Co to jest przepływomierz wirowy i jak działa?

Co to jest przepływ wirowy: fizyka stojąca za przepływomierzami wirowymi

Co to jest przepływ wirowy w kontekście pomiaru przepływu? Odnosi się do zjawiska wydzielania wirów, efektu mechaniki płynów, który pojawia się, gdy strumień płynu napotyka ciało o kształcie urwistym (nieopływowym). Płynący płyn nie może podążać za ostrymi konturami korpusu urwiska, oddziela się od jego powierzchni i tworzy naprzemienne wiry zgodnie z ruchem wskazówek zegara i przeciwnie do ruchu wskazówek zegara, które wypływają z obu stron korpusu w regularny, powtarzający się wzór. Ten wzór naprzemiennych wirów nazywany jest ulicą wirową Karmana i nazwaną na cześć węgiersko-amerykańskiego fizyka Theodore'a von Kármána, który matematycznie scharakteryzował to zjawisko na początku XX wieku.

Liczba Strouhala: dlaczego częstotliwość wirów jest równa prędkości przepływu

Kluczową zależnością fizyczną, która sprawia, że wydzielanie wirów jest przydatne do pomiaru przepływu, jest zależność Strouhala. Dla danej geometrii korpusu urwiska w danej rurze stosunek częstotliwości wydzielania wirów (f) do prędkości płynu (V) podzielony przez charakterystyczny wymiar korpusu urwiska (d) jest bezwymiarową stałą zwaną liczbą Strouhala (St):

St = f × d ÷ V

W przypadku dobrze zaprojektowanych korpusów przepływomierza wirowego liczba Strouhala wynosi stała w zakresie liczb Reynoldsa od około 10 000 do 4 000 000 , co oznacza, że częstotliwość wydzielania jest ściśle proporcjonalna do prędkości w tym szerokim zakresie. Przekształcenie relacji Strouhala daje:

f = St × V ÷ re

Ponieważ St i d są stałe dla danego korpusu licznika, pomiar częstotliwości f bezpośrednio daje prędkość V, a pomnożenie przez znane pole przekroju poprzecznego rury daje objętościowe natężenie przepływu. Oto cała zasada działania A Przepływomierz wirowy : liczyć wiry, obliczać prędkość, obliczać objętość. Miernik Współczynnik K (impulsy na jednostkę objętości) koduje połączoną liczbę Strouhala i geometrię rury w jedną stałą kalibracyjną, która przekształca surową liczbę impulsów na natężenie przepływu w elektronice przetwornika.

Jak wykrywane są wiry: technologie czujników

Zmienne wahania ciśnienia wywołane przez wiry są niewielkie (zwykle ok 0,1 do 10% ciśnienia w układzie ), ale mierzalne. Komercyjny Przepływomierz wirowy projekty wykorzystują kilka technologii czujników do wykrywania tych wahań ciśnienia:

• Czujniki piezoelektryczne: Najpowszechniej stosowana technologia wykrywania wirów. Kryształ piezoelektryczny zamontowany wewnątrz lub za listwą rozpraszającą generuje niewielki ładunek elektryczny w odpowiedzi na naprężenia mechaniczne spowodowane każdą zmianą ciśnienia. Czujniki piezoelektryczne są wytrzymałe, nie wymagają zewnętrznego zasilania samego elementu czujnikowego i działają w bardzo szerokim zakresie temperatur.
• Czujniki pojemnościowe: Cienka membrana ugina się w odpowiedzi na zmienne ciśnienie wirowe, zmieniając pojemność elementu detektora. Czujniki pojemnościowe zapewniają wysoką czułość przy niskich natężeniach przepływu i są stosowane w niektórych konstrukcjach mierników klasy premium w celu rozszerzenia zakresu na reżim niskiego przepływu.
• Detekcja wirów ultradźwiękowych: Niektóre konstrukcje liczników wykorzystują wiązkę ultradźwiękową, która przecina rurę prostopadle do przepływu. Każdy przechodzący wir moduluje wiązkę ultradźwiękową, a ta częstotliwość modulacji jest częstotliwością wydzielania wirów. Detekcja ultradźwiękowa nie ma zwilżonych części ruchomych i jest stosowana w zastosowaniach wymagających wysokiej czystości i korozyjności.

Liczba Reynoldsa i przepływ minimalny: praktyczne ograniczenie przepływu wirowego

Relacja Strouhala obowiązuje zwykle tylko powyżej minimalnej liczby Reynoldsa Re większy niż 10 000 do 20 000 w zależności od konkretnej konstrukcji licznika. Poniżej tego progu wydzielanie wirów staje się nieregularne i nieokresowe, co uniemożliwia dokładny pomiar przepływu. Określa to minimalne mierzalne natężenie przepływu dla danego płynu w danej wielkości licznika. Minimalna prędkość wymagana do utrzymania Re powyżej 10 000 zależy od lepkości kinematycznej płynu: dla wody o temperaturze 20°C jest to w przybliżeniu 0,3 do 0,5 m/s , natomiast dla olejów lepkich (powyżej 10 cSt) może być znacznie wyższa. To ograniczenie liczby Reynoldsa jest głównym powodem, dla którego przepływomierze wirowe nie nadają się do zastosowań z płynami o dużej lepkości.

