Вихревого расходомера на какое давление
Содержание статьи
Вихревой расходомер
Внешний вид вихревого расходомера
Вихрево́й расходоме́р — разновидность расходомера, принцип действия которого основан на измерении частоты колебаний, возникающих в потоке в процессе вихреобразования.
Расходомеры (счётчики) количества вещества являются важными элементами систем учёта потребления энергоресурсов и управления технологическими процессами в различных отраслях промышленности и жилищно-коммунальном хозяйстве[1][2][3][4][5]. Наиболее универсальными и востребованными до настоящего времени являются расходомеры, в которых реализуется метод измерения перепада давления на сужающем устройстве. Этим методом можно измерять расход практически любых жидких и газообразных веществ, движущихся по трубам как малого, так и большого диаметра в широком интервале избыточных давлений и температур. Однако его недостатком является квадратичная зависимость перепада давления от расхода и, как следствие, небольшие динамические диапазоны измерений (1:3…1:5) и значительная погрешность, достигающая в нижней части диапазона 3-5 %[1][2]. В связи с этим для решения частных технических задач разработаны другие, более информативные методы измерения расхода (тахометрические, силовые, электромагнитные, ультразвуковые, оптические и др.), которых насчитывается уже более 20[2]. При этом актуальной остается задача разработки и практической реализации такого метода, который мог бы конкурировать по универсальности с методом измерения перепада давления, но обеспечивал более высокую точность измерений в широком динамическом диапазоне.
Принцип действия[править | править код]
Устройство вихревого расходомера.
1 — Участок трубопровода.
2 — Фланцы.
3 — Генератор вихрей.
4 — Корпус расходомера.
5 — Датчики вихрей.
В вихревых расходомерах для создания вихревого движения на пути движущего потока жидкости, газа или пара устанавливается тело обтекания, обычно в виде трапеции в сечении. Образовавшаяся за ним система вихрей называется вихревой дорожкой Кармана. Частота вихрей в первом приближении пропорциональна скорости потока и зависит от безразмерного критерия (число Струхаля) и ширины тела обтекания [2][3][4][5]:
Достоинством вихревых расходомеров является отсутствие каких-либо подвижных элементов внутри трубопровода, достаточно низкая нелинейность (<1,0 %) в широком диапазоне измерений (>1:10…1:40), частотный выходной сигнал, а также инвариантность метода относительно электрических свойств и агрегатного состояния движущейся среды.
Первые вихревые расходомеры жидкости появились в шестидесятых годах в США, Японии и СССР. Первые разработки вихревых расходомеров газа и пара в России относятся к 90-м годам прошлого века. Несмотря на довольно продолжительное время освоения этих приборов в измерительной технике, теория и практика вихревых расходомеров непрерывно развивается и совершенствуется. Идут поиски лучших схемных решений, более эффективных и технологичных конструкций первичных преобразователей расхода[4][5].
Типовая схема[править | править код]
Типовая схема вихревого расходомера с пьезоэлектрическими датчиками давления в качестве преобразователей энергии потока в частоту электрического сигнала включает проточную часть расходомера, установленную с помощью фланцев в трубопроводе и содержит тело обтекания, за которым попарно установлены датчики давления. Пульсации давления, возникающие в потоке в результате вихреобразования, регистрируются датчиками, а частота процесса пропорциональна скорости потока. Парное размещение датчиков позволяет усилить полезный сигнал и минимизировать вибрационные и акустические помехи, так как сигнал одного из них инвертируется и суммируется с сигналом другого датчика в согласующем устройстве, а сигнал помехи вычитается на сумматоре. Расходомер также содержит нормирующий преобразователь, формирующий импульсный сигнал нормированный, например, к 1 л/с и вычислитель, размещенный в отдельном корпусе. Вычислитель обеспечивает оцифровку информационного сигнала, расчёт суммарного количества жидкости или газа, прошедших через напорную трубу за промежуток времени, индикацию мгновенного и суммарного расхода, самодиагностику прибора, хранение информации в энергонезависимой памяти и передачу её на компьютер верхнего уровня измерительной или управляющей системы[4].
