Što je vrtložni mjerač protoka i kako radi?

Što je vrtložno strujanje: Fizika iza vrtložnih mjerača protoka

Što je vrtložno strujanje u kontekstu mjerenja protoka? Odnosi se na fenomen odlijevanja vrtloga, učinak mehanike fluida koji se javlja kada struja fluida naiđe na strmo (nestrujno) tijelo. Tekućina koja teče ne može slijediti oštre konture strmog tijela, odvaja se od njegove površine i formira vrtloge koji se izmjenjuju u smjeru kazaljke na satu i obrnuto, koji se izlijevaju s obje strane tijela u pravilnom, ponavljajućem uzorku. Ovaj obrazac izmjeničnih vrtloga naziva se Karmanova vrtložna ulica, nazvana po mađarsko-američkom fizičaru Theodoreu von Kármánu koji je matematički opisao fenomen početkom dvadesetog stoljeća.

Strouhalov broj: Zašto je frekvencija vrtloga jednaka brzini protoka

Ključni fizički odnos koji čini odbacivanje vrtloga korisnim za mjerenje protoka je Strouhalov odnos. Za danu geometriju strmog tijela u datoj cijevi, omjer frekvencije rasipanja vrtloga (f) i brzine tekućine (V) podijeljen s karakterističnom dimenzijom strmog tijela (d) bezdimenzijska je konstanta koja se naziva Strouhalov broj (St):

St = f × d ÷ V

Za dobro dizajnirana vrtložna tijela mjerača protoka, Strouhalov broj je konstantan u rasponu Reynoldsovog broja od približno 10 000 do 4 000 000 , što znači da je frekvencija osipanja strogo proporcionalna brzini u ovom širokom rasponu. Preuređivanje Strouhalovog odnosa daje:

f = St × V ÷ d

Budući da su St i d fiksni za dano tijelo mjerača, mjerenje frekvencije f izravno daje brzinu V, a množenje s poznatom površinom poprečnog presjeka cijevi daje volumetrijsku brzinu protoka. Ovo je cijeli princip rada a Vrtložni mjerač protoka : brojanje vrtloga, izračunavanje brzine, izračunavanje volumena. Brojilo je K-faktor (impulsi po jedinici volumena) kodira kombinirani Strouhalov broj i geometriju cijevi u jednu kalibracijsku konstantu koja pretvara neobrađeni broj impulsa u brzinu protoka u elektronici transmitera.

Kako se otkrivaju vrtlozi: senzorske tehnologije

Izmjenične fluktuacije tlaka koje stvaraju raspušteni vrtlozi male su (obično 0,1 do 10% tlaka u cjevovodu ) ali mjerljiv. Komercijalni Vrtložni mjerač protoka dizajni koriste nekoliko senzorskih tehnologija za otkrivanje ovih fluktuacija tlaka:

• Piezoelektrični senzori: Najraširenija tehnologija detekcije vrtloga. Piezoelektrični kristal montiran unutar ili iza šipke za uklanjanje generira mali električni naboj kao odgovor na mehanički stres uzrokovan svakom fluktuacijom tlaka. Piezoelektrični senzori su robusni, ne zahtijevaju vanjsko napajanje za sam senzorski element i rade u vrlo širokim temperaturnim rasponima.
• Kapacitivni senzori: Tanka dijafragma se skreće kao odgovor na izmjenični vrtložni tlak, mijenjajući kapacitet detektorskog elementa. Kapacitivni senzori pružaju visoku osjetljivost pri niskim brzinama protoka i koriste se u nekim premium dizajnima mjerača za proširenje raspona u režim niskog protoka.
• Ultrazvučna detekcija vrtloga: Neki dizajni mjerača koriste ultrazvučnu zraku koja prelazi cijev okomito na protok. Svaki vrtlog koji prolazi modulira ultrazvučnu zraku, a ta modulacijska frekvencija je frekvencija rasipanja vrtloga. Ultrazvučna detekcija nema mokre pokretne dijelove i koristi se u aplikacijama visoke čistoće i korozivnim uslugama.

