на чем основана работа вихревых расходомеров
Вихревой расходомер газа и пара
Вихревой расходомер — это стандартный расходомер, в основе работы которого лежит измерение скорости движения потока. Этим расходомерами можно измерять расход потока таких сред, как пар или газ с твердыми частицами во взвешенном состоянии. В конструкции вихревых расходомеров отсутствуют подшипники или двигающиеся рабочие детали, которые могут повреждаться из-за попадания твердых частиц.
Схема вихревого расходомера
Принцип работы вихревого расходомера
Как не трудно догадаться, название вихревой расходомер происходит от слова вихрь. Вихревое движение или движение с завихрениями возникает тогда, когда на пути движущегося потока помещают какой-либо объект. То, как часто формируются завихрения зависит непосредственно от скорости потока. Другими словами, чем выше скорость потока движущейся среды, тем больше количество завихрений, формирующихся за определенный промежуток времени.
Пример потока с завихрениями
Для того, чтобы получить завихрения, в центре расходомера помещают плохообтекаемый предмет, называемый турбулизатором потока. Форма типовых турбулизаторов потока обычно треугольная.
Поток обходит острые выступы турбулизатора, формируя завихрения. Область низкого давления, образующаяся в центре каждого завихрения, способствует дальнейшему созданию силового напряжения, воспринимаемого турбулизатором. До формирования первого завихрения давление по обе стороны турбулизатора одинаково, но в результате формирования завихрения с одной стороны турбулизатора образуется область низкого давления, а наличие областей низкого и высокого давления в месте установки турбулизатора приводит к появлению режима перепада давления. В результате режима перепада давления турбулизатор потока оказывается под воздействием силового напряжения то с одной, то с другой стороны, в соответствии с переменной последовательностью формирования завихрений. Другими словами, нагрузка или напряжение воспринимается турбулизатором потока то с одной, то, с другой стороны.
Переменное чередование завихрений
В вихревом расходомере имеются датчики, которые реагируют на это напряжение, считывая любое отклонение турбулизатора в результате воздействия завихрений. Выходной сигнал датчиков — это сигнал небольшого напряжения, который представляет собой частоту формирования завихрений, чья величина прямо пропорциональна расходу потока. Сигнал напряжения передается на другое устройство со стрелкой или каким-либо другим визуальным индикатором, который выдает показания расхода потока жидкости, газа или пара, проходящих через расходомер.
Вихревые расходомеры: принцип работы, применение
Современные вихревые расходомеры превосходят по характеристикам и возможностям своих предшественников, которые использовали большие тела обтекания, блокирующие 43% площади поперечного сечения трубы. В конструкции современных ультразвуковых расходомеров используются тела обтекания малого диаметра для получения большей амплитуды перемещения. В результате этого, значительно улучшены характеристики потери давления в системе и динамический диапазон прибора.
Содержание статьи
Назначение и области применения
Вихревые расходомеры-счетчики предназначены для измерения объемного и массового расхода жидкостей, газов и пара. Расходомеры состоят из блока электроники и первичного преобразователя. Блок выполнен в виде цилиндрического корпуса с отсеками для смотрового окна и разъемов. На корпусе расположены кабельные вводы и переходник для преобразователя. Применяются расходомеры для измерения и учёта расхода веществ технологических процессов в промышленности и коммунальном хозяйстве.
Правильный выбор датчиков напрямую влияет на финальный результат производственного круговорота, поэтому электронные расходомеры являются одним из важнейших звеньев цепи технического процесса. Вихревые расходомеры – это одни из самых востребованных на отечественном рынке приборов для учёта расхода веществ. Свою популярность они заслужили благодаря надёжности, простоте в эксплуатации, высокой точности измерений и, что немаловажно, своей доступности. История вихревых расходомеров начинается в 60х годах двадцатого века, но современные датчики сделали огромный шаг вперёд по сравнению со своими предками.
