Čo je to Vortexový prietokomer a ako funguje?

Čo je to Vortex Flow: Fyzika za vírivými prietokomermi

Čo je to vírové prúdenie v kontexte merania prietoku? Vzťahuje sa na fenomén vírenia, efekt mechaniky tekutín, ku ktorému dochádza, keď prúd tekutiny narazí na blufovité (neprúdové) teleso. Prúdiaca tekutina nemôže sledovať ostré obrysy blafového telesa, oddeľuje sa od jeho povrchu a vytvára striedavé víry v smere a proti smeru hodinových ručičiek, ktoré sa vrhajú z dvoch strán telesa v pravidelnom, opakujúcom sa vzore. Tento vzor striedajúcich sa vírov sa nazýva Karmanova vortexová ulica, pomenovaná po maďarsko-americkom fyzikovi Theodorovi von Kármánovi, ktorý matematicky charakterizoval tento jav na začiatku dvadsiateho storočia.

Strouhalovo číslo: Prečo sa frekvencia vírenia rovná rýchlosti prúdenia

Kľúčovým fyzikálnym vzťahom, ktorý robí uvoľňovanie vírov užitočným pre meranie prietoku, je Strouhalov vzťah. Pre danú geometriu blafového telesa v danej rúre je pomer frekvencie uvoľňovania víru (f) k rýchlosti tekutiny (V) delený charakteristickým rozmerom blafového telesa (d) bezrozmerná konštanta nazývaná Strouhalovo číslo (St):

St = f × d ÷ V

Pre dobre navrhnuté telesá vírového prietokomeru je Strouhalovo číslo konštantná v rozsahu Reynoldsových čísel približne 10 000 až 4 000 000 , čo znamená, že frekvencia odlupovania je prísne úmerná rýchlosti v tomto širokom rozsahu. Preusporiadanie Strouhalovho vzťahu dáva:

f = St × V ÷ d

Pretože St a d sú pre dané teleso merača pevné, meranie frekvencie f priamo udáva rýchlosť V a vynásobením známou plochou prierezu potrubia sa získa objemový prietok. Toto je celý princíp fungovania a Vírový prietokomer : spočítajte víry, vypočítajte rýchlosť, vypočítajte objem. Merač K-faktor (impulzy na jednotku objemu) kóduje kombinované Strouhalovo číslo a geometriu potrubia do jedinej kalibračnej konštanty, ktorá prevádza nespracovaný počet impulzov na prietok v elektronike vysielača.

Ako sa zisťujú víry: Senzorové technológie

Striedavé kolísanie tlaku spôsobené uvoľnenými vírmi je malé (zvyčajne 0,1 až 10 % tlaku v potrubí ), ale merateľné. Komerčný Vírový prietokomer Konštrukcia používa niekoľko senzorových technológií na detekciu týchto kolísaní tlaku:

• Piezoelektrické snímače: Najpoužívanejšia technológia detekcie vírov. Piezoelektrický kryštál namontovaný vo vnútri alebo za odlupovacou tyčou generuje malý elektrický náboj v reakcii na mechanické namáhanie spôsobené každým kolísaním tlaku. Piezoelektrické snímače sú robustné, nevyžadujú žiadne externé napájanie pre samotný snímací prvok a fungujú vo veľmi širokom rozsahu teplôt.
• Kapacitné senzory: Tenká membrána sa vychyľuje v reakcii na striedavý vírivý tlak, čím sa mení kapacita prvku detektora. Kapacitné snímače poskytujú vysokú citlivosť pri nízkych prietokoch a používajú sa v niektorých prémiových konštrukciách meračov na rozšírenie rozsahu do režimu nízkeho prietoku.
• Ultrazvuková detekcia vírov: Niektoré konštrukcie meračov používajú ultrazvukový lúč, ktorý prechádza potrubím kolmo na prietok. Každý prechádzajúci vír moduluje ultrazvukový lúč a táto modulačná frekvencia je frekvenciou uvoľňovania víru. Ultrazvuková detekcia nemá žiadne mokré pohyblivé časti a používa sa vo vysoko čistých a korozívnych servisných aplikáciách.

Reynoldsovo číslo a minimálny prietok: Praktické obmedzenie vírivého toku

Strouhalov vzťah sa zvyčajne drží iba nad minimálnym Reynoldsovým číslom Re väčšie ako 10 000 až 20 000 v závislosti od konkrétnej konštrukcie merača. Pod touto hranicou sa uvoľňovanie víru stáva nepravidelným a neperiodickým, čo znemožňuje presné meranie prietoku. Toto definuje minimálny merateľný prietok pre danú tekutinu v danej veľkosti merača. Minimálna rýchlosť potrebná na udržanie Re nad 10 000 závisí od kinematickej viskozity kvapaliny: pre vodu s teplotou 20 °C je to približne 0,3 až 0,5 m/s , zatiaľ čo v prípade viskóznych olejov (nad 10 cSt) môže byť výrazne vyššia. Toto obmedzenie Reynoldsovho čísla je hlavným dôvodom, prečo vírivé prietokomery nie sú vhodné pre aplikácie s vysokou viskozitou.

