漩渦流量計與轉子流量計的比較及應用

在工業生產中，由于流量是一種重要的工藝參數，因此，流量計被廣泛應用。隨著科學技術的不斷發展，不斷有新型流量計出現，漩渦流量計和轉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，發揮著重要作用。但是，由于各自工作原理和結構不同，如果選擇、使用不當，這兩種流量計在實際使用過程中，也會出現一些問題^[1]_。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。

    1 兩種流量計的工作原理

    1.1 轉子流量計

    轉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隙面積來進行測量的體積流量儀表^[2]。

    轉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可自由運動的轉子。有時采用錐形浮子和安裝在金屬管內的孔板相互配合。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，流過轉子與錐形管之間的環隙，再從錐形管上端流出。當流體流過錐形管時，位于錐形管中的轉子受到一個向上的力，使轉子浮起。當這個力正好等于浸沒在流體里的轉子重力（即等于轉子重量減去流體對轉子的浮力）時，則作用在轉子上的上下兩個力達到平衡，此時轉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，作用在轉子上的力就加大，所以轉子就上升。當流體作用在轉子上的力再次等于轉子在流體中的重力時，轉子又穩定在一個新的高度。這樣，轉子在錐形管中的平衡位置的高低與被測介質的流量大小相對應。轉子平衡位置的高低采用磁耦合方式傳遞出來，然后通過放大器轉換成4～20mA輸出，這就是轉子流量計測量流量的基本原理。

    轉子流量計結構簡單、工作可靠、價格低廉、反應快、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，當流體流速超過一定值或介質壓力不穩時，浮子穩定性變差，容易產生振蕩。

    1.2 漩渦流量計

    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，是目前工業控制、能源計量及節能管理中常用的新型流量儀表。

    漩渦流量計是利用有規則的漩渦剝離現象來測量流體流量的儀表。在流體中垂直插入一個非流線型的柱狀物（圓柱或三角柱）作為漩渦發生體，如圖1所示。當雷諾數達到一定數值時，會在柱狀物的下游處產生如圖所示的兩列不對稱但有規律的交替漩渦，該漩渦渦列通常是不穩定的。當兩漩渦渦列之間的距離h和同列的兩漩渦之間的距離L之比滿足h/L=0.281時，所產生的非對稱漩渦列才能達到穩定，像這樣的漩渦渦列稱為卡曼渦列。由圓柱漩渦發生體形成的卡曼漩渦，其單列漩渦產生的頻率為

    式中：f———單列漩渦產生的頻率（H_z）；v———流體平均流速（m/s）；d———圓柱直徑（m）；S_t———斯特勞哈爾系數（當雷諾數R_e=5×10²～1.5×10⁵，S_t=0.2）。

    由（1）式可知，當S_t近似為常數時，漩渦產生的頻率f與流體的平均流速成正比，測得f即可求得體積流量Q。

    漩渦流量計的優點是度高、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，產生誤差^[3]_。

    2 應用實例

    實例1：某公司新上三套流量測量裝置，流量計選用轉子流量計。投用伊始，流量計的轉子就時常出現劇烈振動，導致生產裝置壓力波動、防爆膜炸裂、裝置停車，經濟損失嚴重。為解決這一問題，儀表技術人員對生產工藝及流量計進行了仔細分析和測試，zui終找到了儀表不能正常工作的原因是由于被測介質壓力不穩，導致轉子流量計轉子振蕩。針對這一問題，技術人員決定采用無可動部件的漩渦流量計取代轉子流量計。將改進后的系統投入使用，取得了十分滿意的效果。

    實例2：某公司使用若干臺漩渦流量計測量介質流量，其中兩臺測量值誤差經常比較大。經過仔細分析研究發現，這兩臺流量計附近均有較強振動源，振動源振動導致漩渦流量計的漩渦檢測傳感器產生誤測。消除振動源后，流量計恢復正常工作。

    3 結論

    從對這兩種流量計工作原理的分析以及生產實踐得出結論：

    （1）如果被測介質壓力不穩或流速較快，在選擇流量計時盡量選擇無可動部件的流量儀表，如轉子流量計，以免產生振蕩，損壞儀表，影響生產。（2）對于管路振動較嚴重的場合，應盡可能避免使用漩渦流量計。