Co je to Vortexový průtokoměr a jak funguje?

Co je to Vortex Flow: Fyzika za vírovými průtokoměry

Co je to vířivé proudění v souvislosti s měřením průtoku? Vztahuje se k fenoménu víru, což je efekt mechaniky tekutin, ke kterému dochází, když proud tekutiny narazí na blufující (neproudé) těleso. Proudící tekutina nemůže sledovat ostré obrysy blafového tělesa, odděluje se od jeho povrchu a vytváří střídající se víry ve směru a proti směru hodinových ručiček, které se vrhají ze dvou stran tělesa v pravidelném, opakujícím se vzoru. Tento vzorec střídajících se vírů se nazývá Karmanova vírová ulice, pojmenovaná po maďarsko-americkém fyzikovi Theodore von Kármánovi, který matematicky charakterizoval tento jev na počátku dvacátého století.

Strouhalovo číslo: Proč se frekvence víru rovná rychlosti proudění

Klíčovým fyzikálním vztahem, díky němuž je vírové uvolňování užitečné pro měření průtoku, je Strouhalův vztah. Pro danou geometrii blafového tělesa v dané trubce je poměr frekvence vrhání víru (f) k rychlosti tekutiny (V) dělený charakteristickým rozměrem blafového tělesa (d) bezrozměrná konstanta zvaná Strouhalovo číslo (St):

St = f × d ÷ V

Pro dobře navržená tělesa vírového průtokoměru je Strouhalovo číslo konstantní v rozsahu Reynoldsových čísel přibližně 10 000 až 4 000 000 , což znamená, že frekvence prolínání je přísně úměrná rychlosti v tomto širokém rozsahu. Přeuspořádání Strouhalova vztahu dává:

f = St × V ÷ d

Protože St a d jsou pevně dané pro dané těleso měřiče, měření frekvence f přímo udává rychlost V a vynásobením známou plochou průřezu potrubí se získá objemový průtok. Toto je celý princip fungování a Vírový průtokoměr : počítat víry, vypočítat rychlost, vypočítat objem. Měřicí přístroj K-faktor (pulzy na jednotku objemu) zakóduje kombinované Strouhalovo číslo a geometrii potrubí do jediné kalibrační konstanty, která převádí hrubý počet pulzů na průtok v elektronice převodníku.

Jak jsou detekovány víry: Technologie senzorů

Střídavé kolísání tlaku vytvářené uvolněnými víry jsou malé (typicky 0,1 až 10 % tlaku v potrubí ), ale měřitelné. Komerční Vírový průtokoměr návrhy používají několik technologií senzorů k detekci těchto kolísání tlaku:

• Piezoelektrické senzory: Nejpoužívanější technologie detekce víru. Piezoelektrický krystal namontovaný uvnitř nebo za odlučovací tyčí generuje malý elektrický náboj v reakci na mechanické namáhání způsobené každým kolísáním tlaku. Piezoelektrické snímače jsou robustní, nevyžadují žádné externí napájení pro samotný snímací prvek a fungují ve velmi širokém rozsahu teplot.
• Kapacitní senzory: Tenká membrána se vychyluje v reakci na střídavý vírový tlak a mění tak kapacitu prvku detektoru. Kapacitní snímače poskytují vysokou citlivost při nízkém průtoku a používají se v některých provedeních prémiových měřičů pro rozšíření rozsahu do režimu nízkého průtoku.
• Ultrazvuková detekce víru: Některé konstrukce měřidel používají ultrazvukový paprsek, který prochází potrubím kolmo k toku. Každý procházející vír moduluje ultrazvukový paprsek a tato modulační frekvence je frekvencí vylučování víru. Ultrazvuková detekce nemá žádné mokré pohyblivé části a používá se ve vysoce čistých a korozivních servisních aplikacích.

Reynoldsovo číslo a minimální průtok: Praktické omezení Vortex Flow

Strouhalův vztah se typicky drží pouze nad minimálním Reynoldsovým číslem Re větší než 10 000 až 20 000 v závislosti na konkrétním provedení měřiče. Pod tímto prahem se uvolňování víru stává nepravidelným a neperiodickým, což znemožňuje přesné měření průtoku. To definuje minimální měřitelný průtok pro danou tekutinu v dané velikosti měřidla. Minimální rychlost potřebná k udržení Re nad 10 000 závisí na kinematické viskozitě kapaliny: pro vodu o teplotě 20 °C je to přibližně 0,3 až 0,5 m/s , zatímco u viskózních olejů (nad 10 cSt) může být výrazně vyšší. Toto omezení Reynoldsova čísla je hlavním důvodem, proč nejsou vířivé průtokoměry vhodné pro aplikace s vysokou viskozitou.

