摘要：通过对煤矿管道瓦斯抽放中几种管道流量计的比较，涡街流量计是煤矿瓦斯抽放管道流量测量的理想仪表。而在小流量测量和管道周围存在周期振动的场合，涡街流量计显示出一定得不足。通过大量理论研究，本文设计出适合在煤矿瓦斯抽放管路中使用的新型涡街流量计。

　　关键字：涡街，瓦斯抽放，流量计

　　中图分类号：TD713.2 文献标识码：A

　　Abstract: By comparing several piping flowmeters, vortex flowmeter is the ideal instrument using in measuring gas drainage. However, it has bad performance where the low flow rate is measured or the pipe vibrates periodically. The author made great effert in theoretical study and design a new vortex flowmeter suiting to use in gas drainage pipe.

　　Keyword: Vortex; Gas Drainage; Flowmeter

　　1 引言

　　目前，我国煤矿瓦斯抽放管路流量的测定方法主要有孔板流量测定法、均速管流量测定法、皮托管流量测定法等。而瓦斯抽放管道内流量的测量普遍采用孔板流量计法，孔板流量计虽然测量精度高，但由于其采用的原理是节流原理，人为的减小了抽放管道的直径，从而大大的增加阻力而影响抽放效果。涡街流量计因其介质适应性强、无可动部件，结构简单，可靠性高，压力损失小等诸多优点，在许多行业得到广泛的应用。而在小流量测量和存在管道周期振动的场合，涡街流量计显示出了诸多的不足，涡街信号的信噪比很低，导致了有用信号几乎完全被埋没，使得涡街流量计的广泛应用受到了很大的障碍。

　　2 涡街流量计的测量原理及信号处理方法

　　2.1 涡街流量计的测量原理

涡街流量计实现流量测量的理论基础是流体力学中著名的“卡曼涡街”原理。在流动的流体中放置一根其轴线与流向垂直的非流线型柱形体，称之为旋涡发生体。当流体沿旋涡发生体绕流时，会在旋涡发生体下游产生两列不对称但有规律的交替旋涡列，这就是所谓的卡曼涡街。大量实验证明：在一定雷诺数范围内，稳定的旋涡发生频率与流经旋涡发生体两侧的平均流速之间的关系可表示为：

(1)

(2)

式中，——旋涡频率，Hz;

——斯特劳哈尔数，对一定形状的旋涡发生体在一定雷诺数范围内为无量纲常数;

——旋涡发生体两侧的平均流速，m/s;

——旋涡发生体迎流面的宽度，m;

——管道内的平均流速，m/s;

——旋涡发生体两侧弓形流通面积之和与管道的横截面积之比;

——管道内径;m。

由于交替地作用在旋涡发生体上升力的频率就是旋涡的脱落频率，通过压电探头对升力变化频率的检测，即可得到，再由式(2-2)可得体积流量为：

(3)

(4)

式中：——体积流量，m3/s;

——涡街流量计的仪表系数，m-3。

由式(4)和式(5)可以看出，利用涡街流量计测量流体的体积流量，主要是通过测量涡街频率来实现的。而涡街频率只与流速和发生体的几何参数(形状和几何尺寸)有关，而与被测流体的特性和组分无关[1]。

　　2.2 信号处理方法

由于煤矿生产环境干扰多，振动大，本文采用的传感器为“三线共地型”压电探头，其输出信号分为两路，一路是包含涡街信号和振动信号的复合信号，另一路是振动信号。在有振动的工作环境下，压电探头复合检测压电元件输出信号和振动检测压电元件输出信号分别为：

(5)

(6)

其中，，，分别表示涡街信号，振动信号，复合检测探头受到的随机干扰信号，表示振动检测探头受到的随机干扰信号。

为了将真实的涡街信号检测出来，本文使用差分陷波原理[63]来对输出的信号进行分析处理。

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