Что такое вихревой расходомер и как он работает?

Что такое вихревой поток: физика вихревых расходомеров

Что такое вихревой поток в контексте измерения расхода? Это относится к явлению образования вихрей, эффекту механики жидкости, который возникает, когда поток жидкости сталкивается с обтекаемым (необтекаемым) телом. Текущая жидкость не может следовать резким контурам обтекаемого тела, отрывается от его поверхности и образует чередующиеся по часовой стрелке и против часовой стрелки вихри, которые сбрасываются с двух сторон тела по регулярной, повторяющейся схеме. Этот образец чередующихся вихрей называется вихревой улицей Кармана, названной в честь американского физика венгерского происхождения Теодора фон Кармана, который математически охарактеризовал это явление в начале двадцатого века.

Число Струхаля: почему частота вихрей равна скорости потока

Ключевым физическим соотношением, которое делает образование вихрей полезным для измерения расхода, является соотношение Струхаля. Для данной геометрии обтекаемого тела в данной трубе отношение частоты образования вихрей (f) к скорости жидкости (V), деленное на характерный размер обтекаемого тела (d), представляет собой безразмерную константу, называемую числом Струхаля (St):

St = f × d ÷ V

Для хорошо сконструированных обтекаемых корпусов вихревых расходомеров число Струхаля равно постоянная в диапазоне чисел Рейнольдса примерно от 10 000 до 4 000 000. , что означает, что частота сброса строго пропорциональна скорости в этом широком диапазоне. Перестановка отношений Струхаля дает:

f = St × V ÷ d

Поскольку St и d фиксированы для данного корпуса счетчика, измерение частоты f непосредственно дает скорость V, а умножение на известную площадь поперечного сечения трубы дает объемный расход. Вот и весь принцип работы Вихревой расходомер : подсчет вихрей, вычисление скорости, расчет объема. счетчик К-фактор (импульсов на единицу объема) кодирует объединенное число Струхаля и геометрию трубы в единую калибровочную константу, которая преобразует необработанное количество импульсов в скорость потока в электронике преобразователя.

Как обнаруживаются вихри: сенсорные технологии

Переменные колебания давления, создаваемые сброшенными вихрями, невелики (обычно от 0,1 до 10% от давления в линии ), но измеримо. Коммерческий Вихревой расходомер В конструкциях используется несколько сенсорных технологий для обнаружения колебаний давления:

• Пьезоэлектрические датчики: Наиболее широко используемая технология обнаружения вихрей. Пьезоэлектрический кристалл, установленный внутри или за перегородкой, генерирует небольшой электрический заряд в ответ на механическое напряжение, вызванное каждым колебанием давления. Пьезоэлектрические датчики надежны, не требуют внешнего питания для самого чувствительного элемента и работают в очень широком диапазоне температур.
• Емкостные датчики: Тонкая диафрагма отклоняется под действием переменного давления вихря, изменяя емкость детекторного элемента. Емкостные датчики обеспечивают высокую чувствительность при низких расходах и используются в некоторых конструкциях счетчиков премиум-класса для расширения диапазона регулирования в режиме низкого расхода.
• Ультразвуковое обнаружение вихрей: В некоторых конструкциях счетчиков используется ультразвуковой луч, который пересекает трубу перпендикулярно потоку. Каждый проходящий вихрь модулирует ультразвуковой луч, и эта частота модуляции является частотой образования вихрей. Ультразвуковой детектор не имеет смачиваемых движущихся частей и используется в средах с высокой чистотой и коррозией.

Число Рейнольдса и минимальный поток: практическое ограничение вихревого потока

Соотношение Струхаля справедливо только при превышении минимального числа Рейнольдса, обычно От более 10 000 до 20 000 в зависимости от конкретной конструкции счетчика. Ниже этого порога образование вихрей становится нерегулярным и непериодическим, что делает невозможным точное измерение расхода. Это определяет минимальный измеряемый расход для данной жидкости в расходомере данного размера. Минимальная скорость, необходимая для поддержания Re выше 10 000, зависит от кинематической вязкости жидкости: для воды при 20°C это примерно от 0,3 до 0,5 м/с , а для вязких масел (свыше 10 сСт) она может быть существенно выше. Это ограничение числа Рейнольдса является основной причиной, по которой вихревые расходомеры не подходят для работы с жидкостями высокой вязкости.