Vírový průtokoměr pro vkládání: Návrh, instalace a dimenzování pro velké trubky

The vkládací vírový průtokoměr je nástroj ve stylu sondy navržený tak, aby byl vložen pomocí jediného klepnutí do stěny potrubí namísto instalace inline jako kus cívky s plným otvorem. Sonda zasahuje do průřezu potrubí do hloubky, kde vzorkuje rychlost proudění v konkrétním bodě a tato bodová rychlost se používá k výpočtu střední rychlosti a objemového průtoku celého průřezu potrubí prostřednictvím kalibrovaného vztahu mezi rychlostí a průtokem. Zásuvné vírové měřiče jsou dominantní volbou pro potrubí nad přibližně DN 200 (8 palců) kde jsou vírové měřiče s plným průměrem velmi drahé a těžké.

Konstrukce vkládacího vírového průtokoměru

Typické vkládací vírový průtokoměr skládá se z:

• Tělo zaváděcí sondy: Válcová nebo proudnicová šachta sondy, která prochází stěnou potrubí a do proudu proudění. Délka sondy je přizpůsobena průměru trubky, takže oddělovací lišta na špičce sondy je umístěna ve vhodné hloubce měření, obvykle v 15 až 20 % od osy potrubí nebo na středové čáře samotné v závislosti na předpokladu rychlostního profilu použitého při kalibraci.
• Oddělovací lišta na špičce sondy: Bluffové těleso ve tvaru T nebo D, které generuje vírové uvolňování v místě měření. Geometrie prošlupovače je obrobena s přesnými tolerancemi, aby bylo zajištěno konzistentní a opakovatelné Strouhalovo číslo.
• Izolace ucpávky nebo kulového ventilu: Sonda je utěsněna proti tlaku v potrubí těsnicí ucpávkou v místě, kde sonda vystupuje ze stěny potrubí. Vírové měřiče pro vložení horkého kohoutu obsahují izolační ventil, který umožňuje vložení nebo zasunutí sondy, když je potrubí pod tlakem a proudí, bez přerušení procesu.
• Kryt vysílače: Pouzdro elektroniky namontované na horní straně sondy, obsahující obvody pro úpravu signálu, displej (volitelné) a výstupní elektroniku. Pouzdro má krytí IP65 nebo IP67 pro ochranu životního prostředí.

Kalibrace hloubky vložení a faktor profilu rychlosti

Přesnost an vkládací vírový průtokoměr závisí kriticky na znalosti vztahu mezi rychlostí v místě vložení a střední rychlostí v celém průřezu trubky. Tento vztah je faktor profilu rychlosti (také nazývaný faktor měřiče nebo faktor vložení). Pro plně rozvinutý turbulentní profil proudění potrubí je poměr středové rychlosti ke střední rychlosti přibližně 1,2 až 1,25 , což znamená, že středová rychlost je o 20 až 25 % vyšší než průměr. Když je sonda vložena do středové osy, musí být naměřená rychlost vydělena tímto faktorem, aby se získala střední rychlost. Faktor rychlostního profilu je ovlivněn:

• Číslo Pipe Reynolds: Faktor profilu se liší podle Reynoldsova čísla. Přesné měření průtoku vyžaduje buď přesnou znalost Re, nebo použití měřiče s hloubkou vložení, která minimalizuje citlivost na tvar profilu (často přibližně v 1/6 poloměru trubky od středové osy).
• Poruchy proti proudu potrubí: Ohyby, ventily, T-kusy a roztažení nebo smrštění potrubí deformují profil rychlosti z ideálního turbulentního tvaru. Deformované profily vyžadují delší rovné délky trubek nebo korektory profilu, aby bylo dosaženo jmenovité přesnosti.
• Přesnost hloubky vložení: Sonda musí být umístěna přesně v navržené hloubce zasunutí. Chyba 10 mm v hloubce zasunutí na trubce 500 mm zavádí chybu měření přibližně 1 až 3 % v závislosti na tvaru profilu rychlosti v daném bodě průřezu trubky.

Výhody a omezení vkládání vs. Full-Bore Vortex měřiče

Vírový průtokoměr vzduchu: Měření stlačeného vzduchu, vzduchu HVAC a vzduchu pro spalování

A vírový průtokoměr vzduchu je jedním z nejpraktičtějších přístrojů pro měření průtoku vzduchu v průmyslových, komerčních a HVAC aplikacích. Vzduch představuje výhody i výzvy pro měření vírového proudění: jeho nízká hustota znamená nízké kolísání tlaku vyvolané vírem (vyžadující citlivou detekci), ale jeho nízká viskozita znamená, že Reynoldsovo číslo je typicky výrazně nad prahovou hodnotou 10 000 pro uvolňování vírů i při středních rychlostech ve standardních velikostech potrubí.