Vírový prietokomer na vloženie: Návrh, inštalácia a dimenzovanie pre veľké potrubia

The vkladací vírový prietokomer je prístroj v štýle sondy navrhnutý tak, aby bol vložený jediným poklepaním do steny potrubia namiesto inštalácie inline ako kus cievky s plným otvorom. Sonda zasahuje do prierezu potrubia do hĺbky, kde vzorkuje rýchlosť prúdenia v konkrétnom bode a táto bodová rýchlosť sa používa na výpočet strednej rýchlosti a objemového prietoku celého prierezu potrubia prostredníctvom kalibrovaného vzťahu medzi rýchlosťou a prietokom. Zásuvné vírové merače sú dominantnou voľbou pre potrubia nad približne DN 200 (8 palcov) kde sú vírové merače s plným priemerom veľmi drahé a ťažké.

Konštrukcia inzertného vírového prietokomeru

Typický vkladací vírový prietokomer pozostáva z:

• Telo zavádzacej sondy: Valcový alebo prúdnicový hriadeľ sondy, ktorý prechádza stenou potrubia a do prúdu prúdenia. Dĺžka sondy je prispôsobená priemeru rúrky, takže odlupovacia tyč na špičke sondy je umiestnená vo vhodnej hĺbke merania, zvyčajne pri 15 až 20 % od stredovej čiary potrubia alebo na samotnej stredovej čiare v závislosti od predpokladu rýchlostného profilu použitého pri kalibrácii.
• Vylučovacia lišta na hrote sondy: Bluffové teleso v tvare T alebo D, ktoré vytvára vírenie v bode merania. Geometria odlupovača je opracovaná s presnými toleranciami, aby sa zabezpečilo konzistentné a opakovateľné Strouhalovo číslo.
• Izolácia upchávky alebo guľového ventilu: Sonda je utesnená proti tlaku v potrubí tesniacou upchávkou v mieste, kde sonda vystupuje zo steny potrubia. Vírové merače na vloženie horúceho kohútika obsahujú izolačný ventil, ktorý umožňuje vloženie alebo stiahnutie sondy, keď je potrubie pod tlakom a prúdi, bez prerušenia procesu.
• Kryt vysielača: Kryt elektroniky namontovaný na vrchu sondy, obsahujúci obvody na úpravu signálu, displej (voliteľné) a výstupnú elektroniku. Pre ochranu životného prostredia má kryt kryt IP65 alebo IP67.

Kalibrácia hĺbky vloženia a faktor profilu rýchlosti

Presnosť an vkladací vírový prietokomer závisí kriticky od poznania vzťahu medzi rýchlosťou v bode vloženia a strednou rýchlosťou v celom priereze potrubia. Tento vzťah je faktor rýchlostného profilu (nazývaný aj ako faktor merača alebo faktor vloženia). Pre plne rozvinutý turbulentný profil prietoku potrubia je pomer stredovej rýchlosti k strednej rýchlosti približne 1,2 až 1,25 , čo znamená, že stredová rýchlosť je o 20 až 25 % vyššia ako priemer. Keď je sonda vložená do stredovej čiary, nameraná rýchlosť sa preto musí vydeliť týmto faktorom, aby sa získala stredná rýchlosť. Faktor rýchlostného profilu je ovplyvnený:

• Číslo Pipe Reynolds: Faktor profilu sa mení podľa Reynoldsovho čísla. Presné meranie prietoku vyžaduje buď presné poznanie Re, alebo použitie merača s hĺbkou vloženia, ktorá minimalizuje citlivosť na tvar profilu (často približne v 1/6 polomeru potrubia od stredovej čiary).
• Poruchy na hornom potrubí: Ohyby, ventily, T-kusy a rozťahovanie alebo zmršťovanie potrubia deformuje profil rýchlosti od ideálneho turbulentného tvaru. Deformované profily vyžadujú dlhšie rovné dĺžky rúr alebo korektory profilu, aby sa dosiahla menovitá presnosť.
• Presnosť hĺbky vloženia: Sonda musí byť umiestnená presne v projektovanej hĺbke zasunutia. Chyba 10 mm v hĺbke vloženia na 500 mm potrubí zavádza chybu merania približne 1 až 3 % v závislosti od tvaru profilu rýchlosti v danom bode prierezu potrubia.

Výhody a obmedzenia vkladacích meračov vs

Vortexový prietokomer vzduchu: Meranie stlačeného vzduchu, vzduchu HVAC a spaľovacieho vzduchu

A vírový merač prietoku vzduchu je jedným z najpraktickejších prístrojov na meranie prietoku vzduchu v priemyselných, komerčných a HVAC aplikáciách. Vzduch predstavuje výhody aj výzvy pre meranie vírového prietoku: jeho nízka hustota znamená nízke kolísanie tlaku vyvolané vírom (vyžaduje citlivú detekciu), ale jeho nízka viskozita znamená, že Reynoldsovo číslo je zvyčajne výrazne nad hranicou 10 000 pre uvoľňovanie vírov aj pri miernych rýchlostiach v štandardných veľkostiach potrubia.

