Как работи вихровият разходомер?

Как работи вихровият разходомер?

Като доставчик на разходомери Vortex, често ме питат как работят тези устройства. Вихровите разходомери са популярен избор в много индустрии за измерване на дебита на течности, газове и пара. В тази публикация в блога ще обясня принципа на работа на вихровите разходомери, техните предимства и някои ключови съображения.

Принцип на работа на вихровите разходомери

Работата на вихровия разходомер се основава на принципа на вихровата улица на von Kármán. Когато флуид (течност, газ или пара) тече покрай блъф тяло (известен също като щанга), поставено на пътя на потока, той създава редуващи се вихри от двете страни на блъф тялото. Тези вихри се отделят с честота, която е право пропорционална на скоростта на потока на течността.

Нека разбием процеса стъпка по стъпка:

1. Поток на течности и взаимодействие на блъф тяло: Когато течността се приближи до блъф тялото, тя е принудена да се раздели и да тече около него. Докато течността преминава през блъф тялото, потокът се отделя от повърхността на блъф тялото, създавайки области с ниско налягане от двете страни.
2. Вихрово образуване: Поради разликите в налягането и нестабилността на потока, вихрите се образуват последователно от страната надолу по течението на тялото на блъфа. Тези вихри се отделят по правилен модел, създавайки вихрова улица на фон Карман.
3. Вихрово честотно откриване: Честотата, с която се отделят вихрите, се открива от сензор, разположен надолу по течението на тялото на блъфа. Този сензор може да бъде пиезоелектричен кристал, тензометричен датчик или капацитивен сензор. Сензорът преобразува механичните вибрации, причинени от вихрите, в електрически сигнал.
4. Изчисляване на дебита: Честотата на електрическия сигнал след това се обработва от електрониката на разходомера. Използвайки известната зависимост между честотата на завихряне и скоростта на потока, разходомерът изчислява скоростта на потока на течността. Връзката между честотата на завихряне (f), скоростта на потока (v) и ширината на блъф тялото (d) се дава от уравнението на Струхал:

[f = St \times \frac{v}{d}]

където St е числото на Струхал, което е безразмерна константа, която зависи от формата на блъф тялото и числото на Рейнолдс на потока.

Предимства на вихровите разходомери

Вихровите разходомери предлагат няколко предимства пред други видове разходомери, което ги прави популярен избор в много приложения:

1. Широка гама от приложения: Вихровите разходомери могат да се използват за измерване на дебита на течности, газове и пара. Те са подходящи за различни индустрии, включително химическа, нефтохимическа, производство на електроенергия и храни и напитки.
2. Висока точност: Вихровите разходомери могат да осигурят точни измервания на потока в широк диапазон от дебити. Те обикновено имат точност от ±1% до ±2% от измерената стойност.
3. Нисък спад на налягането: В сравнение с някои други видове разходомери, като плочи с отвор и измервателни уреди на Вентури, вихровите разходомери имат относително нисък спад на налягането. Това означава, че те изискват по-малко енергия за работа, което води до спестяване на разходи.
4. Без движещи се части: Вихровите разходомери нямат движещи се части, което намалява риска от механична повреда и изискванията за поддръжка. Освен това са по-малко податливи на износване, което ги прави надежден избор за дългосрочна употреба.
5. Цифров изход: Повечето съвременни вихрови разходомери са оборудвани с цифрови изходни интерфейси, като 4-20 mA, Modbus или HART. Това позволява лесна интеграция с други системи за управление и устройства за събиране на данни.

Основни съображения за използване на вихрови разходомери

Въпреки че вихровите разходомери предлагат много предимства, има някои ключови съображения, които трябва да се вземат предвид при използването им:

1. Свойства на течността: Работата на вихровия разходомер може да бъде повлияна от свойствата на измерваната течност, като вискозитет, плътност и температура. Важно е да изберете разходомер, който е подходящ за специфичните свойства на течността.
2. Изисквания за инсталиране: Правилната инсталация е от решаващо значение за точната работа на вихров разходомер. Дебитомерът трябва да бъде монтиран в прав участък от тръба с достатъчно прави дължини на тръбата нагоре и надолу, за да се осигури напълно развит профил на потока.
3. Вибрации и шум: Вихровите разходомери могат да бъдат чувствителни към вибрации и шум, което може да повлияе на точността на измерванията. Важно е да инсталирате разходомера на място, където не е изложен на прекомерни вибрации или шум.
4. Калибриране: Както всички разходомери, вихровите разходомери трябва периодично да се калибрират, за да се осигурят точни измервания. Честотата на калибриране зависи от приложението и изискванията за точност.

Сравнение с други разходомери

На пазара има няколко други вида разходомери, всеки със своите предимства и недостатъци. Нека сравним вихровите разходомери с два други популярни вида разходомери:Турбинен разходомериЕлектромагнитен разходомер LDG.

1. Турбинен разходомер: Турбинните разходомери измерват скоростта на потока чрез откриване на въртенето на турбинно колело, поставено в пътя на потока. Подходящи са за измерване на дебита на чисти течности и газове. Турбинните разходомери обаче имат движещи се части, които могат да бъдат подложени на износване и изискват редовна поддръжка. Вихровите разходомери, от друга страна, нямат движещи се части, което намалява риска от механична повреда и изискванията за поддръжка.
2. Електромагнитен разходомер LDG: Електромагнитните разходомери измерват скоростта на потока чрез откриване на напрежението, предизвикано от движението на проводяща течност през магнитно поле. Те са подходящи за измерване на дебита на проводими течности, като вода и отпадъчни води. Електромагнитните разходомери обаче изискват проводяща течност и могат да бъдат повлияни от наличието на непроводими частици или мехурчета във течността. Вихровите разходомери могат да се използват за измерване на дебита както на проводими, така и на непроводими течности.

Заключение

Вихровите разходомери са надежден и точен избор за измерване на дебита на течности, газове и пара. Техният принцип на работа се основава на принципа на вихровата улица на von Kármán, който позволява измерване на дебита без необходимост от движещи се части. Вихровите разходомери предлагат няколко предимства пред други видове разходомери, включително широк спектър от приложения, висока точност, нисък спад на налягането и липса на движещи се части. Има обаче някои ключови съображения, които трябва да се вземат предвид при използването им, като свойства на течността, изисквания за инсталиране, вибрации и шум и калибриране.

Ако търсите висококачественаВихров разходомерза вашето приложение, моля, не се колебайте да се свържете с нас. Нашият екип от експерти може да ви помогне да изберете правилния разходомер и да ви осигури необходимата поддръжка, за да осигурите точни и надеждни измервания на потока.

Референции

1. Милър, RW (1996). Инженерен наръчник за измерване на потока (3-то издание). Макгроу-Хил.
2. ISO 7145:2005. Измерване на флуиден поток в затворени тръбопроводи - Вихрови разходомери с вграден тип - Изисквания за изпълнение и монтаж.