Преобразователи энергии потока[править | править код]
Одними из важнейших элементов вихревых расходомеров являются преобразователи энергии потока в электрический сигнал, во многом определяющие эксплуатационные возможности и технический уровень приборов. В технической документации вихревых расходомеров как отечественных, так и ведущих зарубежных фирм содержится крайне скупая информации относительно принципа действия и устройства преобразователей вида энергии. Так, компания EMCO (США) сообщает лишь, что сенсором является полупроводниковая тензорезистивная матрица. В документации немецких фирм информация о принципе работы сенсора вообще отсутствует, хотя в одном из патентов Endress+Hauser (англ., Германия) описан вихревой расходомер с унифицированным ёмкостным датчиком в виде крыла, установленным за телом обтекания. Лишь Yokogawa Electric (Япония) подробно описывает виброкомпенсированный пьезоэлектрический преобразователь, состоящий из набора пьезоэлементов в виде шайб, установленный в торце тела обтекания. Известны также индуктивные, анемометрические, оптоэлектронные и др. преобразователи энергии потока[1][2].
Проблемы[править | править код]
Следует отметить, что физические процессы, происходящие в трубопроводе за телом обтекания, весьма сложны. В потоке возникают пульсации давления, температуры, скорости звука и других физических параметров. Несмотря на бурное развитие численных методов описания сложных объектов, до сих пор нет удовлетворительных математических моделей гидродинамических процессов, происходящих в вихревых расходомерах. Пространственно-временное распределение физических характеристик в движущейся среде в зависимости от скорости, агрегатного состояния, вязкости среды, до конца не ясно. Тело обтекания при вихреобразовании испытывает сложное напряжённо-деформированное состояние, где присутствуют и колебания кручения, и изгиба, и другие. Всё это обеспечивает простор для творчества разработчиков и большой объём экспериментальных работ для поиска оптимальных решений[5].
Распространённость[править | править код]
Вихревой расходомер на производстве этилена
В настоящее время вихревые расходомеры с пьезоэлектрическими датчиками используются для измерения расхода жидкости, газа и пара на трубах диаметром от 15 до 500 мм с динамическим диапазоном 1:40 и выше и относительной погрешностью (1…1,5 %) при температурах контролируемой среды от -60 до 500 °C и давлениях до 30 МПа, обеспечивая на мировом рынке более 5 % средств учёта жидких и газообразных энергоносителей.
Примечания[править | править код]
- ↑ 1 2 3 ГОСТ 8.563.1-97. Измерение расхода и количества жидкости и газов методом переменного перепада давления / Под ред. А. Б. Васильева. — Минск: Изд-во стандартов, 1997.
- ↑ 1 2 3 4 5 Кремлевский П. П. Расходомеры и счётчики количества веществ. Справочник. — Изд. 5-е, пер. и доп.. — СПб.: Машиностроение, 2002. — 409 с. — 3000 экз.
- ↑ 1 2 Киясбейли А. Ш., Перельштейн М. Е. Вихревые измерительные приборы. — М.: Машиностроение, 1978. — 152 с.
- ↑ 1 2 3 4 Абрамов Г. С., Барычев А. В., Зимин М. И. Практическая расходометрия в промышленности. — М.: ОАО ВНИИОЭНГ, 2000. — 472 с.
- ↑ 1 2 3 4 Богуш М. В. Пьезоэлектрическое приборостроение: сборник в 3 томах. — Ростов-на-Дону: Издательство СКНЦ ВШ, 2006. — Т. 3.Пьезоэлектрические датчики для экстремальных условий эксплуатации. — 346 с.
Источник
Вихревой расходомер — принцип действия и особенности
Вы можете поделиться статьёй в социальных сетях и мессенджерах:
Что такое вихревой расходомер?
Расходомер (другие названия — расходомер-счетчик или счетчик) — прибор, предназначенный для определения объема или массы вещества (жидкости или газа), прошедшего по сечению трубы в единицу времени. Они могут иметь различный способ измерения. К наиболее распространённым относят электромагнитные, тахометрические, ультразвуковые, с сужающими устройствами, кориолисовые и вихревые расходомеры. В статье будут рассмотрены расходомеры газа вихревого принципа действия.
Принцип действия вихревого расходомера
Принцип измерения основан на следующем эффекте: если в поток вязкого газа ввести плохообтекаемый предмет, то за ним формируется след, состоящий из цепочки регулярных вихрей (дорожки Кармана). Вихри представляют собой зоны более высокого и низкого давления, а чувствительный элемент преобразует энергию регулярных вихрей в выходной электрический частотный сигнал. Частота следования вихрей, а, следовательно, и частота сигнала пропорциональна объемному расходу в широком диапазоне скоростей и зависит от параметров измеряемой среды (вязкости и плотности газа), геометрических параметров трубопровода и формы тела обтекания. Совокупность свойств среды и геометрических размеров сечения проточной части определяется безразмерной величиной Sh — число Струхаля.