Wstawiany przepływomierz wirowy: projektowanie, instalacja i dobór dużych rur

The wkładany przepływomierz wirowy to przyrząd przypominający sondę, przeznaczony do wkładania poprzez jednogwintowanie w ściankę rury, a nie instalowany liniowo jako element szpuli o pełnej średnicy. Sonda wchodzi w przekrój rury na głębokość, na której mierzy prędkość przepływu w określonym punkcie, a prędkość ta jest wykorzystywana do obliczenia średniej prędkości i objętościowego natężenia przepływu w całym przekroju rury na podstawie skalibrowanej zależności prędkości od przepływu. Wstawkowe mierniki wirowe są dominującym wyborem w przypadku rur o średnicy ok DN 200 (8 cali) gdzie pełnoprzelotowe mierniki wirowe stają się bardzo drogie i ciężkie.

Budowa wkładanego przepływomierza wirowego

Typowy wkładany przepływomierz wirowy składa się z:

• Korpus sondy wprowadzającej: Cylindryczny lub opływowy wał sondy przechodzący przez ściankę rury do strumienia przepływu. Długość sondy jest dopasowana do średnicy rury, dzięki czemu pręt przesypujący na końcówce sondy jest ustawiony na odpowiedniej głębokości pomiaru, zwykle przy 15 do 20% od osi rury lub na samej linii środkowej, w zależności od założeń profilu prędkości zastosowanych w kalibracji.
• Listwa rozpraszająca na końcówce sondy: Korpus w kształcie litery T lub D, który generuje wir w punkcie pomiarowym. Geometria przesiewacza jest obrabiana z zachowaniem precyzyjnych tolerancji, aby zapewnić stałą i powtarzalną liczbę Strouhala.
• Izolacja dławnicy lub zaworu kulowego: Sonda jest uszczelniona przed ciśnieniem w rurze za pomocą dławika w miejscu, w którym sonda wychodzi ze ścianki rury. Mierniki wirowe do wpinania na gorąco są wyposażone w zawór odcinający, który umożliwia wkładanie lub wycofywanie sondy, gdy rura znajduje się pod ciśnieniem i przepływem, bez przerywania procesu.
• Obudowa nadajnika: Obudowa elektroniki zamontowana na górze sondy, zawierająca obwód kondycjonowania sygnału, wyświetlacz (opcjonalnie) i elektronikę wyjściową. Obudowa ma stopień ochrony IP65 lub IP67 w zakresie ochrony środowiska.

Kalibracja głębokości wsunięcia i współczynnik profilu prędkości

Dokładność wkładany przepływomierz wirowy zależy przede wszystkim od znajomości zależności pomiędzy prędkością w punkcie wstawienia a średnią prędkością w całym przekroju rury. Zależność ta to współczynnik profilu prędkości (zwany także współczynnikiem miernika lub współczynnikiem wstawienia). Dla w pełni rozwiniętego turbulentnego profilu przepływu w rurze, stosunek prędkości w linii środkowej do prędkości średniej jest w przybliżeniu 1,2 do 1,25 , co oznacza, że prędkość w linii środkowej jest od 20 do 25% wyższa od średniej. Kiedy sonda jest włożona do linii środkowej, zmierzoną prędkość należy zatem podzielić przez ten współczynnik, aby uzyskać średnią prędkość. Na współczynnik profilu prędkości wpływają:

• Liczba Pipe’a Reynoldsa: Współczynnik profilu zmienia się wraz z liczbą Reynoldsa. Dokładny pomiar przepływu wymaga dokładnej znajomości Re lub użycia miernika o głębokości zanurzenia minimalizującej wrażliwość na kształt profilu (często w odległości około 1/6 promienia rury od linii środkowej).
• Zakłócenia w rurociągach po stronie dopływu: Zagięcia, zawory, trójniki i rozszerzanie się lub kurczenie rur zniekształcają profil prędkości z idealnego turbulentnego kształtu. Zniekształcone profile wymagają dłuższych prostych rur lub korektorów profili, aby osiągnąć znamionową dokładność.
• Dokładność głębokości wsunięcia: Sonda musi być umieszczona dokładnie na projektowanej głębokości wprowadzenia. Błąd Głębokość wprowadzenia 10 mm na rurze o średnicy 500 mm wprowadza błąd pomiaru wynoszący ok 1 do 3% w zależności od kształtu profilu prędkości w tym punkcie przekroju rury.

Zalety i ograniczenia wkładanych a pełnoprzelotowych mierników wirowych

Przepływomierz powietrza Vortex: pomiar sprężonego powietrza, powietrza HVAC i powietrza do spalania

A wirowy przepływomierz powietrza to jeden z najbardziej praktycznych przyrządów do pomiaru przepływu powietrza w zastosowaniach przemysłowych, komercyjnych i HVAC. Powietrze stwarza zarówno zalety, jak i wyzwania w pomiarze przepływu wirów: jego mała gęstość oznacza niskie wahania ciśnienia wywołane wirami (wymagające czułego wykrywania), ale jego niska lepkość oznacza, że ​​liczba Reynoldsa zwykle znacznie przekracza próg 10 000 dla wydzielania wirów, nawet przy umiarkowanych prędkościach w rurach o standardowych średnicach.