Meranie stlačeného vzduchu: Najbežnejšia aplikácia vírivého prúdenia vzduchu

Systémy stlačeného vzduchu vo výrobných zariadeniach zvyčajne pracujú pri Pretlak 6 až 10 barov . Presné meranie spotreby stlačeného vzduchu je nevyhnutné pre energetický audit, detekciu únikov a priraďovanie nákladov na vzduch k výrobným procesom. Vortexové prietokomery sú vhodné na meranie stlačeného vzduchu, pretože:

• Žiadne pohyblivé časti: Vedenie stlačeného vzduchu vedie unášaný olej, vodu a častice z kompresorov. Vírový merač bez pohyblivých častí alebo ložísk je oveľa menej náchylný na znečistenie a opotrebovanie ako turbínový merač alebo objemový merač v prevádzke so stlačeným vzduchom.
• Široký rozsah prietoku: Dopyt po stlačenom vzduchu vo výrobe je veľmi variabilný, pričom dopyt sa pohybuje od takmer nulovej až po plnú kapacitu systému v rôznych zmenách a výrobných scenároch. Pomer zníženia vírového merača 20:1 až 40:1 zvláda túto variabilitu lepšie ako diferenčné tlakomery, ktorých sklon je zvyčajne 3:1 až 5:1.
• Objemový alebo hmotnostný prietok s kompenzáciou: Moderné vírový merač prietoku vzduchus začleniť snímače teploty a tlaku do toho istého prístroja, čo im umožňuje vysielať skutočný objemový prietok (v podmienkach linky) aj štandardný objemový prietok alebo hmotnostný prietok (opravený na referenčné podmienky typicky 20 °C a 1 bar alebo 0 °C a 1,01325 baru). To je nevyhnutné pre účtovanie energie, kde množstvo spotrebovaného vzduchu (nie jeho objem pri tlaku v potrubí) určuje náklady na energiu kompresora.

Meranie prietoku vzduchu HVAC pomocou Vortex Meter

Na meranie prietoku vzduchu v potrubí HVAC pri atmosférickom tlaku alebo blízkom atmosférickému tlaku, vkladací vírový prietokomers sú obzvlášť obľúbené, pretože vzduchotechnické potrubia sú zvyčajne veľké (DN 200 až DN 1000 a vyššie) a obdĺžnikové alebo kruhové plechové konštrukcie, kde nie je možné nainštalovať plnomerný merač. Zasúvací merač v štýle sondy sa inštaluje cez jeden otvor vyvŕtaný v stene potrubia, čo nevyžaduje výmenu časti potrubia. Kľúčové úvahy o aplikácii vírov HVAC:

• Rozsah rýchlosti: Rýchlosti vzduchu v potrubí HVAC sa zvyčajne pohybujú od 2 až 15 m/s . Vírové merače pracujú pohodlne v tomto rozsahu, aj keď dolný koniec sa približuje k minimálnemu prahu Reynoldsovho čísla pre menšie veľkosti potrubia. Pre napájacie kanály HVAC pod DN 150 pri nízkych rýchlostiach sa pred špecifikovaním vírového merača uistite, že hodnota Re presahuje 10 000 pri minimálnych predpokladaných prietokových podmienkach.
• Skreslenie profilu v systémoch HVAC: Potrubie HVAC len zriedka poskytuje adekvátne priame vedenie pred meracím bodom. Priestorové obmedzenia znamenajú, že kolená, výstupy ventilátorov, difúzory a klapky sú často bezprostredne pred miestom, kde je potrebné umiestniť merač. Pre takéto inštalácie je na dosiahnutie prijateľnej presnosti potrebné viacbodové priemerné meranie pitotovým štýlom alebo vortexový merač s kondicionérom prietoku bezprostredne pred prúdom.

Meranie zmesi spaľovacieho vzduchu a zemného plynu

Vortexové prietokomery vzduchu sa používajú na meranie prietoku spaľovacieho vzduchu v priemyselných horákových systémoch, kotloch a peciach, kde pomer vzduchu k palivu (pomer vzduchu a paliva) musí byť presne kontrolovaný z hľadiska účinnosti spaľovania a dodržiavania emisií. V týchto aplikáciách je vírový merač prietoku vzduchu výstup sa privádza priamo do systému riadenia horáka alebo regulátora spaľovania. Merač musí byť dimenzovaný na zvýšené teploty vzduchu, ktoré sa bežne vyskytujú v systémoch predohrevu spaľovacieho vzduchu: teploty predhrievania priemyselného spaľovacieho vzduchu 200 až 400 °C sú bežné a merač musí byť špecifikovaný s vysokoteplotne zmáčanými materiálmi a teplotne kompenzovanou elektronikou.

Vortexový prietokomer pre aplikáciu pary: Meranie nasýtenej a prehriatej pary

The vírový prietokomer pre aplikáciu pary je jedným z technicky najdôležitejších a komerčne najvýznamnejších použití technológie vírenia. Meraniu prietoku pary historicky dominovali merače diferenčného tlaku (DP) s clonami, ale vďaka vynikajúcej presnosti, nižšej údržbe a schopnosti priameho hmotnostného prietoku vírových meračov sú preferovanou voľbou pre parné aplikácie v moderných procesných zariadeniach a systémoch verejných služieb.