Что же такое вихревой расходомер и какой принцип действия к содержанию
Это изменение несущей доступно для измерения и смещается пропорционально количеству образовавшихся вихрей. Цифровая обработка сигналов позволяет определить число вихрей. Эта величина преобразуется в скорость потока. Программа преобразует скорость в объемный расход в единицах измерения, выбранных оператором. В вихревых расходомерах компании используется самые маленькие тела обтекания среди расходомеров такого типа, которые обеспечивают высокую чувствительность, исключительную работоспособность при очень низких расходах. Большой динамический диапазон и низкие потери давления. При использовании встроенного термометра сопротивления и внешнего датчика давления программное обеспечение расходомера позволит скомпенсировать изменения давления и температуры для точного измерения массового расхода (расходомеры газов).
Для усиления выходного сигнала в некоторых расходомерах устанавливают несколько обтекаемых тел. Сами же тела могут иметь различные формы, например, треугольную или круглую. Одним из важнейших достоинств такого типа расходомеров является отсутствие каких-либо движущихся частей, что несомненно оказывает положительное влияние на срок службы прибора. Это одни из самых долговечных и неприхотливых приборов.
Подтипы вихревых расходомеров к содержанию
Все вихревые расходомеры можно разделить на три группы по типу преобразователей.
Плюсы и минусы вихревых расходомеров к содержанию
Подводя итог стоит отметить плюсы и минусы вихревых расходомеров, тезисно обобщим всё о расходомеров этого типа. Вихревые расходомеры применяются для измерения объёмного и массового расхода любых жидких и газообразных сред. Приборы хорошо справляются со своими обязанностями при температурах среды до 500 градусов Цельсия и давлении до 30Мпа. Это универсальные по всем своим параметрам расходомеры, подходящие практически для любого промышленного предприятия, где нужен точный учёт расхода жидких и газообразных веществ от воды до углеводородов.
Плюсы
Минусы
Ну и недостатками данный прибор не обделён: обладает большой чувствительностью к вибрациям, так же при измерениях требуется значительная скорость потока, ограничение по диаметру труб не более 300мм и менее 150мм и отмечаются просадки по давлению.
Принцип работы вихревого расходомера
Энергетическая промышленность использует для подсчета добычи и расхода ресурсов различные счетчики. Одним из таких устройств является вихревой расходомер. Статья подробно описывает принцип действия этого устройства, разновидности, области применения.
Физические принципы
Вихревые расходомеры используется в качестве устройств для подсчета объемов расхода пара, жидкости, газа. Сконструирован вихревой расходомер с использованием принципа Кармана. Данный принцип основан на физическом законе обтекания и завихрения газов. Согласно ему, если газ движется при определенном давлении и обтекает плохо обтекаемые предметы, то за этими предметами создаются вихри. В зависимости от величины проходящего давления, вихри образуют области повышенного и пониженного давления.
В данном принципе основополагающую роль имеет давление проходящего газа. Низкому давлению свойственна низкая скорость перемещения в пространстве. В такой ситуации, за плохо обтекаемыми предметами не может образоваться вихрь. В этом случае недостаточная скорость перемещения является ламинарной. Высокое давление образует большую скорость, а значит среду для вихревого образования. Такая скорость считается турбулентной. Скорость потока газа или пара является безразмерной величиной. Но ее рассчитывают, для того, чтобы создать возможности для увеличения давления до турбулентных скоростей. Для этого берется значение Рейнольдса или Re. Согласно этому значению, турбулентная скорость начинает находится в пределах 1000–2500Re.
Для работы вихревых расходомеров используется еще одна неизменная величина.
Это число Струхаля или Sh. Данная величина определяет постоянство колебаний газа при прохождении в средах с геометрическим размером сечений, иными словами по трубам. Согласно величине Sh, при скоростях движения газа от 20 тысяч до 7 миллионов Re, число Струхаля неизменно. Этот эффект дает возможность при постоянной скорости производить наиболее устойчивые завихрения, а значит производить самые точные подсчеты.
Конструкция
Вихревой расходомер представляет собой полую трубу, в которую заключены несколько предметов с острыми краями. В эту трубу опущен пьезосенсор, который передает импульсы на электронный блок управления. Блок преобразует импульсы в энергию или числовое значение. Значение выводится на экран или вращает шестерни счетчика.