Pomiar sprężonego powietrza: najczęstsze zastosowanie wirowego przepływu powietrza

Instalacje sprężonego powietrza w zakładach produkcyjnych zazwyczaj pracują w temp Ciśnienie manometryczne od 6 do 10 barów . Dokładny pomiar zużycia sprężonego powietrza jest niezbędny do audytu energetycznego, wykrywania nieszczelności i przypisania kosztów powietrza do procesów produkcyjnych. Przepływomierze Vortex doskonale nadają się do pomiaru sprężonego powietrza, ponieważ:

• Brak ruchomych części: Przewody sprężonego powietrza przenoszą olej, wodę i cząstki stałe ze sprężarek. Przepływomierz wirowy pozbawiony ruchomych części i łożysk jest znacznie mniej podatny na zabrudzenie i zużycie niż miernik turbinowy lub miernik wyporowy w instalacjach sprężonego powietrza.
• Szeroki zakres przepływu: Zapotrzebowanie na sprężone powietrze w przemyśle jest bardzo zmienne i waha się od niemal zera do pełnej wydajności systemu w przypadku różnych zmian i scenariuszy produkcji. Współczynnik zakresu miernika wirowego wynosi 20:1 do 40:1 radzi sobie z tą zmiennością lepiej niż mierniki różnicy ciśnień, których zakres wynosi zazwyczaj od 3:1 do 5:1.
• Wydajność przepływu objętościowego lub masowego z kompensacją: Nowoczesne wirowy przepływomierz powietrzas zawierają czujniki temperatury i ciśnienia w tym samym przyrządzie, umożliwiając im generowanie zarówno rzeczywistego przepływu objętościowego (w warunkach liniowych), jak i standardowego przepływu objętościowego lub przepływu masowego (skorygowanego do warunków odniesienia typowo 20°C i 1 bar lub 0°C i 1,01325 bar). Jest to istotne przy rozliczaniu energii, gdzie masa zużytego powietrza (a nie jego objętość przy ciśnieniu w układzie) określa koszt energii sprężarki.

Pomiar przepływu powietrza HVAC za pomocą mierników wirowych

Do pomiaru przepływu powietrza w kanałach HVAC pod ciśnieniem atmosferycznym lub zbliżonym do niego, wkładany przepływomierz wirowys są szczególnie popularne, ponieważ kanały HVAC są zazwyczaj duże (od DN 200 do DN 1000 i większe) oraz mają prostokątną lub okrągłą konstrukcję z blachy, w której nie można zainstalować licznika pełnoprzelotowego. Miernik typu sonda jest instalowany przez pojedynczy otwór wywiercony w ścianie kanału, co nie wymaga wymiany odcinka kanału. Kluczowe uwagi dotyczące zastosowań wirowych HVAC:

• Zakres prędkości: Prędkości powietrza w kanałach HVAC zazwyczaj wahają się od 2 do 15 m/s . Mierniki Vortex działają komfortowo w tym zakresie, chociaż dolna granica zbliża się do minimalnego progu liczby Reynoldsa dla mniejszych rozmiarów kanałów. W przypadku kanałów zasilających HVAC o średnicy poniżej DN 150 przy małych prędkościach przed określeniem miernika wirowego należy sprawdzić, czy Re przekracza 10 000 przy minimalnych oczekiwanych warunkach przepływu.
• Zniekształcenie profilu w systemach HVAC: Kanały HVAC rzadko zapewniają odpowiednie proste przebiegi przed punktem pomiarowym. Ograniczenia przestrzenne oznaczają, że kolanka, wyloty wentylatorów, dyfuzory i przepustnice często znajdują się bezpośrednio przed miejscem, w którym należy umieścić wodomierz. W przypadku takich instalacji, aby osiągnąć akceptowalną dokładność, niezbędny jest wielopunktowy uśredniony pomiar metodą Pitota lub miernik wirowy z kondycjonerem przepływu bezpośrednio przed nim.

Pomiar mieszanki powietrza do spalania i powietrza do spalania gazu ziemnego

Przepływomierze wirowe służą do pomiaru przepływu powietrza do spalania w przemysłowych układach palników, kotłach i piecach, gdzie stosunek powietrza do paliwa (stosunek powietrza do paliwa) musi być precyzyjnie kontrolowany w celu zapewnienia wydajności spalania i zgodności z normami emisji. W tych zastosowaniach wirowy przepływomierz powietrza moc wyjściowa trafia bezpośrednio do układu zarządzania palnikiem lub sterownika spalania. Miernik musi być przystosowany do podwyższonych temperatur powietrza typowo spotykanych w układach wstępnego podgrzewania powietrza do spalania: przemysłowe temperatury wstępnego podgrzewania powietrza do spalania wynoszące 200 do 400°C są powszechne, a miernik musi być wyposażony w materiały zwilżane w wysokiej temperaturze i elektronikę z kompensacją temperatury.

Przepływomierz Vortex do zastosowań parowych: Pomiar pary nasyconej i przegrzanej

The Przepływomierz wirowy do zastosowań parowych jest jednym z najważniejszych technicznie i komercyjnie zastosowań technologii wirowej. Pomiar przepływu pary był w przeszłości zdominowany przez mierniki różnicy ciśnień (DP) z kryzami, ale doskonała dokładność, mniejsze wymagania konserwacyjne i możliwość bezpośredniego przepływu masowego przepływomierzy wirowych sprawiły, że są one preferowanym wyborem do zastosowań parowych w nowoczesnych zakładach procesowych i systemach użyteczności publicznej.

