Przepływomierze wirowe opierają się na uwzględnianiu okresowości zmian ciśnienia, które powstają w przepływie po określonej przeszkodzie w rurociągu lub podczas oscylacji i powstawania wirów strumienia.
Godność
Pierwsze urządzenia tego typu pojawiły się w latach 60. ubiegłego wieku. Ich główną niedogodnością był mały zakres parametrów pomiarowych i znaczny błąd. Nowoczesny elektroniczny przepływomierz wirowy stał się doskonalszy, wydajniejszy i zyskał wiele zalet, do których należą:
- względna prostota systemu pomiarowego;
- dane są zawsze stabilne, niezależnie od temperatury i dostępnego ciśnienia;
- pomiary o wysokiej precyzji;
- pomiar sygnałów liniowych;
- solidna i prosta konstrukcja;
- szeroki zakres pomiarowy;
- elementy statyczne;
- Funkcja autodiagnostyki dostępna w niektórych modelach.
Wady
VortexPrzepływomierz Rosemount jest przeznaczony do stosowania w rurach o średnicach od 20 mm do 300 mm, ponieważ mniejsze rurociągi charakteryzują się przerywanym tworzeniem się wirów, a większe rurociągi są trudne w obsłudze. Jednocześnie nie jest możliwe zastosowanie go przy niskim natężeniu przepływu, ze względu na złożoność pomiaru sygnału i znaczny spadek ciśnienia. Również wibracje i rodzaje pulsacji dźwiękowych wpływają na działanie urządzenia. Rurociąg wibracyjny i sprężarki działają jako zakłócenia. Ich eliminacja jest możliwa za pomocą prostownicy strumieniowej zamontowanej na wlocie lub poprzez zainstalowanie dodatkowego przetwornika z przeciwbieżnym podłączeniem i filtrów elektronicznych, w przypadku różnicy między sygnałami pomiarowymi a częstotliwościami pulsacji.
Klasyfikacja
Istnieją trzy opcje dla urządzeń, podzielone według typu konwertera:
- Przepływomierz wirowy, w którym nieruchomy korpus pełni rolę głównego przetwornika. Stopniowo po obu stronach tworzą się w nim latające wiry po ominięciu nieruchomego ciała, w wyniku czego powstaje pulsacja.
- Mechanizmy z wirującym przepływem pierwotnego konwertera, które wytwarzają pulsację ciśnienia w wyniku przyjęcia kształtu lejka w rozszerzonej części rurociągu.
- Przepływomierze Vortex ze strumieniem jako przetwornikiem. W tym przypadku pulsację ciśnienia zapewniają oscylacje strumienia.
Pierwsze dwie opcje są bardziej odpowiednie dla definicji przepływomierza wirowego. Ale ze względu na zmienny charakter ruchu przepływu trzeciegotyp, należy również do tej kategorii. Największe podobieństwo cech procesu odnotowuje się w pierwszej i trzeciej opcji.
Vortex przepływomierz pary z usprawnionym przetwornikiem
Przy omijaniu ciała przepływ zmienia trajektorię kierunku dysz, jednocześnie zwiększa się ich prędkość i spada ciśnienie. Odwrotna zmiana następuje po środkowej części obiektu. Z tyłu powstaje niskie ciśnienie, a z przodu wysokie. Po przejściu ciała warstwa przyścienna oddala się i pod wpływem niskiej kompresji powstaje wir, a także przy zmianie trajektorii. Jest to typowe dla obu płatów opływowego ciała. Naprzemienne tworzenie wirów odbywa się po obu stronach, ponieważ przeszkadzają one w tworzeniu się nawzajem. Oznacza to utworzenie toru Karmana.
Specjalny korpus owijający ma samoczyszczące powierzchnie robocze dzięki wirom, nawet w silnie zanieczyszczonym środowisku, zawsze są czyste.
Wymiary i szybkość przepływu są wprost proporcjonalne do okresowości występowania wirów, co odpowiada szybkości przy stałej wielkości iw konsekwencji przepływu objętościowego. Jeśli przy niskich natężeniach przepływu występuje stabilne tworzenie się wirów, przepływomierz zmierzy 20 l/min.
Usprawniona struktura ciała
Przepływomierz wirowy jest zwykle oparty na elemencie pryzmatycznymtrapezowy, trójkątny lub prostokątny. Projekt pierwszej opcji idzie w kierunku przepływu wody. Przy pewnej utracie ciśnienia takie elementy tworzą drgania z wystarczającą regularnością i siłą. Ponadto zwraca się szczególną uwagę na konwersję sygnałów wyjściowych.