Погружной вихревой расходомер: проектирование, установка и определение размеров для труб большого диаметра

погружной вихревой расходомер представляет собой инструмент типа зонда, предназначенный для введения через одно отверстие в стенке трубы, а не для установки в линию в виде полнопроходной катушки. Зонд проникает в поперечное сечение трубы на глубину, где он измеряет скорость потока в определенной точке, и скорость этой точки используется для расчета средней скорости и объемного расхода по всему поперечному сечению трубы посредством калиброванного соотношения скорости и расхода. Погружные вихревые счетчики являются основным выбором для труб выше примерно Ду 200 (8 дюймов) где полнопроходные вихревые счетчики становятся очень дорогими и тяжелыми.

Конструкция погружного вихревого расходомера

Типичный погружной вихревой расходомер состоит из:

• Корпус погружного зонда: Цилиндрический или обтекаемый стержень зонда, который проходит через стенку трубы в поток потока. Длина зонда соответствует диаметру трубы, поэтому стержень на кончике зонда располагается на соответствующей глубине измерения, обычно на от 15 до 20 % от центральной линии трубы или на самой осевой линии в зависимости от предположения о профиле скорости, используемого при калибровке.
• Шеддер-бар на кончике зонда: Обтекаемое тело Т- или D-образной формы, создающее вихри в точке измерения. Геометрия зевщика обрабатывается с точными допусками, чтобы обеспечить постоянное и повторяемое число Струхаля.
• Изоляция сальника или шарового клапана: probe is sealed against the pipe pressure by a packing gland at the point where the probe exits the pipe wall. Hot-tap insertion vortex meters include an isolation valve that allows the probe to be inserted or retracted while the pipe is under pressure and flow, without process interruption.
• Корпус передатчика: electronics housing mounted on top of the probe, containing the signal conditioning circuitry, display (optional), and output electronics. The housing is rated to IP65 or IP67 for environmental protection.

Калибровка глубины введения и коэффициент профиля скорости

accuracy of an погружной вихревой расходомер решающим образом зависит от знания взаимосвязи между скоростью в точке вставки и средней скоростью по всему поперечному сечению трубы. Это соотношение представляет собой коэффициент профиля скорости (также называемый коэффициентом измерения или коэффициентом вставки). Для полностью развитого турбулентного профиля потока в трубе отношение скорости средней линии к средней скорости примерно равно от 1,2 до 1,25 , что означает, что скорость осевой линии на 20–25 % выше средней. Поэтому, когда зонд вставлен в центральную линию, измеренную скорость необходимо разделить на этот коэффициент, чтобы получить среднюю скорость. На коэффициент профиля скорости влияют:

• Число Рейнольдса трубы: profile factor varies with Reynolds number. Accurate flow measurement requires either knowing Re precisely or using a meter with an insertion depth that minimizes sensitivity to profile shape (often at approximately 1/6 of the pipe radius from the centerline).
• Нарушения в трубопроводе выше по потоку: Изгибы, клапаны, тройники, а также расширения или сжатия труб искажают профиль скорости от идеальной турбулентной формы. Искаженные профили требуют более длинных прямых труб или корректоров профиля для достижения номинальной точности.
• Точность глубины введения: probe must be positioned at exactly the designed insertion depth. An error of глубина вставки 10 мм на трубе диаметром 500 мм вносит погрешность измерения примерно от 1 до 3% в зависимости от формы профиля скорости в данной точке поперечного сечения трубы.

Преимущества и ограничения погружных расходомеров по сравнению с полнопроходными вихревыми расходомерами

Вихревой расходомер воздуха: измерение сжатого воздуха, воздуха для систем отопления, вентиляции и кондиционирования и воздуха для горения

A вихревой расходомер воздуха является одним из наиболее практичных приборов для измерения расхода воздуха в промышленных, коммерческих целях и системах отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха. Воздух представляет как преимущества, так и проблемы для измерения вихревого потока: его низкая плотность означает низкие колебания давления, вызванные вихрями (требующие чувствительного обнаружения), но его низкая вязкость означает, что число Рейнольдса обычно значительно превышает порог 10 000 для образования вихрей даже при умеренных скоростях в трубах стандартных размеров.