Prečo je meranie Steam náročné a prečo vortexové merače Excel

Meranie pary je náročné z niekoľkých dôvodov, pre ktoré sú mnohé technológie merania prietoku nevhodné:

• Vysoká teplota a tlak: Priemyselné parné systémy pracujú pri teplotách od 100 °C až 400 °C a tlaky z 0,5 bar až 40 bar , podmienky, ktoré obmedzujú používanie nástrojov s gumovými tesneniami, vlhkou elektronikou alebo termoplastickými komponentmi.
• Variabilná hustota: Hustota pary sa výrazne mení s teplotou aj tlakom. Meranie hmotnostného prietoku vyžaduje poznať hustotu tekutiny v podmienkach linky, buď priamym meraním hustoty alebo výpočtom hustoty z nameranej teploty a tlaku pomocou tabuliek pary. Diferenčné tlakomery merajú objemový prietok a vyžadujú samostatnú kompenzáciu hustoty; Vírové merače s integrovanou kompenzáciou teploty a tlaku poskytujú priamy hmotnostný prietok.
• Riziko kondenzátu: Parné potrubia môžu obsahovať kvapôčky tekutého kondenzátu, najmä pri spustení a v zle udržiavaných systémoch. Kvapalné slimáky narážajúce na snímač diferenčného tlaku alebo objemový merací prvok môžu spôsobiť poškodenie alebo trvalý posun kalibrácie. Vírové merače s pevnými kovovými odlučovacími tyčami a robustnými piezoelektrickými snímačmi znášajú kondenzát oveľa lepšie ako alternatívy.
• Žiadne pohyblivé časti: Para pri vysokej teplote a tlaku vyžaduje komponenty prístroja, ktoré dokážu tolerovať opakované tepelné cykly, tlakové pulzácie a erozívny účinok unášaných častíc alebo kvapiek. Vírové merače nemajú v prúde žiadne pohyblivé časti, ktoré by sa mohli opotrebovať, zaseknúť alebo vyžadovať pravidelnú výmenu.

Nasýtená verzus prehriata para: Úvahy o Vortex Meter

Vortexové prietokomery zvládajú nasýtenú aj prehriatu paru, ale prístup merania a požadované doplnkové merania sa líšia:

• Nasýtená para: Pri nasýtení sú teplota a tlak spojené krivkou nasýtenia parou. Na určenie stavu pary a výpočet hustoty z tabuliek pary postačuje meranie teploty alebo tlaku. Pre aplikácie nasýtenej pary a vírový prietokomer pre aplikáciu pary s integrovaným tlakovým senzorom (a voliteľne teplotným senzorom) dokáže vypočítať hustotu v reálnom čase a priamo vydávať hmotnostný prietok. Typický rozsah integrovaného snímača tlaku pre merače nasýtenej pary je 0 až 25 bar absolútne s presnosťou ±0,1 až ±0,5 % .
• Prehriata para: Prehriata para je úplne v plynnej fáze bez prítomnosti kvapaliny. Jeho hustota je nezávislou funkciou teploty a tlaku. Vírový merač pre prehriatu paru musí merať teplotu v potrubí aj tlak v potrubí a používať stavové rovnice pary (zvyčajne zo štandardných tabuliek pary IAPWS-IF97) na výpočet hustoty v reálnom čase. Výstup hmotnostného prietoku je potom: hmotnostný prietok = objemový prietok × hustota (T, P) Najmodernejšie multipremenné vírový vysielač prietokus vykonať tento výpočet interne.

Špecifikácie materiálu a teploty merača pary Vortex

Pre prevádzku s parou musia teleso vírového prietokomeru a vnútorné komponenty spĺňať špecifické požiadavky na materiál:

• Materiál tela: Uhlíková oceľ ASTM A105 alebo nehrdzavejúca oceľ ASTM A182 (SS316 / SS316L) pre štandardnú parnú prevádzku. Pre vysokotlakovú paru nad 25 bar alebo paru s korozívnymi nečistotami (síra, chloridy) sú určené zliatiny SS316 alebo vyššie (Hastelloy C, Duplex SS).
• Teplotné hodnotenie: Štandardné vírové prietokomery pre aplikáciu pary sú hodnotené na 260 °C až 320 °C . Vysokoteplotné verzie pre prehriatu paru sú dimenzované na 400 °C to 450°C , zvyčajne používa dizajn s predĺženým hrdlom, ktorý posúva elektroniku vysielača preč od horúcich procesných pripojení, aby sa elektronika udržala v ich špecifikovanom prevádzkovom rozsahu.
• Hodnotenie tlaku: Štandardné wafer-body vortex meters are rated to PN 40 (40 barov) vo veľkostiach DN 15 až DN 100. Prírubové telesá v rovnakom rozsahu veľkostí zvyčajne nesú tlakové triedy ANSI Class 300 alebo Class 600 zodpovedajúce 51 barov a 102 barov respektíve pri pracovnej teplote 38°C.