Przepływomierz wirowy w niektórych przypadkach może wykorzystywać dwa usprawnione urządzenia do zwiększenia sygnałów wyjściowych, w którym to przypadku znajdują się one w określonej odległości. Na bocznych częściach prostokątnych drugich pryzmatów znajdują się elementy piezoelektryczne ukryte elastycznymi cienkimi membranami, dzięki czemu nie ma możliwości narażenia na zakłócenia akustyczne.
Rodzaje przekształceń
Istnieje kilka sposobów przekształcania sygnałów wyjściowych ze zmian wirowych. Najbardziej rozpowszechnione są prędkości przepływów z elementów opływowych oraz systematyczne zmiany ciśnienia. Element pomiarowy składa się z jedno- lub dwuprzewodowych anemometrów z gorącym drutem. Zastosowano ultradźwiękowy, całkujący, pojemnościowy i indukcyjny przetwornik przepływu. Aby przepływomierz wirowy działał prawidłowo, musi mieć przed sobą swobodny, płaski odcinek rury.
Utrudnienia w eksploatacji rur o zwiększonej średnicy są spowodowane następującymi przyczynami:
- zmniejszenie regularności powstawania wirów;
- słaba wydajność rozpraszania wirów;
- zmniejszenie całkowitej liczby wahań.
Lejekprzepływomierze wirowe: zasada działania
W tych urządzeniach przetworniki posiadają mechanizm, który zapewnia skręcanie przepływu przekazywanego przez część rurociągu na jego rozciągniętą stronę lub przez małe cylindryczne dysze. W rurze powstaje kształt w postaci lejka, a wokół niej obraca się oś z poruszającym się wokół niej rdzeniem wirowym. Przepływ w górnej części ma ciśnienie pulsujące jednocześnie z przemieszczeniem kątowym rdzenia, przy czym jest ono równe przepływowi objętościowemu lub prędkości liniowej. Anemometry przewodowe lub elementy elektromechaniczne przetwarzają prędkość lub częstotliwość pulsacji kanałów pomiarowych. Proces składa się z dwóch faz: najpierw powstaje przeniesienie strumienia objętości na częstotliwość trwającej precesji wirów, a następnie częstotliwość jest przekształcana na sygnał.
Oscylacyjny przepływomierz strumieniowy
Przechodząc przez dyszę, przepływ gazu lub cieczy odbywa się w dyfuzorze o przekroju w kształcie prostokąta. W niektórych przypadkach przepływ jest w pewnym momencie naprzemiennie dociskany do różnych ścian dyfuzora. Właściwość elektryzująca strumienia urządzenia relaksacyjnego zmniejsza ciśnienie w górnej części rury obejściowej, podczas gdy w dolnej części pozostaje ono takie samo i powstaje ruch, który przenosi strumień do dolnej części dyfuzora. Następnie w rurze obręczy zmienia się charakter ruchu, strumień oscyluje.
Strumień, wciśnięty w dolny element dyfuzora w hydraulicznych konwerterach powrotnych, tylko częściowo wychodzi przez rurę wylotową. W krążeniugórny kanał zmienia proporcje strumienia i przechodząc przez pierwszą dyszę jest przenoszony do dolnej pozycji w strumieniu z drugiej dyszy. Następnie część zostaje oddzielona i przechodzi do omijającego górnego kanału, po przejściu w dół następuje proces oscylacji, przy jednoczesnej zmianie ciśnienia po obu stronach przepływu.
Ten typ konwertera jest bardziej racjonalny. Dzięki temu powstaje ścisły przebieg oscylacji i występuje bezpośredni wpływ częstotliwości oscylacji na natężenie przepływu.
Mierniki wirowe firmy Yokogawa są najczęściej stosowane w rurociągach o małej średnicy, maksymalnie do 90 mm. W niektórych przypadkach urządzenia tego typu są używane jako zamienniki dla częściowych przetworników.
Dziś jakość produkcji przepływomierzy stale się rozwija i pojawiają się nowe funkcje, mimo że takie urządzenia mają dość długi okres użytkowania. Deweloperzy poszukują bardziej wydajnych rozwiązań projektowych, tworząc bardziej efektywne opcje technologiczne.