Одна из особенностей принципа действия вихревого расходомера — образование вихрей возможно лишь при скоростях потока не ниже определенной величины. На малых скоростях течение будет ламинарным, и вихреобразования не происходит. Характер течения определяется безразмерной величиной Re — число Рейнольдса. При значениях числа Рейнольдса Re≤1000 поток будет ламинарным, при значениях от 1000 до 2300 переходным, а при Re≥2300 турбулентным.
Установлено, что при значениях числа Рейнольдса от 20 000 до 7 000 000 число Струхаля Sh практически неизменно. Благодаря этому эффекту частота вихрей зависит от скорости потока линейно с постоянным коэффициентом преобразования, который не зависит от вязкости и плотности измеряемого вещества и одинаков для всех типов сред. Это свойство и легло в основу принципа действия вихревых расходомеров.
Область применения вихревых расходомеров
Благодаря своим преимуществам и особенностям принципа действия вихревые расходомеры могут применяться для измерения параметров расхода и дополнительных параметров различных сред, например пар, сжатый воздух, вода, различные промышленные газы (включая природный) и их смеси. Далее рассмотрим по отдельности 3 наиболее популярных вещества, расход которых измеряют вихревыми расходомерами.
Перегретый и насыщенный пар
Особенность данной среды — высокие, близкие к экстремальным параметры давления и температуры. Вместе с полезной средой (паром) по паропроводу перемещаются механические частицы накипи, продуктов коррозии, а также конденсат. В связи с этим реально работать в качестве расходомера в таких условиях способны только вихревые и расходомеры с сужающим устройством. Вихревые расходомеры обладают более высокой точностью и более широким динамическим диапазоном измерений, а более длительный межповерочный интервал позволит сэкономить на эксплуатационных расходах. Расходомеры вихревого принципа действия могут применяться для измерения пара с параметрами:
- Температура до 350 С;
- Давление до 10 МПа;
- Скорость движения 2-70 м/с.
Природный газ
Возможность применения вихревых расходомеров для учета (в том числе коммерческого) природного газа обусловлена сочетанием их преимуществ: возможность обеспечения точности измерений до 1%, наличие методики беспроливной поверки, в том числе без демонтажа датчика с трубопровода, а значит без остановки подачи газа, более длительный межповерочный интервал. Недостатки принципа измерения вихревых расходомеров, например, чувствительность к вибрациям решаются путем применения алгоритмов цифровой обработки сигналов первичных датчиков, спектрального анализа, применением тела обтекания специальной сложной формы, взаимным расположением тела обтекания и сенсоров давления и т.д. В сочетании с высокой надежностью эти преимущества позволяют строить узлы коммерческого учета с существенной экономией затрат денежных средств на эксплуатацию комплекса.
Сжатый воздух
Узлы учета сжатого воздуха устанавливаются чаще всего для оценки энергозатрат на работу какой-либо технологической установки. В потоке сжатого воздуха всегда присутствуют как механические примеси, так и жидкие фракции — влага, масло и т.д. Применение вихревых расходомеров благодаря их надежности и неприхотливости для учета в таких условиях позволяет не устанавливать фильтры, осушители и уловители для очистки измеряемой среды, что снижает общие затраты на внедрение измерительного комплекса и его дальнейшую эксплуатацию.
Промышленные газы с различными параметрами
Отсутствие подвижных элементов в конструкции вихревого расходомера позволяет аттестовать приборы на соответствие уровню взрывозащиты 1ExibIIC, что делает возможным их применение для измерения взрывоопасных газов — кислород, водород, углеводороды и т.д. Также имеется возможность устанавливать расходомеры вихревого принципа действия на узлы учета аммиака, углекислоты и других технологических газов.
Конструкция вихревого счетчика-расходомера
Счетчик-расходомер состоит из проточной части, блока обработки сигналов и микропроцессорного вычислителя. На входе проточной части закреплено тело обтекания. Также в проточной части устанавливаются первичные преобразователи — датчик избыточного давления, датчик температуры и пара пъезодатчиков. Датчик избыточного давления используется тензорезисторного принципа действия и устанавливается перед телом обтекания. Сенсором температуры служит, как правило, термопреобразователь сопротивления и встраивается внутрь тела обтекания, при этом необходимо обеспечить термический контакт с измеряемым веществом. Пъезодатчики устанавливаются за телом обтекания по ходу движения измеряемой среды и служат для преобразования пульсаций давления потока в электрический сигнал.
