智能渦街蒸汽流量計無可動的部件，穩定性和可靠性較高，是干標定儀表的必備條件。
（2）干標定的核心部件——發生體的幾何形狀簡單，經多年的應用，逐步趨向性能優良的少數幾何發生體。
（3）對渦街流量的儀表系數K的影響量主要是發生體的幾何參數與被測介質物理性質無關。
所以，很多國家都在研究智能渦街蒸汽流量計的干標定，其中日本取得了一些進展，在日本工業標準（JISI8766：2002）中寫了有關智能渦街蒸汽流量計干標定內容，確定的標準發生體是公認性能較好的三角柱形發生體，制定了標準發生體具體尺寸參數（略），下面我們對發生體加工、裝配中產生誤差進行探討，誤差來源主要來源為偏角，對稱度、底部縫隙影響三個方面，通過試驗對他們提出限定范圍，以適應于標定的要求。
（1）偏角是發生體流動方向的軸線與測量管軸線間的夾角，通過在水流試驗中得出數據是偏角達到8時，K系數變化達到6.6%-8.24%。在空氣和水中試驗結果大體相同，即偏角必須控制在2以內。
（2）發生體底部縫隙是指旋渦發生體底部圓弧與表體測量管內壁之間的距離，理想的縫隙為無窮小，但不為零，實際上是做不到的。試驗中發現縫隙的大小不僅影響儀表系數和線性度，當縫隙較大時，甚至使旋渦不能穩定分離，渦街信號不穩定，噪聲很大，經過試驗確定縫隙大小應控制在（0.02+0.01）mm范圍內。
（3）對稱度即發生體的中心軸線偏離測量管中心線的距離。造成發生體不對稱的原因是發生體加工不對稱和表體加工的不對稱，不對稱度對儀表性能的影響主要表現在高流速區域。通過試驗確定發生體的不對稱度應控制在 0.15mm之內。
通過以上對發生體的簡單論述，我們了解到智能渦街蒸汽流量計準確度的保證，發生體是個關鍵原因，只有加工精密，應用合理才能保證智能渦街蒸汽流量計的準確可靠，為我們提供準確的計量數據。