Měření stlačeného vzduchu: Nejběžnější aplikace vířivého proudění vzduchu

Systémy stlačeného vzduchu ve výrobních závodech obvykle pracují na Přetlak 6 až 10 barů . Přesné měření spotřeby stlačeného vzduchu je zásadní pro energetický audit, detekci úniků a alokaci nákladů na vzduch výrobním procesům. Vírové průtokoměry jsou vhodné pro měření stlačeného vzduchu, protože:

• Žádné pohyblivé části: Vedení stlačeného vzduchu přenáší unášený olej, vodu a částice z kompresorů. Vírový měřič bez pohyblivých částí nebo ložisek je mnohem méně náchylný k znečištění a opotřebení než turbínový měřič nebo objemový měřič v provozu se stlačeným vzduchem.
• Široký rozsah průtoku: Poptávka po stlačeném vzduchu ve výrobě je velmi variabilní, přičemž poptávka se pohybuje od téměř nulové až po plnou kapacitu systému v různých směnách a výrobních scénářích. Poměr ztlumení vortexmetru 20:1 až 40:1 zvládá tuto variabilitu lépe než diferenční tlakoměry, jejichž útlum je typicky 3:1 až 5:1.
• Objemový nebo hmotnostní průtok s kompenzací: Moderní vírový průtokoměr vzduchus začlenit teplotní a tlakové senzory do stejného přístroje, což jim umožňuje vydávat jak skutečný objemový průtok (v podmínkách linky), tak standardní objemový průtok nebo hmotnostní průtok (opravený na referenční podmínky typicky 20 °C a 1 bar nebo 0 °C a 1,01325 baru). To je nezbytné pro energetické účetnictví, kde hmotnost spotřebovaného vzduchu (nikoli jeho objem při tlaku v potrubí) určuje náklady na energii kompresoru.

Měření průtoku vzduchu HVAC pomocí Vortex Meter

Pro měření průtoku vzduchu v potrubí HVAC při atmosférickém tlaku nebo v jeho blízkosti, vkládací vírový průtokoměrs jsou obzvláště oblíbené, protože vzduchotechnické potrubí je typicky velké (DN 200 až DN 1000 a více) a obdélníkové nebo kruhové plechové konstrukce, kde nelze nainstalovat plnoprůměrový měřič. Zaváděcí měřidlo ve stylu sondy se instaluje přes jediný otvor vyvrtaný ve stěně potrubí, což nevyžaduje výměnu části potrubí. Klíčové úvahy o aplikaci víru HVAC:

• Rozsah rychlosti: Rychlosti vzduchu v potrubí HVAC se obvykle pohybují od 2 až 15 m/s . Vírové měřiče pracují v tomto rozsahu pohodlně, i když se spodní hranice blíží minimálnímu prahu Reynoldsova čísla pro menší velikosti potrubí. Pro přívodní potrubí HVAC pod DN 150 při nízkých rychlostech ověřte, že Re překračuje 10 000 za podmínek minimálního očekávaného průtoku, než specifikujete vírový měřič.
• Zkreslení profilu v systémech HVAC: Potrubí HVAC zřídka poskytuje adekvátní přímé vedení před bodem měření. Prostorová omezení znamenají, že kolena, výstupy ventilátorů, difuzory a klapky jsou často bezprostředně před místem, kde je třeba umístit měřič. U takových instalací je pro dosažení přijatelné přesnosti nezbytné vícebodové průměrování pitotovým způsobem nebo vírový měřič s kondicionérem průtoku bezprostředně před proudem.

Měření směsi spalovacího vzduchu a zemního plynu

Vortexové průtokoměry vzduchu se používají pro měření průtoku spalovacího vzduchu v průmyslových hořákových systémech, kotlích a pecích, kde poměr vzduchu k palivu (poměr vzduch-palivo) musí být přesně řízen pro účinnost spalování a dodržování emisí. V těchto aplikacích je vírový průtokoměr vzduchu výstup se přivádí přímo do systému řízení hořáku nebo regulátoru spalování. Měřič musí být dimenzován na zvýšené teploty vzduchu, které se obvykle vyskytují v systémech předehřívání spalovacího vzduchu: teploty předehřevu průmyslového spalovacího vzduchu 200 až 400 °C jsou běžné a měřič musí být specifikován s materiály smáčenými vysokou teplotou a teplotně kompenzovanou elektronikou.

Vortexový průtokoměr pro aplikaci páry: Měření nasycené a přehřáté páry

The vírový průtokoměr pro aplikaci páry je jedním z technicky nejdůležitějších a komerčně nejvýznamnějších použití vortexové technologie. Měření průtoku páry historicky dominovaly měřiče diferenčního tlaku (DP) s clonami, ale vynikající přesnost, nižší nároky na údržbu a schopnost přímého hmotnostního průtoku vírových měřičů z nich učinily preferovanou volbu pro parní aplikace v moderních zpracovatelských závodech a systémech veřejných služeb.