Dlaczego pomiar pary jest trudny i dlaczego mierniki Vortex są doskonałe

Pomiar pary stanowi wyzwanie z kilku powodów, które sprawiają, że wiele technologii pomiaru przepływu jest nieodpowiednich:

• Wysoka temperatura i ciśnienie: Przemysłowe systemy parowe pracują w temperaturach od 100°C do 400°C i naciski ze strony 0,5 bara do 40 barów , warunki ograniczające użycie instrumentów z gumowymi uszczelkami, zwilżoną elektroniką lub elementami termoplastycznymi.
• Zmienna gęstość: Gęstość pary zmienia się znacząco wraz ze zmianą temperatury i ciśnienia. Pomiar przepływu masowego wymaga znajomości gęstości płynu w warunkach liniowych albo poprzez bezpośredni pomiar gęstości, albo poprzez obliczenie gęstości na podstawie zmierzonej temperatury i ciśnienia przy użyciu tabel parowych. Mierniki różnicy ciśnień mierzą przepływ objętościowy i wymagają oddzielnej kompensacji gęstości; mierniki wirowe ze zintegrowaną kompensacją temperatury i ciśnienia zapewniają bezpośredni przepływ masowy.
• Ryzyko kondensacji: W rurach parowych mogą znajdować się kropelki ciekłego kondensatu, szczególnie podczas uruchamiania i w przypadku źle konserwowanych systemów. Plamy cieczy uderzające w czujnik różnicy ciśnień lub element miernika wyporowego mogą spowodować uszkodzenie lub trwałe przesunięcie kalibracji. Mierniki wirowe z solidnymi metalowymi prętami oddzielającymi i solidnymi czujnikami piezoelektrycznymi tolerują ślimaki kondensatu znacznie lepiej niż alternatywy.
• Brak ruchomych części: Para o wysokiej temperaturze i ciśnieniu wymaga elementów instrumentu, które tolerują powtarzające się cykle termiczne, pulsacje ciśnienia i erozyjne działanie porwanych cząstek lub kropelek. Mierniki wirowe nie mają ruchomych części w strumieniu przepływu, które mogłyby się zużywać, zacinać lub wymagać okresowej wymiany.

Para nasycona a para przegrzana: rozważania dotyczące miernika wirowego

Przepływomierze Vortex obsługują zarówno parę nasyconą, jak i przegrzaną, ale podejście pomiarowe i wymagane pomiary dodatkowe różnią się:

• Para nasycona: W momencie nasycenia temperatura i ciśnienie są powiązane krzywą nasycenia pary. Do określenia stanu pary i obliczenia gęstości na podstawie tabel pary wystarczy pomiar temperatury lub ciśnienia. W przypadku zastosowań z parą nasyconą, a Przepływomierz wirowy do zastosowań parowych dzięki zintegrowanemu czujnikowi ciśnienia (i opcjonalnie czujnikowi temperatury) może obliczać gęstość w czasie rzeczywistym i bezpośrednio wyprowadzać przepływ masowy. Typowy zakres zintegrowanych czujników ciśnienia dla liczników pary nasyconej to: Absolutne ciśnienie od 0 do 25 barów z dokładnością ±0,1 do ±0,5% .
• Para przegrzana: Para przegrzana znajduje się całkowicie w fazie gazowej, bez obecności cieczy. Jego gęstość jest niezależnie funkcją temperatury i ciśnienia. Miernik wirowy do pary przegrzanej musi mierzyć zarówno temperaturę w linii, jak i ciśnienie w linii oraz wykorzystywać równania stanu pary (zazwyczaj ze standardowych tabel pary IAPWS-IF97) do obliczenia gęstości w czasie rzeczywistym. Wynik masowego przepływu wynosi zatem: Przepływ masowy = przepływ objętościowy × gęstość (T, P). Najnowocześniejsza wielozmienna przetwornik przepływu typu wirowegos wykonać to obliczenie wewnętrznie.

Specyfikacje materiałowe i temperaturowe miernika wirowego pary

W przypadku pracy z parą korpus przepływomierza wirowego i elementy wewnętrzne muszą spełniać określone wymagania materiałowe:

• Materiał korpusu: Stal węglowa ASTM A105 lub stal nierdzewna ASTM A182 (SS316 / SS316L) do standardowych zastosowań parowych. Dla pary wysokociśnieniowej powyżej 25 barów lub pary z zanieczyszczeniami korozyjnymi (siarka, chlorki) zaleca się stopy SS316 lub wyższe (Hastelloy C, Duplex SS).
• Ocena temperatury: Standardowe Przepływomierze wirowe do zastosowań parowych są oceniane 260°C do 320°C . Wersje wysokotemperaturowe dla pary przegrzanej są przystosowane do 400°C do 450°C , zazwyczaj z wydłużoną szyjką, która odsuwa elektronikę przetwornika od gorących przyłączy procesowych, aby utrzymać elektronikę w określonym zakresie roboczym.
• Ocena ciśnienia: Standardowe wafer-body vortex meters are rated to PN 40 (40 barów) w rozmiarach od DN 15 do DN 100. Korpusy kołnierzowe w tym samym zakresie rozmiarów zazwyczaj posiadają wartości znamionowe ciśnienia ANSI Class 300 lub Class 600 odpowiadające 51 barów i 102 barów odpowiednio w temperaturze roboczej 38°C.

