Что такое вихревой расходомер
Вихревой расходомер — это скоростной расходомер, основанный на принципе вихревой дорожки Кармана, предназначенный главным образом для измерения объёмного расхода жидкости, газа или пара. Благодаря отсутствию движущихся частей, высокой надёжности и широкой применимости он широко используется в промышленных технологических измерениях.
I. Принцип работы
1. Явление вихревой дорожки Кармана
Когда поток жидкости проходит через тело обтекания (например, цилиндр, треугольную призму и т. д.) внутри трубопровода, за телом обтекания попеременно образуются два ряда несимметричных вихрей. Эти вихри располагаются подобно фонарям по обе стороны улицы, что называется вихревой дорожкой Кармана.
Частота вихрей (f) связана со скоростью потока (v), шириной тела обтекания (d) и числом Рейнольдса потока. Формула имеет вид:
где St — число Струхаля (безразмерная константа, приблизительно постоянная в определённом диапазоне чисел Рейнольдса).
2. Расчёт расхода
Измеряя частоту вихрей f и используя площадь поперечного сечения трубопровода A, можно рассчитать объёмный расход жидкости Q:
II. Конструкция
1. Тело обтекания
- Форма: обычно цилиндрическая, треугольная призма, прямоугольная призма и т. д. Треугольная призма широко применяется благодаря стабильным вихрям и сильному сигналу.
- Назначение: принудительное создание вихрей в потоке и оптимизация их стабильности и постоянства частоты за счёт формы.
2. Чувствительный элемент частоты
- Типы: обычно пьезоэлектрические датчики, ёмкостные датчики, термисторы и т. д.
- Назначение: обнаружение вибраций или изменений давления, вызванных вихрями, и вывод электрического сигнала.
3. Блок обработки сигнала
- Функция: усиление, фильтрация и цифровая обработка электрического сигнала чувствительного элемента, расчёт частоты вихрей и расхода, вывод через дисплей или интерфейс связи.
4. Трубопровод и соединительные элементы
- Включают прямые участки до и после расходомера (для обеспечения стабильности потока), фланцевые или резьбовые соединения и т. д.
III. Основные характеристики
1. Преимущества
- Высокая точность измерения (обычно ±1%~±1,5%), хорошая повторяемость.
- Широкий диапазон измерений, диапазонность до 10:1~20:1.
- Отсутствие движущихся частей, малые потери давления, высокая надёжность, низкие затраты на обслуживание.
- Возможность измерения жидкости, газа, пара, широкая применимость.
2. Недостатки
- Предъявляются определённые требования к числу Рейнольдса потока; при низких числах Рейнольдса погрешность измерения возрастает.
- Чувствительность к распределению скоростей в трубопроводе, требуется строгое соблюдение длин прямых участков до и после расходомера (обычно 10D до и 5D после, где D — внутренний диаметр трубопровода).
- Не подходит для потоков с низкой скоростью, высокой вязкостью или содержащих большое количество примесей (например, шламов).
- Вибрации могут создавать помехи измерительному сигналу, требуется принятие мер виброизоляции.
IV. Области применения
1. Промышленные технологические измерения
Часто используется в нефтяной, химической, металлургической, энергетической и других отраслях для измерения расхода воды, нефти, пара, воздуха и других сред. Например: контроль расхода пара в химических трубопроводах, измерение расхода сточных вод на очистных сооружениях.
2. Коммерческие расчёты и мониторинг энергосбережения
Благодаря высокой точности может использоваться для учёта энергоресурсов (например, коммерческие расчёты за пар) или анализа энергопотребления оборудования.
3. Измерение чистых жидкостей
Подходит для чистых, низковязких жидкостей; не подходит для сред, содержащих частицы, волокна или склонных к кристаллизации.
V. Ключевые аспекты выбора и установки
1. Ключевые параметры выбора
- Тип среды, температура, давление, диапазон скоростей потока;
- Размер трубопровода, способ монтажа (фланцевое соединение, зажимной и т. д.);
- Тип выходного сигнала (например, 4~20 мА, импульсный, RS485 и т. д.).
2. Требования к установке
- Обеспечить длину прямых участков до и после расходомера, избегать влияния клапанов, отводов, переходов и т. д. на распределение скоростей;
- Устанавливать датчик соосно с трубопроводом, избегать эксцентриситета;
- В условиях вибрации необходимо устанавливать виброопоры; при измерении газа избегать скопления жидкости в трубопроводе.