Вихревой расходомер — это тип расходомера, использующий естественное явление, возникающее при обтекании жидкостью плоского объекта. Вихревые расходомеры работают по принципу вихреобразования, при котором вихри (или завихрения) поочередно образуются ниже объекта по потоку. Частота вихреобразования прямо пропорциональна скорости жидкости, протекающей через расходомер.
Вихревые расходомеры оптимально подходят для измерения расхода, где наличие подвижных частей представляет проблему. Они доступны в исполнении из промышленного материала, латуни или полностью пластика. Они малочувствительны к изменениям условий процесса и, благодаря отсутствию подвижных частей, характеризуются относительно низким износом по сравнению с другими типами расходомеров.
Конструкция вихревого расходомера
Вихревой расходомер обычно изготавливается из нержавеющей стали марки 316 или сплава «Хастеллой» и включает в себя корпус обтекателя, узел вихревого датчика и электронный преобразователь, хотя последний может быть установлен и удалённо (рис. 2). Обычно они доступны с фланцами размером от 1,5 до 30 см. Стоимость установки вихревых расходомеров сопоставима со стоимостью установки диафрагменных расходомеров размером менее 15 см. Счётчики с бесфланцевым корпусом (бесфланцевые) имеют самую низкую стоимость, в то время как фланцевые расходомеры предпочтительны, если технологическая среда опасна или имеет высокую температуру.
Для достижения желаемых характеристик были проведены эксперименты с формами и размерами плохообтекаемых тел (квадратными, прямоугольными, Т-образными, трапециевидными). Испытания показали, что линейность, ограничение по низкому числу Рейнольдса и чувствительность к искажению профиля скорости мало зависят от формы плохообтекаемого тела. Ширина плохообтекаемого тела должна составлять достаточно большую долю диаметра трубы, чтобы весь поток участвовал в отрыве. Во-вторых, плохообтекаемое тело должно иметь выступающие кромки на поверхности, обращенной вверх по потоку, для фиксации линий отрыва потока независимо от расхода. В-третьих, длина плохообтекаемого тела в направлении потока должна быть кратна его ширине.
Сегодня в большинстве вихревых расходомеров используются пьезоэлектрические или ёмкостные датчики для регистрации колебаний давления вокруг обтекаемого тела. Эти датчики реагируют на колебания давления низковольтным выходным сигналом, частота которого совпадает с частотой колебаний. Такие датчики модульные, недорогие, легко заменяемые и могут работать в широком диапазоне температур – от криогенных жидкостей до перегретого пара. Датчики могут располагаться как внутри корпуса расходомера, так и снаружи. Смачиваемые датчики подвергаются воздействию колебаний давления вихря и заключены в прочные корпуса, устойчивые к коррозии и эрозии.
Внешние датчики, обычно пьезоэлектрические тензорезисторы, косвенно регистрируют образование вихрей, воздействуя на стержень обтекателя. Внешние датчики предпочтительны в условиях высокой эрозионной/коррозионной среды для снижения затрат на обслуживание, в то время как внутренние датчики обеспечивают более широкий диапазон измерения (более высокую чувствительность к расходу). Они также менее чувствительны к вибрации трубопровода. Корпус электронного блока обычно имеет взрывозащищенное и атмосферостойкое исполнение и содержит электронный модуль датчика, концевые соединения и, опционально, индикатор расхода и/или сумматор.
Типы вихревых расходомеров
Интеллектуальные вихревые расходомеры выдают цифровой выходной сигнал, содержащий больше информации, чем просто расход. Микропроцессор расходомера может автоматически корректировать условия недостаточной прямолинейности трубопровода, а также разницу между диаметром отверстия и диаметром стыка.
Приложения и ограничения
Вихревые расходомеры обычно не рекомендуются для дозирования или других задач с прерывистым потоком. Это связано с тем, что заданный расход капельного потока на станции дозирования может оказаться ниже минимального числа Рейнольдса расходомера. Чем меньше общий объём партии, тем выше вероятность возникновения погрешности.
Газы низкого давления (низкой плотности) не создают достаточно сильного импульса давления, особенно при низких скоростях потока. Поэтому в таких условиях, вероятно, диапазон измерения расходомера будет ограничен, и измерение малых расходов будет невозможным. С другой стороны, если ограниченный диапазон измерения приемлем, а расходомер правильно подобран для нормального расхода, вихревой расходомер всё равно можно рассмотреть.
Время публикации: 21 марта 2024 г.