Сигналы от всех датчиков поступают в блок обработки, где осуществляется преобразование аналоговых сигналов в цифровые с требуемой точностью, их цифровая фильтрация и спектральный анализ. На основании полученной информации измеряются как основные параметры — объемный расход, скорость потока, так и расширенные — массовый расход, температура, давление, плотность. Далее данные передается на блок вычислителя, где они снабжаются метками времени и архивируются. С помощью программного обеспечения верхнего уровня по интерфейсам связи: цифровому, токовая петля, импульсный выход могут быть собраны как архивные данные с требуемым интервалом усреднения, так и текущие значения мгновенного расхода, температуры, давления. Несколько счетчиков, установленных на распределительной сети предприятия, можно объединить в автоматизированную систему и получать оперативную информацию по расходу энергоресурсов различными производственными подразделениями, сводить баланс, получать своевременную информацию об аварийных ситуациях.
Достоинства вихревых расходомеров
- Отсутствие движущихся элементов, что важно при определении расхода газов в условиях их плохой очистки
- Универсальность и применимость для различных жидкостей и газов
- Высокая точность измерения, линейность и широкий динамический диапазон
- Возможность работы в загрязненных и агрессивных газах, при наличии в газе металлической пыли;
- Невосприимчивость к скачкам давления, расхода, пневмоударам, термоударам;
- Возможность применения в узлах коммерческого учета расхода пара.
Где купить современный вихревой счетчик
Компания Datchiki.com является поставщиком вихревых расходомеров серии БУРАН — 500, 600 и 700 моделей. Каждая модель имеет ряд модификаций. С подбором конкретного устройства для вашей задачи поможет наш специалист. Оборудование всегда в наличии. Купить расходомер-счетчик серии Буран в России вы можете на сайте компании Datchiki.com. При поставке на прибор имеется действующая заводская поверка. Гарантия составляет 2 года. Наша компания осуществляет доставку оборудования, как в пределах России, так и за рубеж в страны Таможенного Союза. Также купить прибор вы можете, позвонив нашему специалисту по телефону.
Сертификаты и документация на вихревые расходомеры
На устройства в наличии все необходимые сертификаты — декларация о соответствии требованиям технического регламента таможенного союза, сертификат (свидетельство) об утверждении типа, эксплуатационные документы (руководство по эксплуатации, паспорт).
Вы можете поделиться статьёй в социальных сетях и мессенджерах:
Появились вопросы?
Спросите опытного эксперта сейчас и получите варианты решения!
Источник
Вихревые расходомеры: принцип работы, применение
Современные вихревые расходомеры превосходят по характеристикам и возможностям своих предшественников, которые использовали большие тела обтекания, блокирующие 43% площади поперечного сечения трубы. В конструкции современных ультразвуковых расходомеров используются тела обтекания малого диаметра для получения большей амплитуды перемещения. В результате этого, значительно улучшены характеристики потери давления в системе и динамический диапазон прибора.
Содержание статьи
Назначение и области применения
Вихревые расходомеры-счетчики предназначены для измерения объемного и массового расхода жидкостей, газов и пара. Расходомеры состоят из блока электроники и первичного преобразователя. Блок выполнен в виде цилиндрического корпуса с отсеками для смотрового окна и разъемов. На корпусе расположены кабельные вводы и переходник для преобразователя. Применяются расходомеры для измерения и учёта расхода веществ технологических процессов в промышленности и коммунальном хозяйстве.
- Идеально подходит для сред с высокой температурой и высокой скоростью пара
- Производство энергии — паровые установки
- Промышленное применение — установки ОВКВ, региональное управление энергопотреблением
- Коммерческое применение — управление энергопотреблением зданий, студенческих городков и сооружений
- Нефтегазовая промышленность — распределение природного газа
- Нефтехимическая промышленность — массовая балансировка, подогрев технологических реакций
Правильный выбор датчиков напрямую влияет на финальный результат производственного круговорота, поэтому электронные расходомеры являются одним из важнейших звеньев цепи технического процесса. Вихревые расходомеры — это одни из самых востребованных на отечественном рынке приборов для учёта расхода веществ. Свою популярность они заслужили благодаря надёжности, простоте в эксплуатации, высокой точности измерений и, что немаловажно, своей доступности. История вихревых расходомеров начинается в 60х годах двадцатого века, но современные датчики сделали огромный шаг вперёд по сравнению со своими предками.
Что же такое вихревой расходомер и какой принцип действия к содержанию
Простой пример эффекта образования вихрей — это флаг, волнующийся на ветру из-за завихрений, которые создаются движением воздуха, обтекающего флагшток. Поток измеряемого вещества проходя по внутреннему сечению арматуры расходомера, встречает на своём пути препятствие — тело обтекания, установленное в расходомере, проходя через него, увеличивает скорость, уменьшая давление. Таким образом, после преодоления препятствия создаются завихрения, называемые вихревой дорожкой Кармана. Ультразвуковой луч, генерируемый прибором, проходит через поток вихрей ниже по течению от тела обтекания. При прохождении вихрей несущая ультразвукового сигнала изменяется.