Reynoldsov broj i minimalni protok: Praktično ograničenje vrtložnog strujanja

Strouhalov odnos obično vrijedi samo iznad minimalnog Reynoldsovog broja Re veći od 10.000 do 20.000 ovisno o konkretnoj izvedbi brojila. Ispod ovog praga, vrtložno rasipanje postaje nepravilno i neperiodično, čineći točno mjerenje protoka nemogućim. Ovo definira minimalnu mjerljivu brzinu protoka za danu tekućinu u danoj veličini mjerača. Minimalna brzina potrebna za održavanje Re iznad 10 000 ovisi o kinematičkoj viskoznosti tekućine: za vodu na 20°C to je približno 0,3 do 0,5 m/s , dok za viskozna ulja (iznad 10 cSt) može biti znatno veća. Ovo ograničenje Reynoldsovog broja primarni je razlog zašto vrtložni mjerači protoka nisu prikladni za primjene visoko viskoznih tekućina.

Umetnuti vrtložni mjerač protoka: dizajn, ugradnja i dimenzioniranje za velike cijevi

The insercijski vrtložni mjerač protoka je instrument u stilu sonde koji je dizajniran za umetanje kroz jedno urezivanje u stijenku cijevi umjesto da se instalira u liniji kao kalem s punim provrtom. Sonda se proteže u poprečni presjek cijevi do dubine gdje uzorkuje brzinu protoka u određenoj točki, a ta točkasta brzina se koristi za izračunavanje srednje brzine i volumetrijskog protoka cijelog poprečnog presjeka cijevi putem kalibriranog odnosa brzina-protok. Umetnuti vrtložni mjerači dominantan su izbor za cijevi iznad približno DN 200 (8 inča) gdje vortex mjerači punog provrta postaju vrlo skupi i teški.

Konstrukcija umetnutog vrtložnog mjerača protoka

Tipično insercijski vrtložni mjerač protoka sastoji se od:

• Tijelo sonde za umetanje: Cilindrična ili aerodinamična osovina sonde koja prolazi kroz stijenku cijevi i u struju. Duljina sonde usklađena je s promjerom cijevi tako da je šipka za odvajanje na vrhu sonde postavljena na odgovarajuću dubinu mjerenja, obično na 15 do 20% od središnje crte cijevi ili na samoj središnjoj crti, ovisno o pretpostavci profila brzine koja se koristi u kalibraciji.
• Šipka za uklanjanje na vrhu sonde: Blefasto tijelo u obliku slova T ili D koje stvara vrtložno rasipanje na točki mjerenja. Geometrija odvajača strojno je obrađena prema preciznim tolerancijama kako bi se osigurao dosljedan i ponovljiv Strouhalov broj.
• Brtvena brtva ili izolacija kuglastog ventila: Sonda je zabrtvljena od pritiska cijevi brtvenom brtvom na mjestu gdje sonda izlazi iz stijenke cijevi. Vrtložni mjerači s vrućim umetanjem uključuju izolacijski ventil koji omogućuje umetanje ili uvlačenje sonde dok je cijev pod pritiskom i protokom, bez prekida procesa.
• Kućište odašiljača: Kućište elektronike montirano na vrhu sonde, sadrži sklop za kondicioniranje signala, zaslon (opcija) i izlaznu elektroniku. Kućište je ocijenjeno prema IP65 ili IP67 za zaštitu okoliša.

Kalibracija dubine umetanja i faktor profila brzine

Točnost an insercijski vrtložni mjerač protoka kritično ovisi o poznavanju odnosa između brzine u točki umetanja i srednje brzine preko cijelog poprečnog presjeka cijevi. Ovaj odnos je faktor profila brzine (koji se naziva i faktor metra ili faktor umetanja). Za potpuno razvijen turbulentni profil protoka cijevi, omjer brzine središnje linije i srednje brzine je približno 1,2 do 1,25 , što znači da je središnja brzina 20 do 25% veća od srednje vrijednosti. Kada je sonda umetnuta u središnju liniju, izmjerena brzina mora se stoga podijeliti s ovim faktorom da bi se dobila srednja brzina. Na faktor profila brzine utječe:

• Reynoldsov broj cijevi: Faktor profila varira s Reynoldsovim brojem. Točno mjerenje protoka zahtijeva ili precizno poznavanje Re ili korištenje mjerača s dubinom umetanja koja smanjuje osjetljivost na oblik profila (često na približno 1/6 polumjera cijevi od središnje crte).
• Smetnje uzvodnog cjevovoda: Zavoji, ventili, T-komadi i širenja ili skupljanja cijevi iskrivljuju profil brzine od idealnog turbulentnog oblika. Iskrivljeni profili zahtijevaju duže ravne cijevi ili korektore profila kako bi se postigla nazivna točnost.
• Preciznost dubine umetanja: Sonda mora biti postavljena na točno predviđenu dubinu umetanja. Pogreška od 10 mm u dubini umetanja na cijevi od 500 mm unosi pogrešku mjerenja od približno 1 do 3% ovisno o obliku profila brzine u toj točki presjeka cijevi.

