蒸汽对涡街流量计计量特性影响分析

通过涡街流量计分别在以水为介质的水流量计量标准装置、以空气为介质的音速喷嘴法气体流量标准装置和以蒸汽为介质的蒸汽流量标准装置进行比对实验，测试了涡街流量计仪表系数和其介质的关系，实验结果表明3种介质条件下仪表系数存在规律性偏差，利用流体力学及卡门涡街原理，结合蒸汽独特的热力学性质，深入分析了蒸汽对涡街流量计计量特性造成计量性能影响的因素，对涡街流量计在3种介质下仪表系数存在规律性偏差实验结论进行了解释和分析，获得了蒸汽和空气流体条件下的计算拟合公式，并提出了系数修正的计算方法。

关键字：蒸汽 涡街流量计 可压缩流体 旋涡发生体 等熵指数 

仪表系数

 

 

 从20世纪80年代起，涡街流量计在流量计量中应用广泛，特别是近几年能源计量不断获得强化，大量被应用于蒸汽流量的计量，由于其压损小、量程比大等特点，部分取代了传统差压式蒸汽流量计。由于缺乏蒸汽实流检测的手段，蒸汽对涡街流量计计量性能的影响，一直缺乏相关的实验数据和理论分析，人们对其蒸汽测量的研究还比较匮乏。目前，国内外对涡街流量计在蒸汽测量上的溯源，普遍采用空气或者水为介质的流量计量标准装置代替蒸汽计量标准装置进行检定或校准，随着人们对涡街流量计的深入研究，不少学者对此种方法提出了质疑，并且在实际蒸汽流量的计量中也碰到过由于检定使用计量标准装置的不同，出现的蒸汽计量纠纷。针对这些问题，笔者在所的蒸汽流量计量标准装置的基础上，利用水、空气、蒸汽3种不同介质流量计量标准装置，开展了涡街流量计的计量特性实验测试，从涡街流量计漩涡产生机理出发，对不同流体介质影响因素进行研究，定量分析了各种流体介质对涡街流量计的计量特性造成影响的因素。

 1 涡街流量计原理

 涡街流量计是根据“卡门涡街”原理成的流体振荡式流量测量仪表。在一定雷诺数范围内旋涡的分离频率与旋涡发生体的几何尺寸、管道的几何尺寸有关，旋涡的频率正比于流量，其结构原理如图1所示。

 

图1 卡门涡街传感器

 涡街流量计所测量的是旋涡发生体两侧的平均速度u1，而反映被测流量的是管道中的平均流速u，它们之间的关系式为

     （1）

 式中：f为旋涡频率，Hz；Sr为斯特劳哈尔数；u1为发生体两侧的平均流速，m/s；d为发生体迎流面的宽度，m；u为被测介质来流的平均流速，m/s；m为旋涡发生体两侧弓形面积与管道横截面面积之比，不可压缩流体中，由于流体密度ρ不变，由连续性方程可获得m=u/u1。

 由此可得体积流量为

     （2）

    （3）

 式中K为涡街流量计的仪表系数，1/m3。

 从式（3）可见，涡街流量计的仪表系数仅与其机械结构和斯特劳哈尔数相关，与来流流量无关。而K又表征着涡街流量计的计量特性，在下文中，重点分析在各种不同流体介质条件下K的变化规律。