Vysielač toku typu Vortex: elektronika, výstupy a komunikačné protokoly

A vírový vysielač prietoku je elektronický modul, ktorý prijíma surový vírivý impulzný signál zo snímača (piezoelektrický, kapacitný alebo ultrazvukový), spracováva ho pomocou algoritmov úpravy signálu a filtrovania, vypočítava prietok a prenáša výsledok do riadiaceho systému alebo systému na zber údajov prostredníctvom jedného alebo viacerých štandardizovaných výstupných signálov. V moderných prístrojoch je vysielač fyzicky integrovaný do tela meracieho prístroja, a nie ako samostatné zariadenie na diaľkovú montáž, čo dáva kompaktnej zostave označenie „inteligentný vysielač“.

Úprava signálu: Od surových impulzov po signál čistého toku

Surový signál z vírového senzora je striedavý signál s nízkou amplitúdou, ktorého frekvencia predstavuje rýchlosť uvoľňovania víru. V procesnom prostredí je tento signál kontaminovaný niekoľkými zdrojmi rušenia vírový vysielač prietoku musí odmietnuť:

• Vibrácie potrubia: Mechanické vibrácie z čerpadiel, kompresorov a štrukturálnych rezonancií sa spájajú s telom merača a generujú rušivé signály na snímači, ktoré môžu byť nesprávne interpretované ako vírivé impulzy. Moderné vysielače používajú adaptívne spracovanie signálu a algoritmy frekvenčnej diskriminácie na rozlíšenie skutočných vírivých frekvencií (ktoré sledujú plynulé zmeny toku) od hluku vyvolaného vibráciami (ktorý je zvyčajne širokopásmový alebo má pevné harmonické frekvencie).
• Hluk s nízkym prietokom: V blízkosti minimálneho detekovateľného prietoku sa uvoľňovanie vírov stáva nepravidelným a jednotlivé víry je ťažké odlíšiť od hluku. Pokročilé vysielače využívajú štatistickú analýzu signálu na detekciu prítomnosti koherentnej vírivej frekvencie aj pri veľmi nízkych pomeroch signálu k šumu, čím sa rozširuje efektívny minimálny prietok.
• Elektrické rušenie (EMI/RFI): Priemyselné prostredie obsahuje silné elektromagnetické polia z pohonov s premenlivou rýchlosťou, napájacích káblov, zváracích zariadení a rádiových vysielačov. Elektronika vysielača musí obsahovať primerané tienenie, filtrovanie a izoláciu, aby tieto signály neovplyvňovali meranie.

Výstupné signály a komunikačné protokoly

A vírový vysielač prietoku poskytuje jeden alebo viacero z nasledujúcich výstupných signálov v závislosti od modelu a konfigurácie:

• 4 až 20 mA analógový výstup: Univerzálny priemyselný štandard pre prenos prietoku. Prevodník mapuje 4 mA na nulový prietok (alebo nakonfigurovanú nulu výstupného rozsahu) a 20 mA na maximálny nakonfigurovaný prietok. Signál 4 až 20 mA je odolný voči účinkom odporu vedenia (v rámci limitov odporu kábla) a ľahko sa pripája k akémukoľvek vstupu PLC, DCS alebo panelového merača.
• Pulzný výstup (frekvenčný výstup): Digitálny sled impulzov, kde každý impulz predstavuje pevný objem tekutiny (faktor K). Impulzné výstupy sa používajú na sčítanie v dávkových riadiacich systémoch, systémoch energetického manažmentu a aplikáciách prenosu, kde je potrebné skôr integračné počítadlo než zobrazenie okamžitého prietoku.
• Protokol HART: HART (Highway Addressable Remote Transducer) je digitálny komunikačný protokol superponovaný na analógový signál 4 až 20 mA. Umožňuje obojsmernú digitálnu komunikáciu pre konfiguráciu, diagnostiku a prístup k sekundárnym premenným (teplota, tlak, hustota) bez ďalšieho zapojenia. HART je najrozšírenejší digitálny protokol v spracovateľskom priemysle a je štandardom takmer všetkých moderných vírový vysielač prietokus .
• FOUNDATION Fieldbus a PROFIBUS PA: Plne digitálne protokoly fieldbus, ktoré umožňujú viacerým prístrojom zdieľať jeden pár káblov, poskytujú úplnú diagnostiku a konfiguráciu z riadiacej miestnosti a podporujú pokročilé funkcie, ako napríklad vykonávanie funkčných blokov v samotnom prevodníku. Používa sa v novovybudovaných procesných závodoch a rozšíreniach rafinérií, kde je špecifikovaná úplná digitálna infraštruktúra.
• Modbus RTU alebo TCP/IP: Používa sa pri úprave vody, automatizácii budov a systémoch HVAC, kde sú štandardom SCADA kompatibilné s Modbus alebo systémy riadenia budov. veľa vkladací vírový prietokomers pre HVAC a vodné aplikácie poskytujú Modbus RS-485 ako štandardný výstup.