Измерение сжатого воздуха: наиболее распространенное применение вихревого воздушного потока

Системы сжатого воздуха на производственных предприятиях обычно работают при Манометрическое давление от 6 до 10 бар . Точное измерение потребления сжатого воздуха имеет важное значение для энергоаудита, обнаружения утечек и распределения затрат на воздух для производственных процессов. Вихревые расходомеры хорошо подходят для измерения сжатого воздуха, потому что:

• Никаких движущихся частей: Линии сжатого воздуха переносят масло, воду и твердые частицы из компрессоров. Вихревой счетчик без движущихся частей или подшипников гораздо менее подвержен загрязнению и износу, чем турбинный счетчик или объемный счетчик при работе со сжатым воздухом.
• Широкий диапазон расхода: Потребность в сжатом воздухе на производстве сильно варьируется: от почти нулевой до полной мощности системы в зависимости от смены и сценария производства. Коэффициент регулирования вихревого измерителя от 20:1 до 40:1 справляется с этой изменчивостью лучше, чем измерители дифференциального давления, диапазон регулирования которых обычно составляет от 3:1 до 5:1.
• Выход объемного или массового расхода с компенсацией: Современный вихревой расходомер воздухаs включать датчики температуры и давления в один и тот же прибор, что позволяет им выдавать как фактический объемный расход (в условиях линии), так и стандартный объемный расход или массовый расход (с поправкой на исходные условия, обычно 20°C и 1 бар или 0°C и 1,01325 бар). Это важно для учета энергии, где стоимость энергии компрессора определяется массой потребляемого воздуха (а не его объемом при давлении в линии).

Измерение расхода воздуха в системах отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха с помощью вихревых расходомеров

Для измерения расхода воздуха в воздуховоде HVAC при атмосферном давлении или близком к нему, погружной вихревой расходомерs особенно популярны, поскольку воздуховоды HVAC обычно имеют большие размеры (от DN 200 до DN 1000 и выше) и имеют прямоугольную или круглую конструкцию из листового металла, в которой невозможно установить полнопроходной счетчик. Погружной измерительный прибор в виде зонда устанавливается через одно отверстие, просверленное в стене воздуховода, и не требует замены секции воздуховода. Ключевые соображения по применению вихревой системы отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха:

• Диапазон скоростей: Скорости воздуха в воздуховодах системы отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха обычно варьируются от от 2 до 15 м/с . Вихревые счетчики комфортно работают в этом диапазоне, хотя нижний предел приближается к минимальному порогу числа Рейнольдса для воздуховодов меньших размеров. Для воздуховодов системы отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха с диаметром ниже DN 150 при низких скоростях убедитесь, что Re превышает 10 000 при минимальных ожидаемых условиях расхода, прежде чем выбирать вихревой расходомер.
• Искажение профиля в системах отопления, вентиляции и кондиционирования: Воздуховоды HVAC редко обеспечивают адекватные прямые участки перед точкой измерения. Ограничения по пространству означают, что колена, выходы вентиляторов, диффузоры и заслонки часто располагаются непосредственно перед местом установки счетчика. Для таких установок для достижения приемлемой точности необходимо многоточечное усреднение по принципу Пито или вихревой расходомер с выпрямителем потока непосредственно перед входом.

Измерение воздушной смеси воздуха для горения и природного газа

Вихревые расходомеры воздуха используются для измерения расхода воздуха для горения в промышленных системах горелок, котлах и печах, где соотношение воздуха и топлива (соотношение воздух-топливо) необходимо точно контролировать для обеспечения эффективности сгорания и соответствия требованиям по выбросам. В этих приложениях вихревой расходомер воздуха Выходная мощность подается непосредственно в систему управления горелкой или контроллер горения. Счетчик должен быть рассчитан на повышенные температуры воздуха, обычно наблюдаемые в системах предварительного нагрева воздуха для горения: температуры предварительного подогрева воздуха для горения в промышленности от 200 до 400°С являются обычными, и счетчик должен быть изготовлен из материалов, смачиваемых при высоких температурах, и электроники с температурной компенсацией.

Вихревой расходомер для пара: измерение насыщенного и перегретого пара

вихревой расходомер для пара является одним из наиболее технически важных и коммерчески значимых применений вихревой технологии. В измерении расхода пара исторически доминировали измерители дифференциального давления (DP) с диафрагмами, но превосходная точность, меньшие затраты на техническое обслуживание и возможность прямого массового расхода вихревых расходомеров сделали их предпочтительным выбором для применения пара на современных технологических установках и коммунальных системах.