Prednosti i ograničenja umetnutih u odnosu na vrtložne mjerače s punim provrtom

Vortex mjerač protoka zraka: Mjerenje komprimiranog zraka, HVAC zraka i zraka za izgaranje

A vrtložni mjerač protoka zraka je jedan od najpraktičnijih instrumenata za mjerenje protoka zraka u industrijskim, komercijalnim i HVAC aplikacijama. Zrak predstavlja i prednosti i izazove za mjerenje vrtložnog protoka: njegova niska gustoća znači male fluktuacije tlaka izazvane vrtlogom (što zahtijeva osjetljivu detekciju), ali njegova niska viskoznost znači da je Reynoldsov broj obično znatno iznad praga od 10 000 za vrtložno odbacivanje čak i pri umjerenim brzinama u standardnim veličinama cijevi.

Mjerenje komprimiranog zraka: najčešća primjena vrtložnog protoka zraka

Sustavi komprimiranog zraka u proizvodnim pogonima obično rade na 6 do 10 bara tlaka . Točno mjerenje potrošnje komprimiranog zraka ključno je za energetsku reviziju, otkrivanje curenja i dodjelu troškova zraka proizvodnim procesima. Vrtložni mjerači protoka su prikladni za mjerenje komprimiranog zraka jer:

• Nema pokretnih dijelova: Cjevovod za komprimirani zrak prenosi ulje, vodu i čestice iz kompresora. Vrtložni mjerač bez pokretnih dijelova ili ležajeva daleko je manje osjetljiv na onečišćenje i habanje nego turbinski mjerač ili mjerač pozitivnog pomaka u servisu komprimiranog zraka.
• Širok raspon protoka: Potražnja za komprimiranim zrakom u proizvodnji vrlo je promjenjiva, s potražnjom u rasponu od gotovo nule do punog kapaciteta sustava u različitim smjenama i proizvodnim scenarijima. Omjer smanjenja vrtložnog mjerača od 20:1 do 40:1 bolje se nosi s ovom varijabilnošću od mjerača diferencijalnog tlaka čiji je omjer obično 3:1 do 5:1.
• Volumetrijski ili maseni protok s kompenzacijom: Moderno vrtložni mjerač protoka zrakas inkorporirati senzore temperature i tlaka unutar istog instrumenta, što im omogućuje ispis i stvarnog volumetrijskog protoka (u uvjetima linije) i standardnog volumetrijskog protoka ili masenog protoka (ispravljenog na referentne uvjete od obično 20°C i 1 bar ili 0°C i 1,01325 bara). Ovo je bitno za obračun energije gdje masa potrošenog zraka (ne njegov volumen pri tlaku u cjevovodu) određuje trošak energije kompresora.

HVAC mjerenje protoka zraka s Vortex mjeračima

Za mjerenje protoka zraka u HVAC kanalima pri ili blizu atmosferskog tlaka, insercijski vrtložni mjerač protokas posebno su popularni jer su HVAC kanali obično veliki (DN 200 do DN 1000 i više) i pravokutni ili kružni metalni konstrukciji gdje se ne može ugraditi mjerač s punim provrtom. Umetnuti mjerač u obliku sonde postavlja se kroz jednu rupu izbušenu u stijenci kanala, ne zahtijevajući zamjenu dijela kanala. Ključna razmatranja vrtložne primjene HVAC-a:

• Raspon brzine: Brzine zraka u HVAC kanalima obično se kreću od 2 do 15 m/s . Vortex mjerači rade udobno u ovom rasponu, iako se donji kraj približava minimalnom pragu Reynoldsovog broja za manje veličine kanala. Za HVAC dovodne kanale ispod DN 150 pri malim brzinama, potvrdite da Re prelazi 10 000 pri minimalnim očekivanim uvjetima protoka prije nego što odredite vrtložni mjerač.
• Iskrivljenje profila u HVAC sustavima: HVAC kanali rijetko pružaju odgovarajuće ravne prolaze uzvodno od točke mjerenja. Prostorna ograničenja znače da su koljena, otvori ventilatora, difuzori i prigušnice često neposredno uzvodno od mjesta na koje treba postaviti mjerač. Za takve instalacije potrebno je mjerenje prosjeka u više točaka u Pitotovom stilu ili vorteks mjerač s uređajem za podešavanje protoka neposredno uzvodno kako bi se postigla prihvatljiva točnost.

Mjerenje zraka za izgaranje i mješavine zraka prirodnog plina

Vrtložni mjerači protoka zraka koriste se za mjerenje protoka zraka za izgaranje u industrijskim sustavima plamenika, kotlovima i pećima gdje se omjer zraka i goriva (omjer zraka i goriva) mora precizno kontrolirati radi učinkovitosti izgaranja i usklađenosti s emisijama. U ovim aplikacijama, vrtložni mjerač protoka zraka izlaz se dovodi izravno u sustav upravljanja plamenikom ili regulator izgaranja. Mjerač mora biti ocijenjen za povišene temperature zraka koje se obično vide u sustavima predgrijanja zraka za izgaranje: industrijske temperature predgrijanja zraka za izgaranje od 200 do 400°C su uobičajene, a mjerač mora biti specificiran s materijalima natopljenim visokom temperaturom i elektronikom s temperaturnom kompenzacijom.

Vrtložni mjerač protoka za primjenu pare: mjerenje zasićene i pregrijane pare

The vrtložni mjerač protoka za primjenu pare jedna je od tehnički najvažnijih i komercijalno najznačajnijih upotreba vortex tehnologije. Mjerenjem protoka pare povijesno su dominirali mjerači diferencijalnog tlaka (DP) s pločicama s otvorom, ali superiorna točnost, niže održavanje i mogućnost izravnog masenog protoka vrtložnih mjerača učinili su ih preferiranim izborom za primjene pare u modernim procesnim postrojenjima i komunalnim sustavima.

Zašto je Steam zahtjevan za mjerenje i zašto Vortex Meters Excel

Mjerenje pare je izazovno iz nekoliko razloga koji mnoge tehnologije mjerenja protoka čine neprikladnima:

• Visoka temperatura i pritisak: Industrijski parni sustavi rade na temperaturama od 100°C do 400°C i pritisaka iz 0,5 bara do 40 bara , uvjeti koji ograničavaju upotrebu instrumenata s gumenim brtvama, navlaženom elektronikom ili termoplastičnim komponentama.
• Varijabilna gustoća: Gustoća pare značajno se mijenja s temperaturom i tlakom. Mjerenje masenog protoka zahtijeva poznavanje gustoće tekućine u uvjetima linije, bilo izravnim mjerenjem gustoće ili izračunavanjem gustoće iz izmjerene temperature i tlaka pomoću parnih tablica. Mjerači diferencijalnog tlaka mjere volumetrijski protok i zahtijevaju odvojenu kompenzaciju gustoće; vortex mjerači s integriranom kompenzacijom temperature i tlaka daju izravan izlaz masenog protoka.
• Rizik od kondenzata: Cijevi za paru mogu sadržavati nakupine tekućeg kondenzata, osobito pri pokretanju i u sustavima koji se loše održavaju. Kapljice tekućine koje udaraju u senzor diferencijalnog tlaka ili element mjerača pozitivnog pomaka mogu uzrokovati oštećenje ili trajni pomak kalibracije. Vrtložni mjerači s čvrstim metalnim šipkama za raspršivanje i robusnim piezoelektričnim senzorima podnose nakupljanje kondenzata daleko bolje od alternativa.
• Nema pokretnih dijelova: Para pri visokoj temperaturi i tlaku zahtijeva komponente instrumenata koje mogu tolerirati ponovljene toplinske cikluse, pulsacije tlaka i erozivni učinak uvučenih čestica ili kapljica. Vortex mjerači nemaju pokretne dijelove u struji protoka koji bi se mogli istrošiti, zaglaviti ili zahtijevati povremenu zamjenu.