Multivariabilné Vortexové vysielače: Integrovaná teplota, tlak a hustota

Multipremenná vírový vysielač prietoku integruje meranie teploty (RTD alebo termočlánok), meranie tlaku (integrovaný tlakový prevodník) a meranie prietoku (vírový senzor) do jedného prístrojového balíka. Prevodník vypočítava hustotu tekutiny v reálnom čase z nameranej teploty a tlaku pomocou vstavaných stavových rovníc pre paru, zemný plyn, vzduch a iné bežné procesné tekutiny, potom vynásobí objemový prietok vypočítanou hustotou, aby bol výstupný hmotnostný prietok priamo. Hlavné výhody multivariabilných vysielačov:

• Znížený počet nástrojov: Jeden multivariabilný vírivý vysielač nahrádza vírivý prietokomer plus vysielač teploty plus tlakový vysielač plus externý prietokový počítač. To výrazne znižuje náklady na obstarávanie, inštaláciu, údržbu a kalibráciu.
• Väčšia presnosť hmotnostného prietoku: Keď sa teplota a tlak merajú presne v rovnakom bode ako rýchlosť prúdenia a spracovávajú sa v rámci rovnakej elektroniky, časové a priestorové chyby zo samostatných prístrojov sú eliminované. To zlepšuje presnosť hmotnostného prietoku v porovnaní so systémom, kde sa teplota a tlak merajú v samostatných bodoch.
• Výstup toku energie (tepelného toku): Pre aplikácie s parou a horúcou vodou môže vysielač s viacerými premennými vydávať tok energie (v megajouloch za hodinu alebo BTU za hodinu) kombináciou hmotnostného prietoku s entalpiou tekutiny odvodenou z meraní teploty a tlaku. Tento priamy výstup energie sa používa pri meraní pary na účtovanie za služby a správu energie bez externého počítača prietoku.

Inštalácia vírového prietokomeru: Požiadavky na priame potrubie, orientácia a uvedenie do prevádzky

Správna inštalácia je najdôležitejším faktorom určujúcim, či a Vírový prietokomer v prevádzke dosahuje svoju špecifikovanú presnosť. Dokonca aj najlepšie kalibrovaný merač bude dávať zlé výsledky, ak je nainštalovaný bez adekvátneho priameho potrubia proti prúdu, v orientácii, ktorá zachytáva plyn alebo kvapalinu na nesprávnom mieste, alebo bez pozornosti na procesné pripojenia.

Požiadavky na priame potrubie proti prúdu a po prúde

Vortexové prietokomery vyžadujú plne vyvinutý, neskreslený rýchlostný profil, aby dosiahli svoju kalibrovanú presnosť. Poruchy v potrubí proti prúdu (ohyby, ventily, expandéry, redukcie) deformujú profil a spôsobujú systematickú chybu. Minimálne požiadavky na priame potrubie (D = vnútorný priemer potrubia):

• Jediný ohyb 90 stupňov: Minimum 15D proti prúdu merača
• Dva 90-stupňové ohyby v rovnakej rovine: Minimum 20D proti prúdu
• Dva 90-stupňové ohyby v rôznych rovinách (mimo rovinu): Minimum 25D proti prúdu
• Úplne otvorený posúvač alebo guľový ventil: Minimum 10D proti prúdu
• Riadiaci ventil (čiastočne otvorený): Minimum 30D až 50D proti prúdu v dôsledku silného skreslenia profilu
• Požiadavka na odber: Minimum 5D po prúde merača before any fitting or valve

Keď tieto požiadavky na priame potrubie nemožno splniť z dôvodu priestorových obmedzení, a prietokový kondicionér (ako je zväzok rúrok, dierovaná platňa alebo kondicionér typu CPA 50E) inštalovaný bezprostredne pred meračom môže znížiť požadované priame vedenie potrubia na 10D alebo menej homogenizáciou prietokového profilu predtým, ako dosiahne meradlo.

Montážna orientácia: horizontálne, vertikálne a šikmé rúry

Vírový prietokomers môže byť inštalovaný v horizontálnom, vertikálnom alebo naklonenom potrubí, ale musí sa zvážiť montážna orientácia prevodníka a smer prúdenia vzhľadom na gravitáciu:

• Inštalácia horizontálneho potrubia: Kryt vysielača by mal byť namontovaný na boku (na 3. alebo 9. hodine na potrubí) a nie na vrchu (12. hodine) pre parné alebo plynové rozvody, aby sa zabránilo hromadeniu kondenzátu v tele merača. Pri prevádzke kvapalín je tiež uprednostňovaná bočná montáž, aby sa zabránilo hromadeniu plynových vreciek v hornej časti tela meradla.
• Vertikálna inštalácia potrubia: Pri prevádzke kvapalín musí byť smer prúdenia nahor (zdola nahor) pri inštalácii vertikálneho potrubia, aby sa zabezpečilo, že teleso merača zostane plné kvapaliny. Prúdenie smerom nadol vo vertikálnom potrubí s kvapalinovým vedením môže vytvoriť podmienky čiastočného plnenia, ktoré vážne zhorší presnosť. Pre plyn a paru je pri vertikálnej inštalácii prijateľný smer prúdenia nahor alebo nadol.
• Orientácia vysielača: Kryt vysielača a displej by mali smerovať tak, aby umožňovali ľahké čítanie obsluhou a ľahký prístup pre údržbu bez nepríjemných pozícií. Na horizontálnych potrubiach je vysielač po inštalácii merača typicky otočný do ľubovoľnej orientácie v 90-stupňových prírastkoch, aby sa optimalizovala čitateľnosť.