Это изменение несущей доступно для измерения и смещается пропорционально количеству образовавшихся вихрей. Цифровая обработка сигналов позволяет определить число вихрей. Эта величина преобразуется в скорость потока. Программа преобразует скорость в объемный расход в единицах измерения, выбранных оператором. В вихревых расходомерах компании используется самые маленькие тела обтекания среди расходомеров такого типа, которые обеспечивают высокую чувствительность, исключительную работоспособность при очень низких расходах. Большой динамический диапазон и низкие потери давления. При использовании встроенного термометра сопротивления и внешнего датчика давления программное обеспечение расходомера позволит скомпенсировать изменения давления и температуры для точного измерения массового расхода (расходомеры газов).
Для усиления выходного сигнала в некоторых расходомерах устанавливают несколько обтекаемых тел. Сами же тела могут иметь различные формы, например, треугольную или круглую. Одним из важнейших достоинств такого типа расходомеров является отсутствие каких-либо движущихся частей, что несомненно оказывает положительное влияние на срок службы прибора. Это одни из самых долговечных и неприхотливых приборов.
Подтипы вихревых расходомеров к содержанию
Все вихревые расходомеры можно разделить на три группы по типу преобразователей.
- Вихревые расходомеры с обтекаемым телом — поток вещества огибает тело обтекания, установленное в трубопроводе, меняется траектория движения и увеличивается скорость струй, создаются завихрения, уменьшается давление в трубе. За миделевым сечением тела скорость снижается, а давление увеличивается. На передней стороне тела обтекания образуется повышенное давление, на задней стороне — пониженное. Образование вихрей с обеих сторон происходит поочередно. За обтекаемым телом образуется вихревая дорожка Кармана.
- Вихревые расходомеры с прецессией воронкообразного вихря — принцип действия заключается в том, что поток закручивается перед попаданием в более широкую часть трубы, вызывая пульсации давления. В качестве преобразователя сигнала обычно служат пьезоэлементы.
- Вихревые расходомеры с осциллирующей струей — в подобного рода расходомерах пульсации давления создаются специальной конструкцией самого датчика, благодаря которой струя измеряемого вещества вытекает из специально предусмотренного отверстия в корпусе расходомера и создаёт пульсации давления.
Плюсы и минусы вихревых расходомеров к содержанию
Подводя итог стоит отметить плюсы и минусы вихревых расходомеров, тезисно обобщим всё о расходомеров этого типа. Вихревые расходомеры применяются для измерения объёмного и массового расхода любых жидких и газообразных сред. Приборы хорошо справляются со своими обязанностями при температурах среды до 500 градусов Цельсия и давлении до 30Мпа. Это универсальные по всем своим параметрам расходомеры, подходящие практически для любого промышленного предприятия, где нужен точный учёт расхода жидких и газообразных веществ от воды до углеводородов.
Плюсы
К положительным моментам стоит отнести: высокую стабильность показаний, точность измерений, простоту в эксплуатации, нечувствительность к загрязнениям, отсутствие подвижных частей, охватывает практически весь спектр веществ — сред измерения.
Минусы
Ну и недостатками данный прибор не обделён: обладает большой чувствительностью к вибрациям, так же при измерениях требуется значительная скорость потока, ограничение по диаметру труб не более 300мм и менее 150мм и отмечаются просадки по давлению.
-
Электромагнитный контроль методом ACFM — FAQ
23.10.2020
Метод ACFM — метод измерения полей переменного тока, позволяющий выявлять и контролировать параметры небольших плоскостных дефектов (микротрещин) в поверхностном и подповерхностном слоях металла труб и других металлических конструкций. Принцип работы метода: в исследуемом материале индуцируется электрический ток, измеряются характеристики магнитного поля. Моделирование распределения поля позволяет оценить размеры дефектов без калибровки. Технология обнаружения поверхностных микротрещин ACFM идеально подходит для обнаружения дефектов и определения их размеров, когда электрический контакт невозможен или нежелателен. С помощью этого метода можно легко определить размеры дефектов через слой ржавчины, краски, изоляции.
-
Метод ACFM — подповерхностный контроль дефектов металла
23.10.2020
ACFM — уникальный метод неразрушающего контроля позволяет находить дефекты в металлах через защитные изоляционные покрытия. С помощью ACFM можно легко измерить размеры микротрещин на сварных швах и резьбовых соединениях.
Источник