Вихревые расходомеры

ВИХРЕВОЙ ПРИНЦИП ИЗМЕРЕНИЯ РАСХОДА:

Если в поток жидкости поместить тело необтекаемой формы (вихреобразователь), то поочередно с каждой его стороны будут образовываться вихри, получившие название вихрей Кармана, с частотой, прямо пропорциональной скорости движения потока жидкости.

 

где f - частота образования вихрей;
      St - число Струхаля, зависящее от геометрических характеристик вихрепреобразователя;
      V - скорость потока жидкости;
      d - ширина вихрепреобразователя.

В полнопроточных вихревых расходомерах объемный расход жидкости определяется по следующей зависимости: 

где D - внутренний диаметр расходомера

С учетом (1) выражение (2) можно представить в следующем виде:

Таким образом, если число Струхаля St не изменяется, а внутренний диаметр расходомера D и ширина вихреобразователя d величины постоянные, объемный расход Q прямо пропорционален частоте образования вихрей f.

ОБЯЗАТЕЛЬНЫЕ УСЛОВИЯ:

   • стабильное вихреобразование, что возможно только при турбулентном потоке;

• постоянство значения числа Струхаля St.
Данная величина определяется геометрией тела обтекания и при числах Рейнольдса Re > 20000 является постоянной. В диапазоне 5000 < Re < 20000 число Струхаля нелинейно изменяется, что затрудняет применение данного принципа измерения. Однако если плотность и вязкость измеряемой среды остаются постоянными, с применением корректировки возможно измерение и в этом диапазоне чисел Рейнольдса. При этом возможно некоторое увеличение погрешности измерения.

ПРЕИМУЩЕСТВА ВИХРЕВЫХ РАСХОДОМЕРОВ:

Данный принцип измерения обеспечивает вихревым расходомерам следующие преимущества:
      • возможность измерения расхода как жидкости, так и газа или пара;
      • широкий динамический диапазон (до 1:30) и высокая точность измерения благодаря с линейной зависимости между расходом Q и частотой образования вихрей f (при Re > 20000);
      • отсутствие механически движущихся частей, соответственно большой срок службы и минимальное техническое обслуживание;
      • малые потери давления (по сравнению с диафрагмами).

Все эти достоинства позволяют применять вихревые расходомеры для широкого круга задач измерения расхода различных сред и в первую очередь при измерении расхода газов и пара, как коммерческого учета, так и технологического.

Вихревые расходомеры являются  перспективной альтернативой измерительным комплексам с сужающими устройствами для малых и средних диаметров трубопроводов (< DN200…300).

НЕДОСТАТКИ ВИХРЕВЫХ РАСХОДОМЕРОВ:

      • невозможность измерения малых расходов (малые скорости потока);
      • измерение производится только в одном (прямом) направлении потока.

ВИДЫ ВИХРЕВЫХ РАСХОДОМЕРОВ ПО СПОСОБУ МОНТАЖА:

       • Полнопроточные;
       • Погружные

Вихревые расходомеры серии digitalYEWFLO (DY) производства Yokogawa являются полнопроточными расходомерами.

ОСОБЕННОСТИ КОНСТРУКЦИИ digitalYEWFLO (DY):

Конструктивно расходомеры DY состоят из:
       • проточной части (первичный преобразователь)
       • электронного блока (вторичный преобразователь).

Первичный преобразователь (см. рис.) состоит из следующих основных элементов:
      • проточная часть;
      • вихреобразователь.

ОТЛИЧИЯ ОТ ТРАДИЦИОННЫХ КОНСТРУКЦИЙ:

В отличие от традиционных конструкций вихревых расходомеров (см. рис.), где присутствуют отдельно вихреобразователь и сенсор для измерения пульсаций давления, возникающих при отрыве вихрей Кармана, в расходомере DY частота отрыва вихрей измеряется по механическим напряжениям, возникающим в вихреобразователе при отрыве вихрей, с помощью пьезоэлектрических преобразователей, встроенных непосредственно в хвостовик вихреобразователя.

 

Таким образом, непосредственно сам вихреобразователь является сенсором, и его конструкция невосприимчива к вибрации и другим шумам в продольном и вертикальном направлениях, обеспечивая следующие преимущества:

      • лучшую точность и широкий динамический диапазон благодаря детектированию вихрей по всему профилю потока;
      • независимость результатов измерения от профиля потока;
      • отпадает возможность повреждения или загрязнения сенсора, преобразующего частоту отрыва вихрей (пульсаций давления) в электрический сигнал, т. к. пьезоэлементы не контактируют с измеряемой средой;
      • менее жесткие требования к монтажу и прямым участкам;
      • возможность получения дополнительной информации о процессе, расширенные возможности самодиагностики.

ВОЗМОЖНЫЕ ИСПОЛНЕНИЯ:

В вихревых расходомерах модели DY возможно исполнение вихреобразователя с встроенным датчиком температуры (Pt1000), что дает возможность вычислять массовый расход насыщенного пара, а также газов и перегретого пара при условии, что давление остается постоянным.

 

При измерении расхода газов в данном случае возможно приведение расхода к нормальным условиям, если давление остается постоянным. (повтор предидущего абзаца?)

ТЕХНОЛОГИЯ СПЕКТРАЛЬНОЙ ОБРАБОТКИ СИГНАЛОВ:

Детектирование вихрей с помощью пьезоэлементов, встроенных в корпус вихреобразователя, позволило реализовать в вихревых расходомерах модели DY уникальную технологию SSP (спектральная обработка сигналов).

Данная технология обеспечивает непрерывный анализ спектра сигналов с пьезосенсоров, что позволяет распознавать полезный сигнал (механические напряжения, возникающие при отрыве вихрей) на фоне шумов, таких как вибрация трубопровода, неравномер­ный поток и др.

В результате применения данной технологии достигаются следующие преимущества:
       • нечувствительность к вибрации трубопровода;
       • улучшенная стабильность на малых расходах;
       • повышенная точность измерений;
       • расширенные возможности самодиагностики;
       • постоянная автоматическая подстройка параметров обработки сигнала к условиям измерений;
       • нечувствительность к загрязнению вихреобразователя.

Выбор типоразмера вихревого расходомера digitalYEWFLO существенно зависит от параметров измеряемой среды.

Расчет типоразмера, удовлетворяющего предъявленным требованиям, производится по рекомендациям, приведенным в техническом описании, или специалистами компании Эталон Прибор при заполнении опросного листа.

ДАННЫЕ ДЛЯ ВЫБОРА ТИПОРАЗМЕРА РАСХОДОМЕРА:
   • тип измеряемой среды (название, хим.состав);
   • температура и давление измеряемой среды, а по возможности плотность и вязкость;
   • требуемый диапазон измерений.

В первую очередь вихревые расходомеры рекомендуется использовать вместо расходомерных комплексов с сужающими устройствами при измерении расхода газа и пара как в технологических процессах, так и при коммерческом учете.

Полнопроточные вихревые расходомеры модели DigitalYEWFLO  можно использовать при измерении расхода сред:
     • высокотемпературные, с температурой до +450 °С;
     • криогенные, с температурой до -196 °С;
     • умеренно вязкие жидкости, с вязкостью до 7 сП;
     • умеренно коррозионно-активные среды;   
     • неэлектропроводные жидкости (углеводороды и др.);
     • среды под большим давлением, до 15 МПа (по заказу до 25 МПа).