Przetwornik przepływu typu Vortex: elektronika, wyjścia i protokoły komunikacyjne

A przetwornik przepływu typu wirowego to moduł elektroniczny, który przyjmuje surowy sygnał impulsu wirowego z czujnika (piezoelektryczny, pojemnościowy lub ultradźwiękowy), przetwarza go za pomocą algorytmów kondycjonowania i filtrowania sygnału, oblicza natężenie przepływu i przesyła wynik do systemu sterowania lub systemu akwizycji danych za pośrednictwem jednego lub więcej standardowych sygnałów wyjściowych. W nowoczesnych przyrządach przetwornik jest fizycznie zintegrowany z korpusem miernika, a nie jest oddzielnym urządzeniem do montażu zdalnego, co nadaje kompaktowemu zespołowi oznaczenie „inteligentnego nadajnika”.

Kondycjonowanie sygnału: od surowych impulsów do czystego sygnału przepływu

Surowy sygnał z czujnika wirów jest sygnałem przemiennym o niskiej amplitudzie, którego częstotliwość reprezentuje szybkość wydzielania się wirów. W środowiskach procesowych sygnał ten jest zanieczyszczony przez kilka źródeł zakłóceń przetwornik przepływu typu wirowego musi odrzucić:

• Wibracje rury: Wibracje mechaniczne pochodzące z pomp, sprężarek i rezonanse strukturalne przenoszą się na korpus miernika i generują fałszywe sygnały na czujniku, które można błędnie zinterpretować jako impulsy wirowe. Nowoczesne przetworniki wykorzystują algorytmy adaptacyjnego przetwarzania sygnału i dyskryminacji częstotliwości, aby odróżnić prawdziwe częstotliwości wirowe (które płynnie śledzą zmiany przepływu) od szumu wywołanego wibracjami (który jest zazwyczaj szerokopasmowy lub o stałych częstotliwościach harmonicznych).
• Hałas przy niskim przepływie: W pobliżu minimalnego wykrywalnego przepływu wydzielanie wirów staje się nieregularne, a poszczególne wiry są trudne do odróżnienia od hałasu. Zaawansowane przetworniki wykorzystują analizę statystyczną sygnału do wykrywania obecności spójnej częstotliwości wirowej nawet przy bardzo niskim stosunku sygnału do szumu, zwiększając efektywne minimalne natężenie przepływu.
• Zakłócenia elektryczne (EMI/RFI): Środowiska przemysłowe zawierają silne pola elektromagnetyczne pochodzące z napędów o zmiennej prędkości, kabli zasilających, sprzętu spawalniczego i nadajników radiowych. Elektronika przetwornika musi obejmować odpowiednie ekranowanie, filtrowanie i izolację, aby zapobiec wpływowi tych sygnałów na pomiar.

Sygnały wyjściowe i protokoły komunikacyjne

A przetwornik przepływu typu wirowego zapewnia jeden lub więcej z następujących sygnałów wyjściowych, w zależności od modelu i konfiguracji:

• Wyjście analogowe 4 do 20 mA: Uniwersalny standard branżowy w zakresie przenoszenia natężenia przepływu. Przetwornik odwzorowuje 4 mA na przepływ zerowy (lub skonfigurowane zero zakresu wyjściowego) i 20 mA na maksymalne skonfigurowane natężenie przepływu. Sygnał 4 do 20 mA jest odporny na wpływ rezystancji linii (w granicach rezystancji kabla) i można go łatwo podłączyć do dowolnego wejścia PLC, DCS lub miernika panelowego.
• Wyjście impulsowe (wyjście częstotliwościowe): Cyfrowy ciąg impulsów, w którym każdy impuls reprezentuje stałą objętość płynu (współczynnik K licznika). Wyjścia impulsowe są wykorzystywane do sumowania w systemach kontroli partii, systemach zarządzania energią i zastosowaniach związanych z transferem rozliczeniowym, gdzie potrzebny jest licznik całkujący, a nie wyświetlanie chwilowego natężenia przepływu.
• Protokół HART: HART (Highway Addressable Remote Transducer) to cyfrowy protokół komunikacyjny nałożony na sygnał analogowy 4–20 mA. Umożliwia dwukierunkową komunikację cyfrową w celu konfiguracji, diagnostyki i dostępu do zmiennych wtórnych (temperatura, ciśnienie, gęstość) bez dodatkowego okablowania. HART jest najszerzej stosowanym protokołem cyfrowym w przemyśle procesowym i stanowi standard w prawie wszystkich nowoczesnych urządzeniach przetwornik przepływu typu wirowegos .
• FOUNDATION Fieldbus i PROFIBUS PA: W pełni cyfrowe protokoły magistrali polowej, które umożliwiają wielu przyrządom współdzielenie jednej pary kabli, zapewniają pełną diagnostykę i konfigurację ze sterowni oraz obsługują zaawansowane funkcje, takie jak wykonywanie bloków funkcyjnych w samym przetworniku. Stosowany w nowo budowanych zakładach produkcyjnych i rozbudowach rafinerii, gdzie wymagana jest pełna infrastruktura cyfrowa.
• Modbus RTU lub TCP/IP: Stosowany w systemach uzdatniania wody, automatyce budynków i systemach HVAC, gdzie standardem są systemy SCADA lub systemy zarządzania budynkiem kompatybilne z Modbus. Wiele wkładany przepływomierz wirowys do zastosowań HVAC i wodnych zapewniają Modbus RS-485 jako standardowe wyjście.