Často kladené otázky o Vortexových prietokomeroch

1. Čo je to vortexový prietok a ako ho Vírový prietokomer používa na meranie?

Čo je to vírové prúdenie z hľadiska merania? Ide o fenomén karmanovho vírenia: keď tekutina preteká okolo blafového telesa (shader bar), striedavé víry sa vrhajú z každej strany tela v pravidelnom vzore. Frekvencia odlupovania je priamo úmerná rýchlosti tekutiny prostredníctvom Strouhalovho vzťahu (f = St × V ÷ d). A Vírový prietokomer počíta túto frekvenciu pomocou piezoelektrického alebo kapacitného snímača, prevádza frekvenciu na rýchlosť, násobí ju plochou potrubia a vydáva objemový alebo hmotnostný prietok. Strouhalovo číslo zostáva konštantné pre Reynoldsove čísla nad približne 10 000 až 4 000 000, čo poskytuje lineárne meranie v tomto širokom rozsahu.

2. Aké sú výhody vkladacieho vírového prietokomeru oproti plnopriemerovému inline prietokomeru?

An vkladací vírový prietokomer ponúka významné cenové výhody pre rúry s veľkým priemerom, kde by si radový merač s plným priemerom vyžadoval veľké, ťažké a drahé kusy prírubovej cievky. Zasúvacie meradlo využíva napichovanie jednej rúrky, môže byť navŕtané za horúca (inštalované bez odstavenia procesu na tlakových systémoch), vytvára veľmi nízku tlakovú stratu (iba sonda, nie plný otvor) a zvládne veľkosť potrubia od DN 50 do DN 2000 a vyššie s rovnakým kompaktným dizajnom sondy. Kompromisom je presnosť: merače vloženia zvyčajne dosahujú ±1,5 až ±3,0 % odčítanej hodnoty proti ±0,5 až ±1,0 % pre konštrukcie s plným otvorom, pretože bodové meranie rýchlosti prináša ďalšiu neistotu z predpokladu rýchlostného profilu.

3. Je vírivý merač prietoku vzduchu vhodný na meranie spotreby energie stlačeného vzduchu?

áno. A vírový merač prietoku vzduchu s integrovanou kompenzáciou teploty a tlaku je ideálny pre účtovanie energie stlačeného vzduchu. Multivariabilný prevodník prevádza objemový prietok v potrubí na štandardný objemový prietok (odkaz na definované štandardné podmienky) alebo priamo na hmotnostný prietok, ktorý určuje spotrebovanú energiu kompresora. Vysoký pomer otáčania vírového merača ( 20:1 až 40:1 ) zvláda veľké rozdiely v potrebe stlačeného vzduchu v rámci zmien a výrobných stavov a jeho konštrukcia bez pohyblivých častí je vhodná pre stlačený vzduch, ktorý môže obsahovať unášaný olej alebo vlhkosť.

4. Prečo je pre parné aplikácie uprednostňovaný vírový prietokomer pred clonou?

A vírový prietokomer pre aplikáciu pary prekonáva tradičný clonový diferenčný tlakový merač v parnej prevádzke z niekoľkých dôvodov: poskytuje vyššiu presnosť ( ±1,0 % z čítania vs. ±2 až ±3% pre typickú inštaláciu clony), poskytuje oveľa širší rozsah ( 20:1 až 30:1 vs. 3:1 až 5:1 pre DP), nevyžaduje žiadne impulzné vedenia, ktoré by sa mohli upchať alebo zamrznúť, nemá tenkú clonu, ktorá by erodovala pod parou, a vo svojej multivariabilnej forme poskytuje priamy hmotnostný prietok bez samostatného počítača prietoku. Vortex meter si tiež poradí s kondenzátmi lepšie ako DP metre s mokrými nohami.

5. Aké výstupy poskytuje vysielač prietoku vírového typu?

A vírový vysielač prietoku typicky poskytuje a 4 až 20 mA analógový výstup predstavujúci prietok, a pulzný alebo frekvenčný výstup pre sčítanie a digitálnu komunikáciu cez Protokol HART (najbežnejšie), FOUNDATION Fieldbus, PROFIBUS PA alebo Modbus RTU/TCP v závislosti od modelu. Prevodníky s viacerými premennými môžu poskytovať viacero výstupov 4 až 20 mA alebo prenášať všetky premenné (prietok, teplota, tlak, hustota, hmotnostný prietok) cez jediné pripojenie digitálnej priemyselnej zbernice. Impulzný výstup je obzvlášť dôležitý pre prenosové a dávkové aplikácie, kde sa vyžaduje skôr integrujúce počítadlo skutočného objemu tekutiny než signál okamžitej rýchlosti.