Принцип работы
Чтобы точно описать вихревой расходомер, необходимо знать принцип его действия. Газ проходя по трубе под высоким давлением, сталкивается с несколькими телами обтекания. За счет скорости движения и острых краев тел обтекания, за ними образуются завихрения текущего газа. Завихрения происходят под определенным давлением. Это давление приводит в действие пьезосенсор. При колебании пьезосенсора образуются электрические импульсы, которые перенаправляются на блок управления для расчета. Расчет выводится на экран.
Сенсоры
Основой для создания и передачи импульсов вихревого расходомера является сенсор. Эти устройства бывают следующих типов:
От сенсора зависит точность получаемых и преобразованных данных.
Разновидности
Вихревые расходомеры сложное устройство. Существует несколько разновидностей этого прибора:
Все эти разновидности расходомеров используются в современной промышленности, для точного расхода потребляемой энергии.
Сфера применения
Вихревой расходомер используется в различных сферах промышленности и производства. Выбор устройства зависит от газа, пара, жидкости, их смесей и степени опасности при перегоне. Из основных можно выделить:
Расходомеры простой конструкции подходят для прогона газов и жидкостей с высокой степенью вязкости. Могут использоваться расходомеры с круглым, обтекаемым телом, в зависимости от давления, с которым поступает вязкая масса.
Преимущества и недостатки устройств
Вихревой расходомер используется в промышленности очень давно. За это время его не смогли заменить более совершенным оборудованием. Данные приборы имеют ряд следующих преимуществ:
Подобные плюсы делают использование расходомеров финансово экономичным.
Не лишены устройства своих минусов. Они главным образом связаны с регламентом и требованиями к их установке.
Подобные минусы не могут стать причиной отказа от использования вихревого расходомера.
Заключение
Промышленность всегда ищет максимально простые, дешевые и функциональные устройства и приборы. Вихревой расходомер относится именно к таким устройствам. При всей своей простоте, он максимально надежен, прост в эксплуатации и может быть использован для коммерческого расчета на основе точных данных.
Видео по теме
Принцип действия вихревого расходомера
За телом обтекания вихревого расходомера расположен датчик скорости, который фиксирует прохождение вихрей. Считая количество вихрей, проходящих мимо датчика скорости в единицу времени(частоту), вычислитель вихревого расходомера определяет полный объем рабочей среды.
Измерение частоты вихрей
Сенсор скорости вихревого расходомера включает в себя пьезоэлектрический элемент,измеряющий частоту вихрей. При образовании вихря на пьезодатчик действует деформирующая сила, которая преобразуется в электрический сигнал. Частота этого переменного сигнала пропорцилнальна частоте образовавшихся вихрей. Для чисел Рейнолдса более 5000 коэффициент пропорциональности между частотой образовавшихся вихрей и скоростью потока рабочей среды практически не зависит от числа Рейнолдса. По этой причине вихревые расходомеры с хорошей точностью измеряют скорость потока независимо от типа среды. Линейность сигнала вихревого расходомера является преимуществом.
Рабочая среда
Это может быть газ, жидкость или пар. Важно, чтобы среда была однофазной.
Преимущества вихревого расходомера
Линейность, вытекающая из принципа действия вихревого расходомера, большой динамический диапазон, надежность, простота.
Особенности вихревого расходомера Сьерра
Вихревые расходомеры Innova-Mass 240/241 могут быть снабжены датчиками давления и температуры.
Измерение температуры
В вихревых расходомерах Innova-Mass 240/241 используется платиновый терморезистор на 1000 Ом для измерения температуры.
Многопараметрический вихревой расходомер
В вихревых расходомерах Innova-Mass 240 или 241 возможны следующие опции:
VT— датчики скорости и температуры
На чем основана работа вихревых расходомеров
Принцип действия вихревого расходомера
Установлено, что при значениях числа Рейнольдса от 20 000 до 7 000 000 число Струхаля Sh практически неизменно. Благодаря этому эффекту частота вихрей зависит от скорости потока линейно с постоянным коэффициентом преобразования, который не зависит от вязкости и плотности измеряемого вещества и одинаков для всех типов сред. Это свойство и легло в основу принципа действия вихревых расходомеров.