Wielowymiarowe przetworniki wirowe: zintegrowana temperatura, ciśnienie i gęstość

Wielozmienna przetwornik przepływu typu wirowego integruje pomiar temperatury (RTD lub termopara), pomiar ciśnienia (zintegrowany przetwornik ciśnienia) i pomiar przepływu (czujnik wirowy) w jednym pakiecie przyrządów. Przetwornik oblicza gęstość płynu w czasie rzeczywistym na podstawie zmierzonej temperatury i ciśnienia, korzystając z wbudowanych równań stanu dla pary, gazu ziemnego, powietrza i innych popularnych płynów procesowych, a następnie mnoży przepływ objętościowy przez obliczoną gęstość, aby bezpośrednio uzyskać wyjściowy przepływ masowy. Kluczowe zalety przetworników wielowymiarowych:

• Zmniejszona liczba instrumentów: Jeden wielowymiarowy przetwornik wirowy zastępuje przepływomierz wirowy, przetwornik temperatury, przetwornik ciśnienia i zewnętrzny przelicznik przepływu. Zmniejsza to znacznie koszty zakupu, instalacji, konserwacji i kalibracji.
• Większa dokładność przepływu masowego: Gdy temperatura i ciśnienie są mierzone dokładnie w tym samym punkcie, co prędkość przepływu i przetwarzane w ramach tej samej elektroniki, eliminowane są błędy czasowe i przestrzenne pochodzące z oddzielnych przyrządów. Poprawia to dokładność przepływu masowego w porównaniu z systemem, w którym temperatura i ciśnienie są mierzone w oddzielnych punktach.
• Wydajność przepływu energii (przepływu ciepła): W przypadku zastosowań z parą i gorącą wodą wielowymiarowy przetwornik może generować przepływ energii (w megadżulach na godzinę lub BTU na godzinę), łącząc przepływ masowy z entalpią płynu uzyskaną z pomiarów temperatury i ciśnienia. Ta bezpośrednia produkcja energii jest wykorzystywana w pomiarach pary do celów rozliczeń za media i zarządzania energią bez zewnętrznego przelicznika przepływu.

Instalacja przepływomierza Vortex: wymagania dotyczące rur prostych, orientacja i uruchomienie

Prawidłowa instalacja jest najważniejszym czynnikiem decydującym o tym, czy a Przepływomierz wirowy osiąga określoną dokładność w eksploatacji. Nawet najlepiej skalibrowany miernik będzie dawać słabe wyniki, jeśli zostanie zainstalowany bez odpowiedniej prostej rury poprzedzającej, w orientacji zatrzymującej gaz lub ciecz w niewłaściwym miejscu lub bez zwracania uwagi na przyłącza procesowe.

Wymagania dotyczące rur prostych przed i za rurociągiem

Przepływomierze Vortex wymagają w pełni rozwiniętego, niezniekształconego profilu prędkości, aby osiągnąć kalibrowaną dokładność. Zaburzenia rurociągu przed rurociągiem (kolana, zawory, rozprężacze, redukcje) zniekształcają profil i wprowadzają błąd systematyczny. Minimalne wymagania dotyczące rur prostych (D = średnica wewnętrzna rury):

• Pojedynczy łuk 90 stopni: Minimalne 15D w górę licznika
• Dwa zakręty 90 stopni w tej samej płaszczyźnie: Minimalne 20D w górę
• Dwa zagięcia pod kątem 90 stopni w różnych płaszczyznach (poza płaszczyzną): Minimalne 25D w górę
• Całkowicie otworzyć zasuwę lub zawór kulowy: Minimalne 10D w górę
• Zawór regulacyjny (częściowo otwarty): Minimalne 30D do 50D w górę z powodu poważnego zniekształcenia profilu
• Wymagania dalsze: Minimalne 5D w dół licznika before any fitting or valve

Jeżeli wymagania dotyczące rur prostych nie mogą zostać spełnione ze względu na ograniczenia przestrzenne, a kondycjoner przepływu (taki jak wiązka rurek, płyta perforowana lub kondycjoner typu CPA 50E) zainstalowany bezpośrednio przed licznikiem może zredukować wymagany prosty odcinek rury do 10D lub mniej poprzez ujednolicenie profilu przepływu zanim dotrze on do licznika.

Orientacja montażu: Rury poziome, pionowe i nachylone

Przepływomierz wirowys można instalować na rurach poziomych, pionowych lub nachylonych, należy jednak wziąć pod uwagę orientację montażu przetwornika i kierunek przepływu względem grawitacji:

• Pozioma instalacja rurowa: Obudowa przetwornika powinna być zamontowana z boku (na godzinie 3 lub 9 na rurze), a nie na górze (na godzinie 12) w przypadku pracy z parą lub gazem, aby zapobiec gromadzeniu się kondensatu w korpusie licznika. W przypadku cieczy preferowany jest również montaż boczny, aby zapobiec gromadzeniu się kieszeni gazowych w górnej części korpusu licznika.
• Pionowa instalacja rurowa: W przypadku cieczy, kierunek przepływu musi być skierowany w górę (od dołu do góry) w pionowej instalacji rurowej, aby zapewnić, że korpus licznika pozostanie wypełniony cieczą. Przepływ w dół w pionowej rurze doprowadzającej ciecz może spowodować częściowe napełnienie, które poważnie pogarsza dokładność. W przypadku instalacji gazowej i parowej dopuszczalny jest kierunek przepływu w górę lub w dół w przypadku instalacji pionowej.
• Orientacja nadajnika: Obudowa przetwornika i wyświetlacz powinny być zwrócone w kierunku umożliwiającym łatwy odczyt przez operatorów i łatwy dostęp w celu konserwacji bez przyjmowania niewygodnej postawy. W przypadku rurociągów poziomych przetwornik można zazwyczaj obracać w dowolną orientację w odstępach co 90 stopni po zainstalowaniu licznika, aby zoptymalizować czytelność.