6. Môže Vortexový prietokomer merať plyn aj kvapalinu v tom istom tele merača?

Rovnaké teleso fyzického vírového merača môže merať plyny aj kvapaliny, pretože Strouhalov vzťah platí pre akúkoľvek kvapalinu nad minimálnym prahom Reynoldsovho čísla. Merač však musí mať správnu veľkosť pre každú kvapalinu (požiadavky na rozsah rýchlosti sa výrazne líšia medzi plynmi a kvapalinami v dôsledku rozdielov v hustote) a prevodník musí byť nakonfigurovaný so správnymi vlastnosťami kvapaliny pre každú službu. V praxi je meradlo dimenzované na aplikáciu plynu typicky príliš veľké na aplikáciu kvapaliny v rovnakom potrubí, pretože kvapalina vyžaduje oveľa nižšie rýchlosti pre rovnaký hmotnostný tok. Väčšina používateľov špecifikuje samostatné merače pre plyn a kvapaliny namiesto toho, aby sa pokúšali použiť rovnaké meradlo pre obe.

7. Aký je minimálny prietok Vírový prietokomer môže merať?

Minimálny merateľný prietok a Vírový prietokomer je určená prahom Reynoldsovho čísla pre stabilné uvoľňovanie víru, typicky Re > 10 000 až 20 000 v závislosti od konštrukcie merača. Pre vodu s teplotou 20 °C v metre DN 50 to zodpovedá minimálnej rýchlosti približne 0,3 až 0,5 m/s a minimálny prietok približne 0,3 až 0,6 m³/h . Pre plyny a paru môže byť minimálna rýchlosť 1 až 3 m/s kvôli nižším Reynoldsovým číslam na jednotku rýchlosti v kvapalinách s nízkou hustotou. Na potvrdenie minimálneho prietoku pre konkrétnu kvapalinu, teplotu, tlak a veľkosť potrubia by sa mal vždy použiť softvér výrobcu na dimenzovanie.

8. Koľko priameho potrubia je potrebné pred vírivým prietokomerom?

Požiadavky na priame potrubie proti prúdu pre a Vírový prietokomer rozsah od 10D až 50D v závislosti od typu rušenia proti prúdu. Jediný 90-stupňový ohyb vyžaduje minimálne 15D; dva ohyby mimo rovinu vyžadujú 25D; regulačný ventil pri čiastočnom otvorení vyžaduje 30D až 50D. Po prúde sa vyžaduje minimálne 5D pred akoukoľvek armatúrou alebo ventilom. Keď je inštalačný priestor nedostatočný, kondicionér prietoku zníži požiadavku proti prúdu na približne 10D bez ohľadu na konfiguráciu proti prúdu. The vkladací vírový prietokomer zvyčajne vyžaduje viac priameho potrubia pred prúdom ako merače s plným priemerom (15D až 30D), pretože bodové meranie rýchlosti je citlivejšie na deformáciu profilu.

9. Aké kvapaliny NIE sú vhodné pre vírivé prietokomery?

Vírový prietokomers nie sú vhodné pre: kvapaliny s vysokou viskozitou (nad približne 10 až 20 cSt pri prevádzkovej teplote), kde Reynoldsovo číslo nemožno udržať nad 10 000 pri praktických rýchlostiach prúdenia; kaly a kvapaliny s vysokým obsahom pevných látok, ktoré by mohli erodovať odlupovaciu lištu alebo usadzovať sa na snímači; viacfázové toky, kde sú súčasne vo významných množstvách prítomné kvapalina a plyn (vlhká para s kvalitou pod približne 0,8 alebo kvapalina s viac ako približne 2 % objemu plynu); pulzujúce toky, kde frekvencia pulzácií presahuje očakávaný rozsah frekvencie víru; a veľmi nízke prietoky v malých potrubiach, kde nie je možné dosiahnuť požadovanú minimálnu rýchlosť bez prekročenia maximálneho prípustného poklesu tlaku.

10. Ako je dimenzovaný vírový prietokomer na aplikáciu pary pre konkrétny parný systém?

Dimenzovanie a vírový prietokomer pre aplikáciu pary vyžaduje poznať minimálny a maximálny hmotnostný prietok, tlak a teplotu pary v mieste merania a veľkosť potrubia. Z hmotnostného prietoku a hustoty pary (vypočítanej z tlaku a teploty pomocou tabuliek pary) sa určí objemový prietok a rýchlosť. Veľkosť merača sa volí tak, aby minimálna rýchlosť prúdenia presahovala minimálnu rýchlosť merača pre stabilné uvoľňovanie vírov (zvyčajne 1,5 až 2,5 m/s pre paru) a maximálna rýchlosť prúdenia nepresahuje menovité maximum merača (zvyčajne 50 až 80 m/s pre paru). Výsledný rozsah rýchlosti definuje pokles merača v prevádzke. Väčšina výrobcov poskytuje softvér na meranie veľkosti alebo online nástroje, ktoré tento výpočet vykonajú automaticky, keď sú dodané s podmienkami pary a rozsahom prietoku.