Proč je měření Steam náročné a proč Vortex Meters Excel

Měření páry je náročné z několika důvodů, které činí mnoho technologií měření průtoku nevhodnými:

• Vysoká teplota a tlak: Průmyslové parní systémy pracují při teplotách od 100 °C až 400 °C a tlaky z 0,5 bar až 40 bar , podmínky, které omezují použití nástrojů s pryžovým těsněním, smáčenou elektronikou nebo termoplastickými součástmi.
• Variabilní hustota: Hustota páry se výrazně mění jak s teplotou, tak s tlakem. Měření hmotnostního průtoku vyžaduje znát hustotu kapaliny v podmínkách linky, buď přímým měřením hustoty nebo výpočtem hustoty z naměřené teploty a tlaku pomocí parních tabulek. Diferenční tlakoměry měří objemový průtok a vyžadují samostatnou kompenzaci hustoty; Vírové měřiče s integrovanou kompenzací teploty a tlaku poskytují přímý hmotnostní průtok.
• Riziko kondenzace: Parní potrubí může obsahovat výrony kapalného kondenzátu, zejména při spuštění a ve špatně udržovaných systémech. Kapalné špony narážející na snímač diferenčního tlaku nebo objemový měřicí prvek mohou způsobit poškození nebo trvalý posun kalibrace. Vírové měřiče s pevnými kovovými odlučovacími tyčemi a robustními piezoelektrickými snímači snášejí kondenzát mnohem lépe než jiné alternativy.
• Žádné pohyblivé části: Pára při vysoké teplotě a tlaku vyžaduje součásti přístroje, které dokážou tolerovat opakované tepelné cykly, tlakové pulsace a erozivní účinek unášených částic nebo kapiček. Vírové měřiče nemají v proudu žádné pohyblivé části, které by se mohly opotřebovat, zaseknout nebo vyžadovat pravidelnou výměnu.

Nasycená vs. přehřátá pára: Úvahy o Vortex Meter

Vírové průtokoměry zvládají sytou i přehřátou páru, ale přístup k měření a požadovaná doplňková měření se liší:

• Nasycená pára: Při nasycení jsou teplota a tlak spojeny křivkou nasycení páry. Měření teploty nebo tlaku je dostatečné pro definování stavu páry a výpočet hustoty z tabulek páry. Pro aplikace s nasycenou párou a vírový průtokoměr pro aplikaci páry s integrovaným snímačem tlaku (a volitelně snímačem teploty) může vypočítat hustotu v reálném čase a přímo vydávat hmotnostní průtok. Typický rozsah integrovaných snímačů tlaku pro měřiče syté páry je 0 až 25 bar absolutně s přesností ±0,1 až ±0,5 % .
• Přehřátá pára: Přehřátá pára je plně v plynné fázi bez přítomnosti kapaliny. Jeho hustota je nezávisle funkcí teploty a tlaku. Vírový měřič přehřáté páry musí měřit jak teplotu v potrubí, tak tlak v potrubí a používat stavové rovnice páry (obvykle ze standardních tabulek páry IAPWS-IF97) k výpočtu hustoty v reálném čase. Výstup hmotnostního průtoku je pak: hmotnostní průtok = objemový průtok × hustota(T, P) Nejmodernější víceproměnná vysílač průtoku vírového typus provést tento výpočet interně.

Specifikace materiálu a teploty měřiče páry Vortex

Pro provoz s párou musí tělo vírového průtokoměru a vnitřní součásti splňovat specifické požadavky na materiál:

• Materiál těla: Uhlíková ocel ASTM A105 nebo nerezová ocel ASTM A182 (SS316 / SS316L) pro standardní parní provoz. Pro vysokotlakou páru nad 25 bar nebo páru s korozivními nečistotami (síra, chloridy) jsou určeny slitiny SS316 nebo vyšší (Hastelloy C, Duplex SS).
• Teplotní hodnocení: Standardní vírové průtokoměry pro aplikaci páry jsou hodnoceny jako 260 °C až 320 °C . Vysokoteplotní verze pro přehřátou páru jsou dimenzovány na 400 °C to 450°C , typicky používající konstrukci s prodlouženým hrdlem, která oddaluje elektroniku převodníku od horkých procesních připojení, aby elektronika zůstala v jejich specifikovaném provozním rozsahu.
• Hodnocení tlaku: Standardní wafer-body vortex meters are rated to PN 40 (40 bar) ve velikostech DN 15 až DN 100. Přírubová tělesa ve stejném rozsahu velikostí mají obvykle tlakové třídy ANSI Class 300 nebo Class 600 odpovídající 51 bar a 102 bar respektive při pracovní teplotě 38°C.