Почему пар сложно измерять и почему вихревые счетчики превосходны

Измерение пара является сложной задачей по нескольким причинам, которые делают многие технологии измерения расхода непригодными:

• Высокая температура и давление: Промышленные паровые системы работают при температурах от от 100°С до 400°С и давление со стороны от 0,5 бар до 40 бар , условия, которые ограничивают использование инструментов с резиновыми уплотнениями, контактирующей с рабочей средой электроникой или компонентами из термопласта.
• Переменная плотность: Плотность пара существенно меняется в зависимости от температуры и давления. Измерение массового расхода требует знания плотности жидкости в условиях линии либо путем прямого измерения плотности, либо путем расчета плотности на основе измеренных температуры и давления с использованием паровых таблиц. Измерители дифференциального давления измеряют объемный расход и требуют отдельной компенсации плотности; вихревые расходомеры со встроенной компенсацией температуры и давления обеспечивают прямой выход массового расхода.
• Риск конденсата: Паровые трубы могут содержать пробки жидкого конденсата, особенно при запуске и в плохо обслуживаемых системах. Попадание жидких пробок в датчик перепада давления или элемент расходомера прямого действия может привести к повреждению или необратимому смещению калибровки. Вихревые счетчики с прочными металлическими отводными стержнями и прочными пьезоэлектрическими датчиками гораздо лучше выдерживают образование пробок конденсата, чем альтернативные варианты.
• Никаких движущихся частей: Для пара при высокой температуре и давлении требуются компоненты прибора, способные выдерживать повторяющиеся температурные циклы, пульсации давления и эрозионное воздействие увлеченных частиц или капель. Вихревые счетчики не имеют движущихся частей в потоке потока, которые могут изнашиваться, заклинивать или требовать периодической замены.

Насыщенный и перегретый пар: соображения по вихревому измерителю

Вихревые расходомеры работают как с насыщенным, так и с перегретым паром, но подход к измерению и необходимые дополнительные измерения различаются:

• Насыщенный пар: При насыщении температура и давление связаны кривой насыщения пара. Измерения температуры или давления достаточно, чтобы определить состояние пара и рассчитать плотность по таблицам пара. Для применений с насыщенным паром вихревой расходомер для пара Благодаря встроенному датчику давления (и дополнительно датчику температуры) можно рассчитывать плотность в реальном времени и напрямую выводить массовый расход. Типичный диапазон встроенных датчиков давления для счетчиков насыщенного пара составляет от 0 до 25 бар абсолютное с точностью от ±0,1 до ±0,5% .
• Перегретый пар: Перегретый пар полностью находится в газовой фазе без присутствия жидкости. Его плотность независимо зависит как от температуры, так и от давления. Вихревой счетчик перегретого пара должен измерять как температуру в линии, так и давление в линии, а также использовать уравнения состояния пара (обычно из стандартных таблиц пара IAPWS-IF97) для расчета плотности в реальном времени. Тогда выходной массовый расход будет равен: Массовый расход = Объемный расход × Плотность (T, P) Самый современный многопараметрический параметр. датчик расхода вихревого типаs выполнить этот расчет самостоятельно.

Характеристики материала и температуры парового вихревого счетчика

Для работы с паром корпус и внутренние компоненты вихревого расходомера должны отвечать определенным требованиям к материалам:

• Материал корпуса: Углеродистая сталь ASTM A105 или нержавеющая сталь ASTM A182 (SS316/SS316L) для стандартной работы с паром. Для пара высокого давления выше 25 бар или пара с агрессивными примесями (сера, хлориды) рекомендуются сплавы SS316 или выше (Hastelloy C, Duplex SS).
• Температурный рейтинг: Стандартный вихревые расходомеры для пара имеют рейтинг от 260°С до 320°С . Высокотемпературные версии для перегретого пара рассчитаны на 400°С to 450°C , обычно с использованием удлиненной конструкции шейки, которая перемещает электронику преобразователя от горячих технологических соединений, чтобы удержать электронику в заданном рабочем диапазоне.
• Номинальное давление: Стандартный wafer-body vortex meters are rated to Ру 40 (40 бар) размеров от DN 15 до DN 100. Фланцевые корпуса того же размера обычно имеют номинальное давление класса 300 или 600 по ANSI, соответствующее 51 бар и 102 бар соответственно при рабочей температуре 38°C.

