Вихровите разходомери се основават на отчитане на периодичността на промените в налягането, които се образуват в потока след определено препятствие в тръбопровода, или по време на трептене и вихрово образуване на струята.
Достойнство
Първите устройства от този тип се появяват през 60-те години на миналия век. Основното им неудобство беше малкият диапазон от параметри на измерване и значителна грешка. Електронният модерен вихров разходомер стана по-съвършен, ефективен и придоби много предимства, които включват следното:
- относителна простота на системата за измерване;
- данните са винаги стабилни, независимо от температурата и наличното налягане;
- високо прецизни измервания;
- измерване на линейни сигнали;
- здрав и прост дизайн;
- широк обхват на измерване;
- статични елементи;
- Функция за самодиагностика е налична при някои модели.
Недостатъци
VortexРазходомерът Rosemount е предназначен за използване в тръби с диаметри от 20 mm до 300 mm, тъй като по-малките тръбопроводи се характеризират с периодично образуване на вихри, а по-големите тръбопроводи са трудни за работа. В същото време не е възможно да се използва при нисък дебит, поради сложността на измерването на сигнала и значителното намаляване на налягането. Също така, вибрациите и звуковите видове пулсации влияят върху работата на устройството. Вибриращият тръбопровод и компресорите действат като смущения. Елиминирането им е възможно с помощта на монтиран на входа струен изправител или чрез монтиране на допълнителен преобразувател с противоположна връзка и електронни филтри, в случай на разлика между измервателните сигнали и честотите на пулсации.
Класификация
Има три опции за устройства, разделени по тип конвертор:
- Вихров разходомер, в който неподвижно тяло играе ролята на първичен преобразувател. Постепенно в него от двете страни се образуват летящи вихри след заобикаляне на неподвижно тяло, поради което се образува пулсация.
- Механизми с въртящ се поток на първичния преобразувател, които създават пулсация на налягането поради приемането на форма на фуния в разширената част на тръбопровода.
- Вихрови разходомери със струя като преобразувател. В този случай пулсацията на налягането се осигурява от трептения на струята.
Първите две опции са по-подходящи за дефиницията на вихров разходомер. Но с оглед на променливия характер на движението на потока на третиятип, той също принадлежи към тази категория. Най-голямото сходство на характеристиките на процеса се отбелязва в първия и третия вариант.
Вихров разходомер за пара с опростена преобразувател
При заобикаляне на тялото потокът променя траекторията на посоката на струите, като в същото време скоростта им се увеличава и налягането намалява. Обратната промяна настъпва след средната част на обекта. На гърба му се образува ниско налягане, а отпред - високо. След преминаването на тялото граничният слой се отдалечава и под въздействието на ниска компресия се създава вихър, както и при промяна на траекторията. Това е типично и за двата лоба на опростено тяло. Алтернативно образуване на вихри се извършва от двете страни, тъй като те пречат на образуването един на друг. Това бележи създаването на песента Karman.
Специалната обвивка има самопочистващи се работни повърхности благодарение на вихри, дори в силно замърсена среда, те са винаги чисти.
Размерите и скоростта на потока са право пропорционални на периодичността на възникване на вихри, което съответства на скоростта при постоянен размер и като следствие от обемния поток. Ако се получи стабилно образуване на вихър при ниски скорости на потока, тогава разходомерът ще измерва 20 l/min.
Опростена структура на тялото
Вихровият разходомер обикновено се основава на призматичен елементтрапецовидна, триъгълна или правоъгълна. Дизайнът на първия вариант се насочва към водния поток. Като се има предвид известна загуба на налягане, такива елементи образуват трептения с достатъчна редовност и сила. Освен това се отбелязва специално удобство при конвертиране на изходни сигнали.
Вихровият разходомер в някои случаи може да използва две опростени устройства за увеличаване на изходните сигнали, като в този случай те са разположени на определено разстояние. Върху страничните части на правоъгълните втори призми има пиезоелектрични елементи, скрити от еластични тънки мембрани, поради което няма възможност за излагане на акустични смущения.
Видове трансформации
Има няколко начина за трансформиране на изходни сигнали от вихрови промени. Най-разпространени са скоростта на потоците от обтекаеми елементи и системните промени в налягането. Чувствителният елемент се състои от един или два анемометъра с топъл проводник. Използва се ултразвуков, интегриращ, капацитивен и индуктивен преобразувател на поток. За правилна работа, вихровият разходомер трябва да има свободна, плоска част от тръбата пред него.
Трудностите при работа в тръби с увеличен диаметър се дължат на следните причини:
- намаляване на редовността на образуването на вихри;
- лошо представяне на вихровото изхвърляне;
- намаляване на общия брой на колебанията.
Фуниявихрови разходомери: принцип на действие
В тези устройства преобразувателите имат механизъм, който осигурява усукването на потока, предаван през част от тръбопровода към неговата разширена страна или през малки цилиндрични дюзи. В тръбата се образува форма под формата на фуния, а ос с вихрово ядро, движещо се около нея, се върти около оста си. Потокът в горната част има налягане, което пулсира едновременно с ъгловото изместване на ядрото, докато е равно на обемния дебит или линейната скорост. Проводни анемометри с горещ проводник или електромеханичен елемент преобразуват скоростта или честотата на пулсациите за измервателните канали. Процесът се състои от две фази: първо се формира прехвърлянето на обемния поток към честотата на продължаващата вихрова прецесия, след това честотата се преобразува в сигнал.
Разходомер с осцилираща струя
Преминавайки през дюзата, потокът газ или течност е в дифузьор с напречно сечение под формата на правоъгълник. В някои случаи потокът се притиска последователно в определен момент към различни стени на дифузора. Електрифициращото свойство на струята на релаксиращото устройство намалява налягането в горната част на байпасната тръба, докато в долната част то остава същото и се създава движение, което прехвърля струята към долната част на дифузора. След това в тръбата на джантата се променя естеството на движението, струята трепти.
Струята, притисната в долния елемент на дифузора в хидравличните връщащи преобразуватели, излиза само частично през изходната тръба. В обикалянегорният канал отклонява пропорцията на струята и при преминаване през първата дюза тя се прехвърля в долната позиция в потока от втората дюза. След това една част се отделя и преминава в байпасния горен канал, процесът на трептене възниква след прехвърлянето надолу, докато има едновременна промяна в налягането от двете страни на потока.
Този тип конвертор е по-рационален. Благодарение на него се формира строг ход на трептене и има пряк ефект от честотата на трептене върху дебита.
Вихровите измервателни уреди на Yokogawa са най-широко използвани в тръбопроводи с малък диаметър, до максимум 90 mm. В някои случаи устройства от този тип се използват като заместители на частични преобразуватели.
Днес качеството на производството на разходомери непрекъснато се развива и се появяват нови функции, въпреки факта, че такива устройства имат доста дълъг период на използване. Разработчиците търсят по-ефективни дизайнерски решения, създавайки по-ефективни технологични опции.