Vysílač toku typu Vortex: elektronika, výstupy a komunikační protokoly

A vysílač průtoku vírového typu je elektronický modul, který přijímá surový vírový pulzní signál ze senzoru (piezoelektrický, kapacitní nebo ultrazvukový), zpracovává jej pomocí algoritmů úpravy signálu a filtrování, vypočítává průtok a přenáší výsledek do řídicího systému nebo systému sběru dat prostřednictvím jednoho nebo více standardizovaných výstupních signálů. V moderních přístrojích je vysílač fyzicky integrován do těla měřiče, spíše než jako samostatné zařízení pro vzdálenou montáž, což dává kompaktní sestavě označení „chytrý vysílač“.

Úprava signálu: Od surových pulzů po signál čistého toku

Surový signál z vírového senzoru je střídavý signál s nízkou amplitudou, jehož frekvence představuje rychlost uvolňování víru. V procesním prostředí je tento signál kontaminován několika zdroji rušení vysílač průtoku vírového typu musí odmítnout:

• Vibrace potrubí: Mechanické vibrace z čerpadel, kompresorů a strukturální rezonance se spojují s tělem měřiče a generují rušivé signály na snímači, které mohou být chybně interpretovány jako vířivé pulsy. Moderní vysílače používají adaptivní zpracování signálu a frekvenční rozlišovací algoritmy k rozlišení skutečných vírových frekvencí (které sledují plynulé změny toku) od hluku vyvolaného vibracemi (který je typicky širokopásmový nebo na pevných harmonických frekvencích).
• Hlučnost nízkého průtoku: V blízkosti minimálního detekovatelného průtoku se uvolňování víru stává nepravidelným a jednotlivé víry je obtížné odlišit od hluku. Pokročilé vysílače používají statistickou analýzu signálu k detekci přítomnosti koherentní vírové frekvence i při velmi nízkém poměru signálu k šumu, čímž se rozšiřuje efektivní minimální průtok.
• Elektrické rušení (EMI/RFI): Průmyslová prostředí obsahují silná elektromagnetická pole z pohonů s proměnnou rychlostí, napájecích kabelů, svařovacích zařízení a rádiových vysílačů. Elektronika převodníku musí obsahovat odpovídající stínění, filtrování a izolaci, aby tyto signály neovlivňovaly měření.

Výstupní signály a komunikační protokoly

A vysílač průtoku vírového typu poskytuje jeden nebo více z následujících výstupních signálů v závislosti na modelu a konfiguraci:

• 4 až 20 mA analogový výstup: Univerzální průmyslový standard pro přenos průtoku. Převodník mapuje 4 mA na nulový průtok (nebo nakonfigurovanou nulu výstupního rozsahu) a 20 mA na maximální nakonfigurovaný průtok. Signál 4 až 20 mA je odolný vůči vlivům odporu vedení (v mezích odporu kabelu) a lze jej snadno připojit k jakémukoli vstupu PLC, DCS nebo panelového měřiče.
• Pulzní výstup (frekvenční výstup): Digitální sled pulzů, kde každý pulz představuje pevný objem tekutiny (K-faktor měřiče). Pulzní výstupy se používají pro sčítání v dávkových řídicích systémech, systémech energetického managementu a aplikacích pro přenos do úschovy, kde je potřeba spíše integrační počítadlo než zobrazení okamžitého průtoku.
• Protokol HART: HART (Highway Addressable Remote Transducer) je digitální komunikační protokol superponovaný na analogový signál 4 až 20 mA. Umožňuje obousměrnou digitální komunikaci pro konfiguraci, diagnostiku a přístup k sekundárním proměnným (teplota, tlak, hustota) bez další kabeláže. HART je nejrozšířenější digitální protokol v procesním průmyslu a je standardem téměř všech moderních vysílač průtoku vírového typus .
• FOUNDATION Fieldbus a PROFIBUS PA: Plně digitální protokoly fieldbus, které umožňují více přístrojům sdílet jeden pár kabelů, poskytují plnou diagnostiku a konfiguraci z velínu a podporují pokročilé funkce, jako je provádění funkčních bloků v samotném převodníku. Používá se v nově vybudovaných procesních závodech a rozšířeních rafinérií, kde je specifikována plná digitální infrastruktura.
• Modbus RTU nebo TCP/IP: Používá se v systémech úpravy vody, automatizace budov a HVAC systémů, kde jsou standardem SCADA kompatibilní s Modbus nebo systémy řízení budov. Mnoho vkládací vírový průtokoměrs pro HVAC a vodní aplikace poskytují Modbus RS-485 jako standardní výstup.