Датчик расхода вихревого типа: электроника, выходы и протоколы связи

A датчик расхода вихревого типа это электронный модуль, который принимает необработанный сигнал вихревого импульса от датчика (пьезоэлектрического, емкостного или ультразвукового), обрабатывает его с помощью алгоритмов формирования и фильтрации сигнала, рассчитывает расход и передает результат в систему управления или систему сбора данных через один или несколько стандартизированных выходных сигналов. В современных приборах преобразователь физически интегрирован в корпус счетчика, а не является отдельным устройством для удаленного монтажа, что дает компактному узлу обозначение «интеллектуальный преобразователь».

Формирование сигнала: от необработанных импульсов к чистому сигналу потока

raw signal from a vortex sensor is a low-amplitude alternating signal whose frequency represents the vortex shedding rate. In process environments, this signal is contaminated by several sources of interference that the датчик расхода вихревого типа должен отвергнуть:

• Вибрация трубы: Механическая вибрация от насосов, компрессоров и структурные резонансы проникают в корпус расходомера и генерируют на датчике ложные сигналы, которые можно ошибочно принять за вихревые импульсы. Современные передатчики используют алгоритмы адаптивной обработки сигналов и частотной дискриминации, чтобы отличать истинные вихревые частоты (которые плавно отслеживают изменения потока) от шума, вызванного вибрацией (который обычно является широкополосным или имеет фиксированные гармонические частоты).
• Шум низкого расхода: Вблизи минимального обнаруживаемого потока образование вихрей становится нерегулярным, и отдельные вихри трудно отличить от шума. Усовершенствованные передатчики используют статистический анализ сигнала для обнаружения наличия когерентной вихревой частоты даже при очень низких отношениях сигнал/шум, что увеличивает эффективный минимальный расход.
• Электрические помехи (EMI/RFI): Промышленная среда содержит сильные электромагнитные поля от приводов с регулируемой скоростью, силовых кабелей, сварочного оборудования и радиопередатчиков. Электроника преобразователя должна иметь соответствующее экранирование, фильтрацию и изоляцию, чтобы эти сигналы не влияли на результаты измерений.

Выходные сигналы и протоколы связи

A датчик расхода вихревого типа обеспечивает один или несколько из следующих выходных сигналов, в зависимости от модели и конфигурации:

• Аналоговый выход от 4 до 20 мА: universal industry standard for flow rate transmission. The transmitter maps 4 mA to zero flow (or the configured zero of the output range) and 20 mA to the maximum configured flow rate. The 4 to 20 mA signal is immune to line resistance effects (within cable resistance limits) and easy to connect to any PLC, DCS, or panel meter input.
• Импульсный выход (частотный выход): Последовательность цифровых импульсов, где каждый импульс представляет собой фиксированный объем жидкости (К-фактор расходомера). Импульсные выходы используются для суммирования в системах управления партиями, системах управления энергопотреблением и системах коммерческого учета, где требуется интегрирующий счетчик, а не дисплей мгновенного расхода.
• Протокол HART: HART (выносной адресный преобразователь с адресной магистралью) — это протокол цифровой связи, наложенный на аналоговый сигнал от 4 до 20 мА. Он обеспечивает двустороннюю цифровую связь для настройки, диагностики и доступа к вторичным переменным (температуре, давлению, плотности) без дополнительной проводки. HART является наиболее широко распространенным цифровым протоколом в обрабатывающей промышленности и является стандартом практически для всех современных датчик расхода вихревого типаs .
• FOUNDATION Fieldbus и PROFIBUS PA: Полностью цифровые протоколы полевой шины, которые позволяют нескольким приборам использовать одну пару кабелей, обеспечивают полную диагностику и настройку из диспетчерской, а также поддерживают расширенные функции, такие как выполнение функциональных блоков внутри самого преобразователя. Используется на новых технологических заводах и при расширении нефтеперерабатывающих заводов, где требуется полная цифровая инфраструктура.
• Modbus RTU или TCP/IP: Используется в системах водоподготовки, автоматизации зданий и системах отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха, где стандартными являются Modbus-совместимые SCADA или системы управления зданием. Многие погружной вихревой расходомерs для систем отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха и водоснабжения в качестве стандартного выхода предусмотрен Modbus RS-485.

