涡街流量计（Vortex Flowmeter）是一种基于卡门涡街原理的速度式流量测量仪表。它通过检测流体流过旋涡发生体时产生的旋涡频率来计算流量，可用于测量气体、蒸汽和低粘度液体的体积流量。
涡街流量计具有结构简单、无可动部件、可靠性高、维护量小、量程比宽、压力损失小等优点，广泛应用于石油、化工、电力、冶金、轻工、食品、制药、造纸、水处理等行业，被称为工业流量测量的"多面手"。
卡门涡街是流体力学中的经典现象。当稳定流动的流体遇到一个非流线型的阻流体时，由于边界层分离效应，会在阻流体的下游两侧交替地、周期性地产生旋转方向相反、排列规则的双列旋涡。这些旋涡交错排列，形态类似街道两旁的街灯，因此被称为"涡街"。
1878年，捷克物理学家斯特劳哈尔发现了圆管尾流中旋涡发放频率与流速成正比的规律，即斯特劳哈尔定律。1908年，法国物理学家贝纳德观察到圆柱体后方的规则旋涡。1911年，力学家冯·卡门从数学上证明了涡街的稳定条件——两列旋涡的间距与同列相邻旋涡的间距之比约为0.281，这一现象被正式命名为"卡门涡街"。
涡街流量计的测量基于旋涡脱落频率与流体流速成正比的关系。数学表达式为：f = St × V / d
其中：
f：旋涡脱落频率（Hz）
St：斯特劳哈尔数，无量纲系数
V：流体平均流速（m/s）
d：旋涡发生体迎流面宽度（m）
斯特劳哈尔数St主要取决于旋涡发生体形状和雷诺数。在一定雷诺数范围内（约2×10⁴ ~ 7×10⁶），St基本保持恒定（约0.2左右），这是涡街流量计精确测量的前提。
知道流速V后，乘以管道截面积A得到体积流量Q = V × A。实际应用中，通过实流标定确定仪表系数K，则流量计算简化为：Q = f / K。
仪表系数K是涡街流量计的重要参数，表示每单位体积流体通过时输出的脉冲信号个数，由厂家通过实流标定确定。涡街流量计输出与流量成正比的脉冲频率信号，抗干扰能力强，适合远距离传输和积算。
涡街流量计主要由表体、旋涡发生体、检测元件和信号转换器四大部分组成。
表体：是流量计的承压壳体，提供流体通道和管道连接接口，常见连接方式有法兰式、夹持式、插入式等。
旋涡发生体：垂直安装在流道中央，是产生稳定卡门涡街的核心部件。常见形状有三角柱形、矩形、梯形、T形等，其中三角柱形应用较为广泛。
检测元件：用于捕捉旋涡脱落产生的信号并转换为电信号。
信号转换器：又称变送器，负责对微弱信号进行放大、整形、滤波处理，计算瞬时流量和累积流量，并提供显示、输出和通讯功能。
压电式检测是目前应用广泛的涡街信号检测方式，利用压电晶体的正压电效应工作。压电元件通常封装在旋涡发生体内部或安装在尾流区，旋涡交替脱落时产生周期性交变作用力，压电元件感受变化并输出同频率的电荷信号。
优点：灵敏度高，能检测较弱的旋涡信号；响应速度快；技术成熟，可靠性高；成本相对较低。
缺点：对机械振动敏感，管道振动可能产生干扰信号；高温下压电晶体性能下降；需要专用电荷放大器。
为提高抗振性能，许多产品采用双压电晶体差分检测技术，利用两个压电元件对振动的同相响应和对涡街的反相响应特性，通过差分运算抵消振动干扰。
电容式检测通过检测电容值变化获得旋涡信号。通常有固定极板和可动极板，旋涡产生交变升力使可动元件产生微位移时，电容值发生周期性变化。
优点：抗振动性能优于压电式；耐高温性能好，适用于高温蒸汽测量；灵敏度较高；功耗较低。
缺点：信号处理电路复杂；易受分布电容和电磁干扰影响；加工和装配精度要求高；成本相对较高。
除压电式和电容式外，还有超声式、热敏式等多种检测方式。超声式利用超声波穿过旋涡尾流时的相位偏移或幅值变化检测频率，传感器不接触介质，可用于腐蚀性介质测量。热敏式利用旋涡扫过热敏元件时的热交换变化检测频率，灵敏度高，适合低流速测量。不同检测方式各有特点，适用于不同工况。
结构简单可靠：无可动部件，可靠性高，长期运行稳定。
维护量小：没有磨损件，日常维护工作量小，长期使用成本低。
量程比宽：通常可达10:1~25:1，覆盖范围较广。
不受介质物性影响：工况体积流量基本不受流体密度、粘度、压力等参数影响。
压力损失小：相比孔板等差压式流量计，压力损失较小，更节能。
脉冲输出：输出脉冲频率信号，与流量成正比，线性度好，适合积算。
适用介质多：可测气体、蒸汽、低粘度液体，一机多用。
从测量原理公式f = St × V / d可以看出，旋涡频率仅与斯特劳哈尔数St、流速V和发生体宽度d有关，与介质密度、粘度等参数没有直接关系。当雷诺数在有效范围内时，St基本保持恒定，不随介质物性而变。因此只要流速相同，无论介质是水、油还是空气，产生的旋涡频率都相同。这意味着同一台涡街流量计可以测量不同介质，不需要重新标定。