Víceproměnné Vortex vysílače: Integrovaná teplota, tlak a hustota

Víceproměnná vysílač průtoku vírového typu integruje měření teploty (RTD nebo termočlánek), měření tlaku (integrovaný tlakový převodník) a měření průtoku (vírový senzor) do jediného přístrojového balíčku. Převodník vypočítává hustotu kapaliny v reálném čase z naměřené teploty a tlaku pomocí vestavěných stavových rovnic pro páru, zemní plyn, vzduch a další běžné procesní kapaliny a poté vynásobí objemový průtok vypočítanou hustotou, aby byl výstup hmoty přímo. Klíčové výhody multivariabilních vysílačů:

• Snížený počet nástrojů: Jeden víceproměnný vírový převodník nahrazuje vírový průtokoměr plus převodník teploty plus převodník tlaku plus externí počítač průtoku. To výrazně snižuje náklady na pořízení, instalaci, údržbu a kalibraci.
• Přesnější hmotnostní průtok: Když jsou teplota a tlak měřeny přesně ve stejném bodě jako rychlost proudění a zpracovávány stejnou elektronikou, jsou eliminovány časové a prostorové chyby ze samostatných přístrojů. To zlepšuje přesnost hmotnostního průtoku ve srovnání se systémem, kde se teplota a tlak měří v samostatných bodech.
• Výstup toku energie (tepelného toku): Pro aplikace s párou a horkou vodou může víceproměnný vysílač vydávat tok energie (v megajoulech za hodinu nebo BTU za hodinu) kombinací hmotnostního průtoku s entalpií tekutiny odvozenou z měření teploty a tlaku. Tento přímý výstup energie se používá při měření páry pro účtování veřejných služeb a správu energie bez externího počítače průtoku.

Instalace vírového průtokoměru: Požadavky na přímé potrubí, orientace a uvedení do provozu

Správná instalace je nejdůležitějším faktorem, který určuje, zda a Vírový průtokoměr v provozu dosahuje stanovené přesnosti. I ten nejlépe zkalibrovaný měřič bude dávat špatné výsledky, pokud je instalován bez adekvátního přímého potrubí proti proudu, v orientaci, která zachycuje plyn nebo kapalinu na nesprávném místě, nebo bez ohledu na procesní připojení.

Požadavky na přímé potrubí proti proudu a po proudu

Vírové průtokoměry vyžadují plně vyvinutý, nezkreslený rychlostní profil, aby dosáhly své kalibrované přesnosti. Poruchy potrubí proti proudu (oblouky, ventily, expandéry, redukce) deformují profil a zavádějí systematickou chybu. Minimální požadavky na přímou trubku (D = vnitřní průměr trubky):

• Jediný ohyb 90 stupňů: Minimální 15D proti proudu měřiče
• Dva 90stupňové ohyby ve stejné rovině: Minimální 20D proti proudu
• Dva 90stupňové ohyby v různých rovinách (mimo rovinu): Minimální 25D proti proudu
• Zcela otevřené šoupátko nebo kulový ventil: Minimální 10D proti proudu
• Ovládací ventil (částečně otevřený): Minimální 30D až 50D proti proudu kvůli silné deformaci profilu
• Požadavek po proudu: Minimální 5D po proudu měřiče before any fitting or valve

Pokud tyto požadavky na přímé potrubí nelze splnit z důvodu prostorových omezení, a kondicionér průtoku (jako je svazek trubek, děrovaný plech nebo kondicionér typu CPA 50E) nainstalovaný bezprostředně před měřičem může snížit požadovaný přímý průběh potrubí na 10D nebo méně homogenizací průtokového profilu předtím, než dosáhne měřidla.

Montážní orientace: horizontální, vertikální a šikmé trubky

Vírový průtokoměrs lze instalovat do vodorovného, svislého nebo šikmého potrubí, ale je třeba vzít v úvahu montážní orientaci převodníku a směr proudění vzhledem k gravitaci:

• Instalace vodorovného potrubí: Pouzdro převodníku by mělo být namontováno na stranu (v poloze 3 hodin nebo 9 hodin na potrubí) spíše než nahoře (12 hodin) pro připojení páry nebo plynu, aby se zabránilo hromadění kondenzátu v těle měřiče. Pro provoz kapalin je také upřednostňována boční montáž, aby se zabránilo hromadění plynových kapes v horní části těla měřiče.
• Vertikální instalace potrubí: Pro provoz kapaliny musí být směr průtoku ve vertikální instalaci potrubí nahoru (zespodu nahoru), aby bylo zajištěno, že těleso měřiče zůstane plné kapaliny. Tok směrem dolů ve vertikálním potrubí s kapalinovým vedením může vytvářet podmínky částečného plnění, které vážně snižují přesnost. Pro provoz plynu a páry je při vertikální instalaci přijatelný směr proudění nahoru nebo dolů.
• Orientace vysílače: Kryt vysílače a displej by měly směřovat tak, aby umožňovaly snadné čtení pro obsluhu a snadný přístup pro údržbu bez nevhodných pozic. Na vodorovném potrubí je převodník po instalaci měřiče obvykle otočný do libovolné orientace v krocích po 90 stupních, aby se optimalizovala čitelnost.