Często zadawane pytania dotyczące przepływomierzy Vortex

1. Co to jest przepływ wirowy i w jaki sposób przepływomierz Vortex wykorzystuje go do pomiaru?

Co to jest przepływ wirowy w kategoriach pomiarowych? Jest to zjawisko wydzielania wirów Karmana: kiedy płyn przepływa przez ciało urwiste (pręt rozpraszający), naprzemienne wiry są wyrzucane z każdej strony ciała w regularny sposób. Częstotliwość wydzielania jest wprost proporcjonalna do prędkości płynu zgodnie z zależnością Strouhala (f = St × V ÷ d). A Przepływomierz wirowy zlicza tę częstotliwość za pomocą czujnika piezoelektrycznego lub pojemnościowego, przekształca częstotliwość na prędkość, mnoży przez powierzchnię rury i wyprowadza objętościowe lub masowe natężenie przepływu. Liczba Strouhala pozostaje stała dla liczb Reynoldsa powyżej około 10 000 do 4 000 000, co daje pomiar liniowy w tym szerokim zakresie.

2. Jakie są zalety wkładanego przepływomierza wirowego w porównaniu z pełnoprzelotowym przepływomierzem liniowym?

An wkładany przepływomierz wirowy oferuje znaczne korzyści finansowe w przypadku rur o dużej średnicy, w przypadku których miernik liniowy o pełnym średnicy wymagałby dużych, ciężkich i drogich elementów szpuli z kołnierzem. Miernik zanurzeniowy wykorzystuje gwint pojedynczej rury, może być gwintowany na gorąco (instalowany bez zatrzymywania procesu w systemach pod ciśnieniem), wytwarza bardzo niski spadek ciśnienia (tylko sonda, a nie pełny otwór) i obsługuje rury o średnicach od DN 50 do DN 2000 i większych przy tej samej kompaktowej konstrukcji sondy. Kompromisem jest dokładność: zwykle osiągają to mierniki wtrąceniowe ±1,5 do ±3,0% odczytu kontra ±0,5 do ±1,0% dla projektów pełnoprzelotowych, ponieważ pomiar prędkości punktowej wprowadza dodatkową niepewność wynikającą z założenia profilu prędkości.

3. Czy przepływomierz wirowy nadaje się do pomiaru zużycia energii sprężonego powietrza?

Tak. A wirowy przepływomierz powietrza ze zintegrowaną kompensacją temperatury i ciśnienia, jest idealny do rozliczania energii sprężonego powietrza. Przetwornik wielozmienny przekształca przepływ objętościowy w linii na standardowy przepływ objętościowy (w odniesieniu do zdefiniowanych warunków standardowych) lub bezpośrednio na przepływ masowy, który określa zużycie energii sprężarki. Wysoki współczynnik zakresu miernika wirowego ( 20:1 do 40:1 ) radzi sobie z dużą zmiennością zapotrzebowania na sprężone powietrze w zależności od zmiany i stanu produkcji, a jego konstrukcja pozbawiona ruchomych części jest dobrze dostosowana do sprężonego powietrza, które może zawierać porywany olej lub wilgoć.

4. Dlaczego w zastosowaniach parowych preferowany jest przepływomierz wirowy zamiast kryzy?

A Przepływomierz wirowy do zastosowań parowych przewyższa tradycyjny miernik różnicy ciśnień z kryzą w instalacjach parowych z kilku powodów: zapewnia wyższą dokładność ( ±1,0% odczytu vs. ±2 do ±3% dla typowej instalacji z kryzą), zapewnia znacznie szerszą zakresowość ( 20:1 do 30:1 vs. 3:1 do 5:1 dla DP), nie wymaga przewodów impulsowych, które mogłyby się zatkać lub zamarznąć, nie ma cienkiej kryzy, która ulega erozji pod wpływem pary, a w swojej wielowymiarowej formie zapewnia bezpośredni przepływ masowy bez oddzielnego przelicznika przepływu. Miernik wirowy radzi sobie również lepiej ze ślimakami kondensatu niż mierniki DP z mokrymi nóżkami.

5. Jakie wyjścia zapewnia przetwornik przepływu typu wirowego?

A przetwornik przepływu typu wirowego zazwyczaj zapewnia Wyjście analogowe 4 do 20 mA reprezentujący natężenie przepływu, a wyjście impulsowe lub częstotliwościowe do sumowania i komunikacji cyfrowej poprzez Protokół HART (najczęściej), FOUNDATION Fieldbus, PROFIBUS PA lub Modbus RTU/TCP w zależności od modelu. Przetworniki wielowymiarowe mogą zapewniać wiele wyjść 4–20 mA lub przesyłać wszystkie zmienne (przepływ, temperatura, ciśnienie, gęstość, przepływ masowy) za pośrednictwem pojedynczego cyfrowego połączenia magistrali polowej. Wyjście impulsowe jest szczególnie ważne w zastosowaniach związanych z transferem rozliczeniowym i kontrolą wsadu, gdzie wymagany jest licznik całkujący rzeczywistej objętości płynu, a nie sygnał chwilowej prędkości.