Многопараметрические вихревые датчики: интегрированные измерения температуры, давления и плотности

multivariable датчик расхода вихревого типа объединяет измерение температуры (RTD или термопара), измерение давления (встроенный датчик давления) и измерение расхода (вихревой датчик) в едином приборном корпусе. Преобразователь вычисляет плотность жидкости в реальном времени на основе измеренных температуры и давления, используя встроенные уравнения состояния для пара, природного газа, воздуха и других распространенных технологических жидкостей, а затем умножает объемный расход на рассчитанную плотность для непосредственного вывода массового расхода. Ключевые преимущества многопараметрических преобразователей:

• Уменьшенное количество инструментов: Один многопараметрический вихревой датчик заменяет вихревой расходомер, датчик температуры, датчик давления и внешний компьютер расхода. Это значительно снижает затраты на закупку, установку, обслуживание и калибровку.
• Более высокая точность массового расхода: Когда температура и давление измеряются точно в той же точке, что и скорость потока, и обрабатываются одной и той же электроникой, временные и пространственные ошибки отдельных приборов исключаются. Это повышает точность массового расхода по сравнению с системой, в которой температура и давление измеряются в разных точках.
• Выходной поток энергии (тепловой поток): Для применений с паром и горячей водой многопараметрический датчик может выдавать поток энергии (в мегаджоулях в час или БТЕ в час), объединяя массовый расход с энтальпией жидкости, полученной на основе измерений температуры и давления. Эта прямая выходная энергия используется при учете пара для выставления счетов за коммунальные услуги и управления энергопотреблением без внешнего компьютера расхода.

Установка вихревого расходомера: требования к прямой трубе, ориентация и ввод в эксплуатацию

Правильная установка является единственным наиболее важным фактором, определяющим Вихревой расходомер достигает заданной точности в эксплуатации. Даже наиболее откалиброванный расходомер даст плохие результаты, если он установлен без соответствующей прямой трубы перед ним, в такой ориентации, которая удерживает газ или жидкость в неправильном месте, или без внимания к технологическим соединениям.

Требования к прямым трубам вверх и вниз по течению

Для достижения калиброванной точности вихревым расходомерам требуется полностью развитый неискаженный профиль скорости. Нарушения в трубопроводе выше по потоку (изгибы, клапаны, расширители, переходники) искажают профиль и вносят систематическую ошибку. Минимальные требования к прямой трубе (D = внутренний диаметр трубы):

• Одиночный изгиб на 90 градусов: Минимум 15D вверх по течению метра
• Два изгиба по 90 градусов в одной плоскости: Минимум 20D вверх по течению
• Два изгиба по 90 градусов в разных плоскостях (вне плоскости): Минимум 25D вверх по течению
• Полностью открытая задвижка или шаровой кран: Минимум 10D вверх по течению
• Регулирующий клапан (частично открыт): Минимум От 30D до 50D вверх по течению из-за сильного искажения профиля
• Требование к нисходящему потоку: Минимум 5D вниз по течению метра before any fitting or valve

Если эти требования к прямым трубам не могут быть выполнены из-за нехватки места, стабилизатор потока (например, пучок труб, перфорированная пластина или кондиционер типа CPA 50E), установленный непосредственно перед счетчиком, может сократить требуемый прямой участок трубы до 10D или меньше путем гомогенизации профиля потока до того, как он достигнет счетчика.

Ориентация монтажа: горизонтальные, вертикальные и наклонные трубы

Вихревой расходомерs может быть установлен в горизонтальных, вертикальных или наклонных трубах, но необходимо учитывать монтажную ориентацию преобразователя и направление потока относительно силы тяжести:

• Горизонтальная установка трубы: transmitter housing should be mounted to the side (at 3 o'clock or 9 o'clock position on the pipe) rather than on top (12 o'clock) for steam or gas service, to prevent condensate accumulation in the meter body. For liquid service, side mounting is also preferred to prevent gas pockets from accumulating at the top of the meter body.
• Вертикальная установка трубы: Для работы с жидкостью направление потока должно быть вверх (снизу вверх) при вертикальной установке трубы, чтобы корпус счетчика оставался заполненным жидкостью. Нисходящий поток в вертикальной трубе подачи жидкости может создать условия частичного заполнения, которые серьезно ухудшают точность. Для работы с газом и паром при вертикальной установке допускается направление потока как вверх, так и вниз.
• Ориентация передатчика: transmitter housing and display should face a direction that allows easy reading by operators and easy access for maintenance without awkward postures. On horizontal pipes, the transmitter is typically rotatable to any orientation in 90-degree increments after meter installation to optimize readability.