Zasićena naspram pregrijane pare: Razmatranja vrtložnog mjerača

Vrtložni mjerači protoka rade i sa zasićenom i sa pregrijanom parom, ali se pristup mjerenju i potrebna pomoćna mjerenja razlikuju:

• Zasićena para: Kod zasićenja su temperatura i tlak povezani krivuljom zasićenja parom. Mjerenje temperature ili tlaka dovoljno je za definiranje stanja pare i izračunavanje gustoće iz tablica pare. Za primjene zasićene pare, a vrtložni mjerač protoka za primjenu pare s integriranim senzorom tlaka (i opcijski senzorom temperature) može izračunati gustoću u stvarnom vremenu i izravno ispisati maseni protok. Tipični raspon integriranog senzora tlaka za mjerače zasićene pare je 0 do 25 bara apsolutni s točnošću od ±0,1 do ±0,5% .
• Pregrijana para: Pregrijana para je potpuno u plinovitoj fazi bez prisutne tekućine. Njegova gustoća neovisno ovisi o temperaturi i tlaku. Vrtložni mjerač za pregrijanu paru mora mjeriti temperaturu i tlak u cjevovodu i koristiti jednadžbe stanja pare (obično iz standardnih tablica pare IAPWS-IF97) za izračunavanje gustoće u stvarnom vremenu. Izlaz masenog protoka je tada: Maseni protok = Volumetrijski protok × Gustoća (T, P) Najsuvremenija multivarijabla pretvornik protoka vrtložnog tipas izvršite ovaj izračun interno.

Specifikacije materijala i temperature parnog vrtložnog mjerača

Za rad s parom, tijelo vrtložnog mjerača protoka i unutarnje komponente moraju ispunjavati posebne zahtjeve za materijal:

• Materijal tijela: ASTM A105 ugljični čelik ili ASTM A182 nehrđajući čelik (SS316 / SS316L) za standardnu paru. Za visokotlačnu paru iznad 25 bara ili paru s korozivnim nečistoćama (sumpor, kloridi), specificirane su SS316 ili više legure (Hastelloy C, Duplex SS).
• Temperaturna ocjena: Standardno vrtložni mjerači protoka za primjenu pare su ocijenjeni na 260°C do 320°C . Visokotemperaturne verzije za pregrijanu paru ocijenjene su na 400°C do 450°C , obično koristeći dizajn s produljenim vratom koji pomiče elektroniku predajnika od vrućih procesnih veza kako bi elektronika ostala unutar navedenog radnog raspona.
• Nazivni tlak: Standardno wafer-body vortex meters are rated to PN 40 (40 bara) u veličinama od DN 15 do DN 100. Tijela s prirubnicom u istom rasponu veličina obično nose ANSI klase 300 ili klase 600 tlaka koji odgovaraju 51 bar i 102 bara odnosno na radnoj temperaturi od 38°C.

Vrtložni prijenosnik protoka: elektronika, izlazi i komunikacijski protokoli

A pretvornik protoka vrtložnog tipa je elektronički modul koji prihvaća sirovi signal vrtložnog pulsa od senzora (piezoelektričnog, kapacitivnog ili ultrazvučnog), obrađuje ga kroz algoritme za kondicioniranje signala i filtriranje, izračunava brzinu protoka i prenosi rezultat u kontrolni sustav ili sustav za prikupljanje podataka putem jednog ili više standardiziranih izlaznih signala. U modernim instrumentima, odašiljač je fizički integriran u tijelo mjerača, a ne kao zaseban uređaj za daljinsku montažu, što kompaktnom sklopu daje oznaku "pametnog odašiljača".

Kondicioniranje signala: od sirovih impulsa do čistog signala protoka

Neobrađeni signal iz vrtložnog senzora je izmjenični signal niske amplitude čija frekvencija predstavlja brzinu raspadanja vrtloga. U procesnim okruženjima ovaj signal je kontaminiran s nekoliko izvora smetnji koje pretvornik protoka vrtložnog tipa mora odbiti:

• Vibracija cijevi: Mehaničke vibracije iz pumpi, kompresora i strukturnih rezonancija spajaju se u tijelo mjerača i stvaraju lažne signale na senzoru koji se mogu pogrešno protumačiti kao vrtložni impulsi. Moderni odašiljači koriste adaptivne algoritme za obradu signala i frekvencijsku diskriminaciju za razlikovanje pravih vrtložnih frekvencija (koje glatko prate promjene toka) od buke izazvane vibracijama (koja je obično širokopojasna ili na fiksnim harmoničkim frekvencijama).
• Nizak protok buke: Blizu minimalnog protoka koji se može detektirati, rasipanje vrtloga postaje nepravilno i pojedinačne vrtloge teško je razlikovati od buke. Napredni odašiljači koriste statističku analizu signala za otkrivanje prisutnosti koherentne vrtložne frekvencije čak i pri vrlo niskim omjerima signala i šuma, proširujući efektivnu minimalnu brzinu protoka.
• Električne smetnje (EMI/RFI): Industrijska okruženja sadrže jaka elektromagnetska polja od pogona s promjenjivom brzinom, energetskih kabela, opreme za zavarivanje i radio odašiljača. Elektronika odašiljača mora uključivati ​​odgovarajuću zaštitu, filtriranje i izolaciju kako bi se spriječilo da ti signali utječu na mjerenje.

Izlazni signali i komunikacijski protokoli

A pretvornik protoka vrtložnog tipa pruža jedan ili više od sljedećih izlaznih signala, ovisno o modelu i konfiguraciji:

• 4 do 20 mA analogni izlaz: Univerzalni industrijski standard za prijenos brzine protoka. Odašiljač preslikava 4 mA na nulti protok (ili konfiguriranu nulu izlaznog raspona) i 20 mA na maksimalnu konfiguriranu brzinu protoka. Signal od 4 do 20 mA otporan je na učinke otpora linije (unutar ograničenja otpora kabela) i lako ga je spojiti na bilo koji PLC, DCS ili ulaz mjerača ploče.
• Impulsni izlaz (frekvencijski izlaz): Digitalni niz impulsa gdje svaki impuls predstavlja fiksni volumen tekućine (K-faktor mjerača). Pulsni izlazi se koriste za zbrajanje u sustavima kontrole serije, sustavima upravljanja energijom i aplikacijama za skrbnički prijenos gdje je potreban integrirajući brojač umjesto trenutnog prikaza protoka.
• HART protokol: HART (Highway Addressable Remote Transducer) je digitalni komunikacijski protokol nadređen analognom signalu od 4 do 20 mA. Omogućuje dvosmjernu digitalnu komunikaciju za konfiguraciju, dijagnostiku i pristup sekundarnim varijablama (temperatura, tlak, gustoća) bez dodatnog ožičenja. HART je najrašireniji digitalni protokol u procesnoj industriji i standardan je u gotovo svim modernim protokolima pretvornik protoka vrtložnog tipas .
• FOUNDATION Fieldbus i PROFIBUS PA: Potpuno digitalni protokoli sabirnice polja koji omogućuju više instrumenata da dijele jedan par kabela, pružaju punu dijagnostiku i konfiguraciju iz kontrolne sobe i podržavaju napredne značajke kao što je izvođenje funkcijskih blokova unutar samog transmitera. Koristi se u novoizgrađenim procesnim postrojenjima i proširenjima rafinerija gdje je navedena potpuna digitalna infrastruktura.
• Modbus RTU ili TCP/IP: Koristi se u sustavima za obradu vode, automatizaciji zgrada i HVAC sustavima gdje su SCADA kompatibilni s Modbusom ili sustavi upravljanja zgradama standardni. mnogi insercijski vrtložni mjerač protokas za HVAC i vodene aplikacije pružaju Modbus RS-485 kao standardni izlaz.

Multivarijabilni vrtložni odašiljači: Integrirana temperatura, tlak i gustoća

Multivarijabla pretvornik protoka vrtložnog tipa integrira mjerenje temperature (RTD ili termoelement), mjerenje tlaka (integrirani pretvarač tlaka) i mjerenje protoka (vorteks senzor) u jedan instrumentni paket. Odašiljač izračunava gustoću tekućine u stvarnom vremenu iz izmjerene temperature i tlaka pomoću ugrađenih jednadžbi stanja za paru, prirodni plin, zrak i druge uobičajene procesne tekućine, a zatim množi volumetrijski protok s izračunatom gustoćom za izravni izlaz masenog protoka. Ključne prednosti multivarijabilnih transmitera:

• Smanjeni broj instrumenata: Jedan viševarijabilni vrtložni transmiter zamjenjuje vrtložni mjerač protoka plus transmiter temperature plus transmiter tlaka plus vanjsko računalo protoka. Ovo značajno smanjuje troškove nabave, instalacije, održavanja i kalibracije.
• Veća točnost masenog protoka: Kada se temperatura i tlak mjere na točno istoj točki kao i brzina protoka i obrađuju unutar iste elektronike, vremenske i prostorne pogreške iz zasebnih instrumenata se eliminiraju. Ovo poboljšava točnost masenog protoka u usporedbi sa sustavom u kojem se temperatura i tlak mjere na odvojenim točkama.
• Izlaz protoka energije (toplinskog toka): Za primjene pare i tople vode, multivarijabilni transmiter može emitirati protok energije (u megajoulima po satu ili BTU po satu) kombiniranjem masenog protoka s entalpijom tekućine izvedenom iz mjerenja temperature i tlaka. Ovaj izravni izlaz energije koristi se u mjerenju pare za naplatu komunalnih usluga i upravljanje energijom bez vanjskog računala protoka.

Ugradnja vrtložnog mjerača protoka: Zahtjevi za ravne cijevi, orijentacija i puštanje u rad

Ispravna instalacija je najvažniji čimbenik koji određuje hoće li a Vrtložni mjerač protoka postiže svoju specificiranu točnost u servisu. Čak će i najbolje kalibrirani mjerač dati loše rezultate ako je instaliran bez odgovarajuće uzvodne ravne cijevi, u orijentaciji koja zadržava plin ili tekućinu na pogrešnom mjestu ili ako se ne obrati pažnja na procesne priključke.

Zahtjevi za uzvodne i nizvodne ravne cijevi

Vrtložni mjerači protoka zahtijevaju potpuno razvijen, neiskrivljen profil brzine kako bi postigli svoju kalibriranu točnost. Smetnje uzvodnog cjevovoda (koljena, ventili, ekspanderi, reduktori) iskrivljuju profil i unose sustavnu pogrešku. Minimalni zahtjevi za ravne cijevi (D = unutarnji promjer cijevi):

• Jedno savijanje od 90 stupnjeva: Minimum 15D uzvodno od metra
• Dva zavoja od 90 stupnjeva u istoj ravnini: Minimum 20D uzvodno
• Dva zavoja od 90 stupnjeva u različitim ravninama (izvan ravnine): Minimum 25D uzvodno
• Potpuno otvoren zasunski ventil ili kuglasti ventil: Minimum 10D uzvodno
• Kontrolni ventil (djelomično otvoren): Minimum 30D do 50D uzvodno zbog ozbiljnog izobličenja profila
• Nizvodni zahtjev: Minimum 5D nizvodno od metra before any fitting or valve

Kada se ovi zahtjevi za ravne cijevi ne mogu ispuniti zbog prostornih ograničenja, a kondicioner protoka (kao što je snop cijevi, perforirana ploča ili uređaj za kondicioniranje tipa CPA 50E) instaliran neposredno uzvodno od mjerača može smanjiti potrebni ravni dio cijevi na 10D ili manje homogeniziranjem profila protoka prije nego što stigne do mjerača.

Orijentacija montaže: vodoravne, okomite i nagnute cijevi

Vrtložni mjerač protokas može se ugraditi u vodoravne, okomite ili nagnute cijevi, ali se mora uzeti u obzir orijentacija montaže transmitera i smjer protoka u odnosu na gravitaciju:

• Horizontalna instalacija cijevi: Kućište odašiljača trebalo bi montirati sa strane (na položaju 3 sata ili 9 sati na cijevi), a ne na vrhu (12 sati) za paru ili plin, kako bi se spriječilo nakupljanje kondenzata u tijelu mjerača. Za tekući servis, bočna montaža je također poželjna kako bi se spriječilo nakupljanje plinskih džepova na vrhu tijela mjerača.
• Vertikalna instalacija cijevi: Za tekući servis, smjer protoka mora biti prema gore (odozdo prema gore) u okomitoj instalaciji cijevi kako bi se osiguralo da tijelo mjerača ostane puno tekućine. Protok prema dolje u vertikalnoj cijevi za tekućinu može stvoriti uvjete djelomičnog punjenja koji ozbiljno smanjuju točnost. Za opskrbu plinom i parom, smjer protoka prema gore ili dolje prihvatljiv je u okomitoj instalaciji.
• Orijentacija odašiljača: Kućište odašiljača i zaslon trebali bi biti okrenuti u smjeru koji operaterima omogućuje lako čitanje i lak pristup za održavanje bez neugodnih položaja. Na vodoravnim cijevima odašiljač se obično može okretati u bilo kojoj orijentaciji u koracima od 90 stupnjeva nakon instalacije mjerača kako bi se optimizirala čitljivost.