Často kladené otázky o Vortexových průtokoměrech

1. Co je to vortexové proudění a jak jej Vírový průtokoměr používá k měření?

Co je to vířivé proudění z hlediska měření? Jedná se o fenomén karmanského vírového prolévání: když tekutina protéká kolem blafového tělesa (shader bar), střídavé víry se vrhají z každé strany těla v pravidelném vzoru. Frekvence odlučování je přímo úměrná rychlosti tekutiny prostřednictvím Strouhalova vztahu (f = St × V ÷ d). A Vírový průtokoměr počítá tuto frekvenci pomocí piezoelektrického nebo kapacitního senzoru, převádí frekvenci na rychlost, násobí ji plochou potrubí a vydává objemový nebo hmotnostní průtok. Strouhalovo číslo zůstává konstantní pro Reynoldsova čísla nad přibližně 10 000 až 4 000 000, což poskytuje lineární měření v tomto širokém rozsahu.

2. Jaké jsou výhody vkládacího vírového průtokoměru oproti plnoprůměrovému inline průtokoměru?

An vkládací vírový průtokoměr nabízí významné cenové výhody pro trubky o velkém průměru, kde by řadový měřič s plným průměrem vyžadoval velké, těžké a drahé kusy přírubové cívky. Vkládací měřidlo využívá napichování jedné trubky, může být navrtáváno za tepla (instalace bez odstávky procesu na tlakových systémech), vytváří velmi nízkou tlakovou ztrátu (pouze sonda, nikoli plný otvor) a zvládá velikosti potrubí od DN 50 do DN 2000 a vyšší se stejným kompaktním designem sondy. Kompromisem je přesnost: obvykle dosahují měřiče vložení ±1,5 až ±3,0 % odečtu proti ±0,5 až ±1,0 % pro konstrukce s plným vrtáním, protože bodové měření rychlosti přináší další nejistotu z předpokladu rychlostního profilu.

3. Je vírový průtokoměr vhodný pro měření spotřeby energie stlačeného vzduchu?

Ano. A vírový průtokoměr vzduchu s integrovanou kompenzací teploty a tlaku je ideální pro účtování energie stlačeného vzduchu. Převodník s více proměnnými převádí objemový průtok potrubím na standardní objemový průtok (vztažený k definovaným standardním podmínkám) nebo přímo na hmotnostní průtok, který určuje spotřebu energie kompresoru. Vysoký poměr ztlumení vírového měřiče ( 20:1 až 40:1 ) zvládá velké rozdíly v potřebě stlačeného vzduchu napříč směnami a výrobními stavy a jeho konstrukce bez pohyblivých dílů je vhodná pro stlačený vzduch, který může obsahovat unášený olej nebo vlhkost.

4. Proč je pro parní aplikace upřednostňován vírový průtokoměr před clonou?

A vírový průtokoměr pro aplikaci páry překonává tradiční diferenční tlakoměr s clonou v parním provozu z několika důvodů: poskytuje vyšší přesnost ( ±1,0 % čtení vs. ±2 až ±3 % pro typickou instalaci clony), poskytuje mnohem širší rozsah ( 20:1 až 30:1 vs. 3:1 až 5:1 pro DP), nevyžaduje žádná impulzní vedení, která by se mohla ucpat nebo zamrznout, nemá žádnou tenkou clonu, která by pod párou erodovala, a ve své multivariabilní formě poskytuje přímý hmotnostní průtok bez samostatného počítače průtoku. Vírový měřič také zvládá kondenzátní slimáky lépe než DP měřiče s mokrými nohami.

5. Jaké výstupy poskytuje snímač průtoku vírového typu?

A vysílač průtoku vírového typu obvykle poskytuje a 4 až 20 mA analogový výstup představující průtok, a pulzní nebo frekvenční výstup pro sčítání a digitální komunikaci přes protokol HART (nejběžnější), FOUNDATION Fieldbus, PROFIBUS PA nebo Modbus RTU/TCP v závislosti na modelu. Převodníky s více proměnnými mohou poskytovat více výstupů 4 až 20 mA nebo přenášet všechny proměnné (průtok, teplotu, tlak, hustotu, hmotnostní průtok) přes jediné digitální připojení fieldbus. Pulzní výstup je zvláště důležitý pro aplikace pro přenos a řízení dávek, kde je vyžadováno integrující počítadlo skutečného objemu tekutiny spíše než signál okamžité rychlosti.