Часто задаваемые вопросы о вихревых расходомерах

1. Что такое вихревой поток и как вихревой расходомер использует его для измерений?

Что такое вихревой поток в плане измерения? Это явление образования вихрей Кармана: когда жидкость протекает мимо обтекаемого тела (шеддер-бара), с каждой стороны тела по регулярному шаблону сбрасываются чередующиеся вихри. Частота выделения прямо пропорциональна скорости жидкости согласно соотношению Струхаля (f = St × V ÷ d). А Вихревой расходомер подсчитывает эту частоту с помощью пьезоэлектрического или емкостного датчика, преобразует частоту в скорость, умножает на площадь трубы и выводит объемный или массовый расход. Число Струхаля остается постоянным для чисел Рейнольдса выше примерно 10 000–4 000 000, что обеспечивает линейное измерение в этом широком диапазоне.

2. Каковы преимущества вихревого расходомера погружного типа перед полнопроходным линейным расходомером?

Ан погружной вихревой расходомер обеспечивает значительные экономические преимущества для труб большого диаметра, где для полнопроходного линейного счетчика потребуются большие, тяжелые и дорогие фланцевые катушки. Врезной счетчик использует одинарный отвод для трубы, может быть врезан в горячем режиме (устанавливается без остановки процесса в системах под давлением), создает очень низкий перепад давления (только зонд, а не полнопроходной) и работает с трубами размером от DN 50 до DN 2000 и выше с той же компактной конструкцией зонда. Компромиссом является точность: погружные счетчики обычно достигают От ±1,5 до ±3,0% от показания против от ±0,5 до ±1,0% для полнопроходных конструкций, поскольку измерение точечной скорости вносит дополнительную неопределенность из предположения о профиле скорости.

3. Подходит ли вихревой расходомер воздуха для измерения энергопотребления сжатого воздуха?

Да. А вихревой расходомер воздуха со встроенной компенсацией температуры и давления идеально подходит для учета энергии сжатого воздуха. Многопараметрический датчик преобразует объемный расход линии в стандартный объемный расход (применительно к определенным стандартным условиям) или непосредственно в массовый расход, что определяет потребляемую компрессором энергию. Высокий динамический диапазон вихревого измерителя ( от 20:1 до 40:1 ) справляется с широкими колебаниями потребности в сжатом воздухе в зависимости от смены и состояния производства, а его конструкция без движущихся частей хорошо подходит для сжатого воздуха, который может содержать увлеченное масло или влагу.

4. Почему вихревой расходомер предпочтительнее для измерения пара, чем диафрагма?

A вихревой расходомер для пара превосходит традиционный измеритель перепада давления с диафрагмой при работе с паром по нескольким причинам: он обеспечивает более высокую точность ( ±1,0% от показания против ±2–±3% для типичной установки диафрагмы), обеспечивает гораздо более широкий диапазон регулирования ( от 20:1 до 30:1 против от 3:1 до 5:1 для DP), не требует импульсных линий, которые могут закупориться или замерзнуть, не имеет тонкой диафрагмы, которая разрушается под действием пара, и в своей многопараметрической форме обеспечивает прямой выход массового расхода без отдельного компьютера расхода. Вихревой счетчик также лучше справляется с пробками конденсата, чем счетчики DP с мокрыми отводами.

5. Какие выходные данные обеспечивает датчик расхода вихревого типа?

A датчик расхода вихревого типа обычно обеспечивает Аналоговый выход от 4 до 20 мА представляющий скорость потока, a импульсный или частотный выход для суммирования и цифровой связи через HART-протокол (наиболее распространенный), FOUNDATION Fieldbus, PROFIBUS PA или Modbus RTU/TCP в зависимости от модели. Многопараметрические датчики могут обеспечивать несколько выходных сигналов от 4 до 20 мА или передавать все переменные (расход, температуру, давление, плотность, массовый расход) через одно соединение цифровой полевой шины. Импульсный выход особенно важен для коммерческого учета и управления партиями, где требуется интегрирующий счетчик фактического объема жидкости, а не сигнал мгновенного расхода.