Область применения вихревых расходомеров
Благодаря своим преимуществам и особенностям принципа действия вихревые расходомеры могут применяться для измерения параметров расхода и дополнительных параметров различных сред, например пар, сжатый воздух, вода, различные промышленные газы (включая природный) и их смеси. Далее рассмотрим по отдельности 3 наиболее популярных вещества, расход которых измеряют вихревыми расходомерами.
Перегретый и насыщенный пар
Особенность данной среды – высокие, близкие к экстремальным параметры давления и температуры. Вместе с полезной средой (паром) по паропроводу перемещаются механические частицы накипи, продуктов коррозии, а также конденсат. В связи с этим реально работать в качестве расходомера в таких условиях способны только вихревые и расходомеры с сужающим устройством. Вихревые расходомеры обладают более высокой точностью и более широким динамическим диапазоном измерений, а более длительный межповерочный интервал позволит сэкономить на эксплуатационных расходах. Расходомеры вихревого принципа действия могут применяться для измерения пара с параметрами:
Природный газ
Возможность применения вихревых расходомеров для учета (в том числе коммерческого) природного газа обусловлена сочетанием их преимуществ: возможность обеспечения точности измерений до 1%, наличие методики беспроливной поверки, в том числе без демонтажа датчика с трубопровода, а значит без остановки подачи газа, более длительный межповерочный интервал. Недостатки принципа измерения вихревых расходомеров, например, чувствительность к вибрациям решаются путем применения алгоритмов цифровой обработки сигналов первичных датчиков, спектрального анализа, применением тела обтекания специальной сложной формы, взаимным расположением тела обтекания и сенсоров давления и т.д. В сочетании с высокой надежностью эти преимущества позволяют строить узлы коммерческого учета с существенной экономией затрат денежных средств на эксплуатацию комплекса.
Сжатый воздух
Узлы учета сжатого воздуха устанавливаются чаще всего для оценки энергозатрат на работу какой-либо технологической установки. В потоке сжатого воздуха всегда присутствуют как механические примеси, так и жидкие фракции – влага, масло и т.д. Применение вихревых расходомеров благодаря их надежности и неприхотливости для учета в таких условиях позволяет не устанавливать фильтры, осушители и уловители для очистки измеряемой среды, что снижает общие затраты на внедрение измерительного комплекса и его дальнейшую эксплуатацию.
Промышленные газы с различными параметрами
Отсутствие подвижных элементов в конструкции вихревого расходомера позволяет аттестовать приборы на соответствие уровню взрывозащиты 1ExibIIC, что делает возможным их применение для измерения взрывоопасных газов – кислород, водород, углеводороды и т.д. Также имеется возможность устанавливать расходомеры вихревого принципа действия на узлы учета аммиака, углекислоты и других технологических газов.
Конструкция вихревого счетчика-расходомера
Сигналы от всех датчиков поступают в блок обработки, где осуществляется преобразование аналоговых сигналов в цифровые с требуемой точностью, их цифровая фильтрация и спектральный анализ. На основании полученной информации измеряются как основные параметры – объемный расход, скорость потока, так и расширенные – массовый расход, температура, давление, плотность. Далее данные передается на блок вычислителя, где они снабжаются метками времени и архивируются. С помощью программного обеспечения верхнего уровня по интерфейсам связи: цифровому, токовая петля, импульсный выход могут быть собраны как архивные данные с требуемым интервалом усреднения, так и текущие значения мгновенного расхода, температуры, давления. Несколько счетчиков, установленных на распределительной сети предприятия, можно объединить в автоматизированную систему и получать оперативную информацию по расходу энергоресурсов различными производственными подразделениями, сводить баланс, получать своевременную информацию об аварийных ситуациях.