6. Může Vortexový průtokoměr měřit plyn i kapalinu ve stejném těle měřiče?

Stejné fyzické tělo vírového měřiče může měřit jak plyny, tak kapaliny, protože Strouhalův vztah platí pro jakoukoli kapalinu nad minimálním prahem Reynoldsova čísla. Měřič však musí mít správnou velikost pro každou tekutinu (požadavky na rozsah rychlosti se u plynů a kapalin výrazně liší kvůli rozdílům v hustotě) a převodník musí být nakonfigurován se správnými vlastnostmi tekutiny pro každou službu. V praxi je měřidlo dimenzované pro aplikaci plynu typicky příliš velké pro aplikaci kapaliny ve stejném potrubí, protože kapalina vyžaduje mnohem nižší rychlosti pro stejný hmotnostní tok. Většina uživatelů spíše specifikuje samostatné měřiče pro plyn a kapalinu, než aby se pokoušeli používat stejný měřič pro oba.

7. Jaký je minimální průtok Vírový průtokoměr může měřit?

Minimální měřitelný průtok a Vírový průtokoměr je určeno prahovou hodnotou Reynoldsova čísla pro stabilní uvolňování víru, typicky Re > 10 000 až 20 000 v závislosti na konstrukci měřiče. Pro vodu o teplotě 20 °C v metru DN 50 to odpovídá minimální rychlosti přibližně 0,3 až 0,5 m/s a minimální průtok přibližně 0,3 až 0,6 m³/h . Pro plyny a páru může být minimální rychlost 1 až 3 m/s kvůli nižším Reynoldsovým číslům na jednotku rychlosti v kapalinách s nízkou hustotou. K potvrzení minimální průtokové kapacity pro konkrétní kapalinu, teplotu, tlak a velikost potrubí by měl být vždy použit software výrobce pro dimenzování.

8. Kolik přímé trubky je potřeba před vírovým průtokoměrem?

Požadavky na přímé potrubí proti proudu pro a Vírový průtokoměr rozsah od 10D až 50D v závislosti na typu rušení proti proudu. Jediný ohyb o 90 stupňů vyžaduje minimálně 15D; dva ohyby mimo rovinu vyžadují 25D; regulační ventil při částečném otevření vyžaduje 30D až 50D. Po proudu je vyžadováno minimálně 5D před jakoukoli armaturou nebo ventilem. Když je prostor pro instalaci nedostatečný, upravovač průtoku sníží požadavek proti proudu na přibližně 10D bez ohledu na konfiguraci proti proudu. The vkládací vírový průtokoměr typicky vyžaduje více přímého potrubí než plnoprůměrové měřiče (15D až 30D), protože bodové měření rychlosti je citlivější na deformaci profilu.

9. Jaké kapaliny NEJSOU vhodné pro vírové průtokoměry?

Vírový průtokoměrs nejsou vhodné pro: kapaliny s vysokou viskozitou (nad přibližně 10 až 20 cSt při provozní teplotě), kde Reynoldsovo číslo nelze udržet nad 10 000 při praktických rychlostech proudění; kaly a kapaliny s vysokým obsahem pevných látek, které by mohly erodovat odlupovací lištu nebo se usazovat na senzoru; vícefázové toky, kde jsou současně ve významných množstvích přítomny kapalina a plyn (vlhká pára s kvalitou nižší než přibližně 0,8 nebo kapalina s více než přibližně 2 % objemu plynu); pulzující toky, kde frekvence pulzování překrývá očekávaný rozsah frekvence víru; a velmi nízké průtoky v malých potrubích, kde nelze dosáhnout požadované minimální rychlosti bez překročení maximální přijatelné tlakové ztráty.

10. Jak je dimenzován vírový průtokoměr pro aplikaci páry pro konkrétní parní systém?

Velikost a vírový průtokoměr pro aplikaci páry vyžaduje znát minimální a maximální hmotnostní průtoky, tlak a teplotu páry v místě měření a velikost potrubí. Z hmotnostního průtoku a hustoty páry (vypočtené z tlaku a teploty pomocí parních tabulek) se určí objemový průtok a rychlost. Velikost průtokoměru je zvolena tak, aby minimální rychlost proudění překračovala minimální rychlost průtokoměru pro stabilní uvolňování víru (typicky 1,5 až 2,5 m/s pro páru) a maximální rychlost proudění nepřesahuje jmenovité maximum měřiče (obvykle 50 až 80 m/s pro páru). Výsledný rozsah rychlostí definuje pokles měřiče v provozu. Většina výrobců poskytuje software pro dimenzování nebo online nástroje, které provádějí tento výpočet automaticky, když jsou dodány s podmínkami páry a rozsahem průtoku.