6. Может ли вихревой расходомер измерять газ и жидкость в одном корпусе?

same physical vortex meter body can measure both gases and liquids because the Strouhal relationship is valid for any fluid above the minimum Reynolds number threshold. However, the meter must be correctly sized for each fluid (velocity range requirements differ significantly between gases and liquids due to density differences), and the transmitter must be configured with the correct fluid properties for each service. In practice, a meter sized for a gas application is typically too large for a liquid application in the same pipe because liquid requires much lower velocities for the same mass flow. Most users specify separate meters for gas and liquid service rather than attempting to use the same meter for both.

7. Каков минимальный расход, который может измерить вихревой расходомер?

minimum measurable flow rate of a Вихревой расходомер определяется пороговым значением числа Рейнольдса для стабильного образования вихрей, обычно Re > 10 000–20 000 в зависимости от конструкции счетчика. Для воды при 20°C в счетчике DN 50 это соответствует минимальной скорости примерно от 0,3 до 0,5 м/с и минимальный расход примерно от 0,3 до 0,6 м³/ч . Для газов и пара минимальная скорость может составлять от 1 до 3 м/с из-за более низких чисел Рейнольдса на единицу скорости в жидкостях с низкой плотностью. Программное обеспечение производителя всегда следует использовать для подтверждения минимальной пропускной способности для конкретной жидкости, температуры, давления и размера трубы.

8. Какая длина прямой трубы требуется перед вихревым расходомером?

Требования к прямой трубе вверх по течению для Вихревой расходомер диапазон от от 10Д до 50Д в зависимости от типа возмущения выше по течению. Для одного изгиба на 90 градусов требуется минимум 15D; два изгиба вне плоскости требуют 25D; регулирующий клапан при частичном открытии требует от 30D до 50D. На выходе перед любым фитингом или клапаном требуется минимум 5D. Если места для установки недостаточно, стабилизатор потока снижает требования к входному потоку примерно до 10D независимо от конфигурации входного потока. погружной вихревой расходомер обычно требуется больше прямых труб на входе, чем полнопроходных расходомеров (от 15D до 30D), поскольку измерение скорости точки более чувствительно к искажению профиля.

9. Какие жидкости НЕ подходят для вихревых расходомеров?

Вихревой расходомерs не подходят для: жидкостей с высокой вязкостью (примерно выше 10–20 сСт при рабочей температуре), где число Рейнольдса не может поддерживаться выше 10 000 при практических скоростях потока; суспензии и жидкости с высоким содержанием твердых частиц, которые могут разрушить перегородку или отложиться на датчике; многофазные потоки, в которых жидкость и газ одновременно присутствуют в значительных количествах (влажный пар с качеством ниже примерно 0,8 или жидкость с содержанием газа более примерно 2% по объему); пульсирующие потоки, в которых частота пульсаций перекрывает ожидаемый диапазон частот вихрей; и очень низкие скорости потока в небольших трубах, где требуемая минимальная скорость не может быть достигнута без превышения максимально допустимого перепада давления.

10. Каковы размеры вихревого расходомера для пара, подходящего для конкретной паровой системы?

Определение размера вихревой расходомер для пара требует знания минимального и максимального массового расхода, давления и температуры пара в точке измерения, а также размера трубы. По массовому расходу и плотности пара (рассчитанной по давлению и температуре с помощью паровых таблиц) определяют объемный расход и скорость. Размер расходомера выбирается таким образом, чтобы минимальная скорость потока превышала минимальную скорость расходомера для стабильного образования вихрей (обычно от 1,5 до 2,5 м/с для пара), а максимальная скорость потока не превышает номинального максимума счетчика (обычно от 50 до 80 м/с для пара). Результирующий диапазон скоростей определяет динамический диапазон расходомера в процессе эксплуатации. Большинство производителей предоставляют программное обеспечение для определения размеров или онлайн-инструменты, которые автоматически выполняют этот расчет, если указаны параметры пара и диапазон расхода.