6. Czy przepływomierz Vortex może mierzyć zarówno gaz, jak i ciecz w tym samym korpusie miernika?

Ten sam korpus miernika wirowego może mierzyć zarówno gazy, jak i ciecze, ponieważ zależność Strouhala obowiązuje dla każdego płynu powyżej minimalnego progu liczby Reynoldsa. Jednakże miernik musi być odpowiednio dobrany do każdego płynu (wymagania dotyczące zakresu prędkości różnią się znacznie dla gazów i cieczy ze względu na różnice w gęstości), a przetwornik musi być skonfigurowany pod kątem odpowiednich właściwości płynu dla każdej usługi. W praktyce miernik dobrany do zastosowania z gazem jest zazwyczaj za duży do zastosowania z cieczą w tej samej rurze, ponieważ ciecz wymaga znacznie niższych prędkości dla tego samego przepływu masowego. Większość użytkowników określa oddzielne liczniki dla gazu i cieczy, zamiast próbować używać tego samego licznika dla obu.

7. Jakie jest minimalne natężenie przepływu, które może zmierzyć przepływomierz Vortex?

Minimalne mierzalne natężenie przepływu a Przepływomierz wirowy jest określany na podstawie progu liczby Reynoldsa dla stabilnego wydzielania wirów, zwykle Re > 10 000 do 20 000, w zależności od konstrukcji licznika. Dla wody o temperaturze 20°C w mierniku DN 50 odpowiada to minimalnej prędkości wynoszącej w przybliżeniu 0,3 do 0,5 m/s i minimalne natężenie przepływu około 0,3 do 0,6 m³/h . W przypadku gazów i pary prędkość minimalna może wynosić 1 do 3 m/s ze względu na niższą liczbę Reynoldsa na jednostkę prędkości w płynach o małej gęstości. Aby potwierdzić minimalną zdolność przepływu dla określonego płynu, temperatury, ciśnienia i rozmiaru rury, należy zawsze używać oprogramowania producenta do doboru.

8. Ile prostych rur potrzeba przed przepływomierzem wirowym?

Wymagania dotyczące rur prostych w górę dla a Przepływomierz wirowy wahać się od 10D do 50D w zależności od rodzaju zakłócenia poprzedzającego. Pojedyncze zagięcie pod kątem 90 stopni wymaga minimum 15D; dwa zakręty poza płaszczyzną wymagają 25D; zawór regulacyjny przy częściowym otwarciu wymaga 30D do 50D. Poniżej wymagane jest minimum 5D przed jakąkolwiek złączką lub zaworem. Gdy przestrzeń instalacyjna jest niewystarczająca, kondycjoner przepływu zmniejsza zapotrzebowanie na wlocie do około 10D, niezależnie od konfiguracji na wlocie. The wkładany przepływomierz wirowy zazwyczaj wymaga większej długości prostej rury przed miernikiem niż mierniki o pełnym prześwicie (15D do 30D), ponieważ pomiar prędkości punktowej jest bardziej czuły na zniekształcenie profilu.

9. Jakie ciecze NIE nadają się do przepływomierzy wirowych?

Przepływomierz wirowys nie nadają się do: płynów o dużej lepkości (powyżej około 10 do 20 cSt w temperaturze roboczej), gdzie liczba Reynoldsa nie może utrzymać się powyżej 10 000 przy praktycznych prędkościach przepływu; szlamy i płyny o dużej zawartości cząstek stałych, które mogą spowodować erozję listwy przesypowej lub osad na czujniku; przepływy wielofazowe, w których ciecz i gaz występują jednocześnie w znacznych ilościach (para mokra o jakości poniżej około 0,8 lub ciecz zawierająca więcej niż około 2% gazu objętościowo); przepływy pulsacyjne, w których częstotliwość pulsacji pokrywa się z oczekiwanym zakresem częstotliwości wirów; oraz bardzo niskie natężenia przepływu w małych rurach, w których nie można osiągnąć wymaganej prędkości minimalnej bez przekroczenia maksymalnego dopuszczalnego spadku ciśnienia.

10. W jaki sposób dobiera się przepływomierz wirowy do zastosowań parowych dla konkretnego systemu parowego?

Rozmiar A Przepływomierz wirowy do zastosowań parowych wymaga znajomości minimalnego i maksymalnego masowego natężenia przepływu, ciśnienia pary i temperatury w punkcie pomiarowym oraz rozmiaru rury. Na podstawie przepływu masowego i gęstości pary (obliczonych z ciśnienia i temperatury za pomocą tabel parowych) wyznacza się przepływ objętościowy i prędkość. Rozmiar przepływomierza dobiera się w taki sposób, aby minimalna prędkość przepływu przekraczała minimalną prędkość licznika w celu zapewnienia stabilnego wydzielania wirów (zwykle 1,5 do 2,5 m/s dla pary), a maksymalna prędkość przepływu nie przekracza wartości maksymalnej znamionowej licznika (zazwyczaj 50 do 80 m/s dla pary). Wynikowy zakres prędkości określa zakres działania miernika w trakcie pracy. Większość producentów udostępnia oprogramowanie do doboru lub narzędzia internetowe, które wykonują te obliczenia automatycznie, jeśli zostaną podane warunki pary i zakres przepływu.