需要说明的是，"不受介质物性影响"是有前提的：一是雷诺数必须在有效范围内；二是针对工况体积流量，测质量流量或标准体积流量仍需温压补偿；三是检测灵敏度可能受影响，不同介质产生的信号强度不同。
对直管段要求高：需要足够直管段保证流场充分发展，否则影响测量精度。
对振动敏感：管道振动会干扰测量，特别是压电式检测的仪表。
不适合高粘度流体：高粘度液体会影响旋涡形成，降低测量精度。
不适合极低流速：雷诺数太低时，斯特劳哈尔数不是常数，误差增大。
气体蒸汽测量需补偿：测质量流量或标准体积流量时，需要温压补偿。
含颗粒介质需注意：含固体颗粒的介质会磨损发生体，影响精度。
雷诺数是表征流体流动状态的无量纲数，反映惯性力与粘性力的比值。对于管道内流动，雷诺数计算公式为：Re = ρ × V × D / μ。
一般来说，Re < 2300为层流状态，2300 < Re < 4000为过渡状态，Re > 4000为湍流状态。
雷诺数对涡街流量计工作性能有决定性影响。雷诺数过低时，边界层分离不充分，旋涡脱落不稳定，测量误差增大甚至无法工作。只有在一定雷诺数范围内，斯特劳哈尔数才近似为常数。每台涡街流量计的最小可测流量主要由下限雷诺数决定。
一般涡街流量计的有效雷诺数范围约为：下限5×10³ ~ 2×10⁴，上限约7×10⁶。在此范围内，斯特劳哈尔数基本恒定，仪表线性度好，测量精度有保障。
选型时必须进行雷诺数验算，确保工作雷诺数落在有效范围内。若最小雷诺数低于仪表下限，可考虑缩小仪表口径提高流速，或选用下限雷诺数更低的型号。
直管段长度是影响涡街流量计测量精度的重要因素。涡街流量计需要均匀、无旋、稳定的来流条件才能保证测量精度。一般要求上游直管段10~20D，下游至少5D。
不同扰流源的直管段要求不同：一个90°弯头需上游10D、下游5D；同一平面两个90°弯头需上游20D、下游5D；不同平面两个90°弯头需上游25D、下游5D；调节阀需上游20~30D、下游5D。直管段不足可加装流动整流器。
管道振动是影响涡街流量计测量的重要因素，尤其是压电式。振动会产生干扰信号，导致流量显示波动增大、测量误差增大等问题。减振措施包括：选择抗振性能好的电容式、远离振动源安装、加装减振管段或减振垫、采用固定支架加固管道等。
安装质量也会影响测量精度，主要包括管道与仪表不同心、垫片凸入管道内、密封不良造成泄漏、方向装反等。安装时应确保管道与仪表同心，垫片不得凸入管道内部，安装方向应与流体方向一致。
涡街流量计设计用于单相流体测量，如果介质中含有气泡或固体颗粒，会影响旋涡的形成和检测，导致测量误差增大。对于含少量气泡或颗粒的介质，应选择合适的检测方式和安装位置。
涡街流量计应用广泛，主要包括以下几个领域：
蒸汽计量：是蒸汽流量测量的常用选择，广泛应用于热电厂、换热站、化工厂的饱和蒸汽和过热蒸汽测量。
压缩空气测量：常用于空压机出口和车间用气的流量监测，帮助识别泄漏，节能降耗，进行成本分摊。
化工石化：用于各种工艺气体和低粘度液体的流量测量，如氮气、氧气、氢气、轻烃类等。防爆型仪表可在危险区域使用。
水处理：用于曝气系统的空气流量测量、加药系统的流量监测等。特别是污水处理的曝气环节，准确的空气流量控制对处理效果和能耗都很重要。
电力行业：用于一次风、二次风、烟气、冷却循环水等介质的流量测量，是电厂热工测量的重要仪表之一。
此外还应用于冶金、轻工、食品、制药、造纸等行业。
确认介质类型和特性，包括成分、腐蚀性、含杂质情况等
确定流量范围，确保常用流量在仪表最佳测量区间内
确认管道参数：口径、压力等级、连接方式等
根据精度要求选择合适的精度等级
评估安装条件：直管段长度、振动情况、安装空间等
考虑环境条件：温度、湿度、防爆要求等
选择合适的输出方式和通信协议
进行雷诺数验算，确保工作在有效范围内
保证足够直管段：上游10~20D，下游至少5D，不足时可加装整流器
避开振动源：远离泵、压缩机、风机等振动源，必要时采取减振措施
选择合适安装位置和方向，保证满管测量
确保管道与仪表同心，垫片不得凸入管道内部
避开强电磁干扰源
测量气体或蒸汽质量流量时，需配置温压补偿
高温介质应考虑仪表耐温性能
涡街流量计作为成熟的速度式流量计，凭借结构简单、适用介质多、维护方便等优点，在工业流量测量中占据重要地位。它既能测气体，又能测蒸汽和低粘度液体，是名副其实的流量测量"多面手"。
当然，每种流量计都有适用范围和局限性，涡街流量计也不例外。选型和使用时，需充分了解工况条件，合理选择，正确安装，才能充分发挥其性能，获得准确可靠的测量结果。
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更新时间：2026-06-30 
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