Često postavljana pitanja o Vortex mjeračima protoka

1. Što je vrtložno strujanje i kako ga Vortex mjerač protoka koristi za mjerenje?

Što je vrtložno strujanje u mjernom smislu? To je fenomen odlijevanja Karmanovog vrtloga: kada tekućina teče pored strmog tijela (šipka odvajanja), izmjenični vrtlozi se odlijevaju sa svake strane tijela u pravilnom obrascu. Frekvencija odlijevanja izravno je proporcionalna brzini tekućine kroz Strouhalov odnos (f = St × V ÷ d). A Vrtložni mjerač protoka broji ovu frekvenciju pomoću piezoelektričnog ili kapacitivnog senzora, pretvara frekvenciju u brzinu, množi s površinom cijevi i daje volumetrijsku ili masenu brzinu protoka. Strouhalov broj ostaje konstantan za Reynoldsove brojeve iznad približno 10 000 do 4 000 000, dajući linearno mjerenje u ovom širokom rasponu.

2. Koje su prednosti umetnutog vrtložnog mjerača protoka u odnosu na linijski mjerač punog provrta?

An insercijski vrtložni mjerač protoka nudi značajne troškovne prednosti za cijevi velikog promjera gdje bi linijski mjerač punog promjera zahtijevao velike, teške, skupe komade koluta s prirubnicom. Mjerač za umetanje koristi samo jednu cijev, može se vruće narezati (instalirati bez zaustavljanja procesa na sustavima pod tlakom), stvara vrlo nizak pad tlaka (samo sonda, ne puni provrt) i obrađuje cijevi veličine od DN 50 do DN 2000 i više s istim kompaktnim dizajnom sonde. Kompromis je točnost: umetnuti mjerači obično to postižu ±1,5 do ±3,0% očitanja naspram ±0,5 do ±1,0% za konstrukcije s punim provrtom, jer mjerenje brzine u točki unosi dodatnu nesigurnost iz pretpostavke o profilu brzine.

3. Je li vrtložni mjerač protoka zraka prikladan za mjerenje potrošnje energije komprimiranog zraka?

Da. A vrtložni mjerač protoka zraka s integriranom kompenzacijom temperature i tlaka idealan je za obračun energije komprimiranog zraka. Multivarijabilni transmiter pretvara linijski volumetrijski protok u standardni volumetrijski protok (referentno na definirane standardne uvjete) ili izravno u maseni protok, što je ono što određuje potrošenu energiju kompresora. Visoki omjer smanjenja vortex mjerača ( 20:1 do 40:1 ) rješava velike varijacije u zahtjevima za komprimiranim zrakom kroz smjene i stanja proizvodnje, a njegov dizajn bez pokretnih dijelova dobro je prilagođen komprimiranom zraku koji može sadržavati ulje ili vlagu.

4. Zašto se vrtložni mjerač protoka preferira za primjenu na paru u odnosu na ploču s otvorom?

A vrtložni mjerač protoka za primjenu pare nadmašuje tradicionalni mjerač diferencijalnog tlaka s otvornom pločom u parnom servisu iz nekoliko razloga: pruža veću točnost ( ±1,0% očitanja u odnosu na ±2 do ±3% za tipičnu instalaciju otvora), pruža mnogo širi raspon ( 20:1 do 30:1 u odnosu na 3:1 do 5:1 za DP), ne zahtijeva impulsne vodove koji se mogu začepiti ili zamrznuti, nema tanku ploču otvora koja erodira pod parom i u svom viševarijabilnom obliku pruža izravan izlaz masenog protoka bez zasebnog računala protoka. Vrtložni mjerač također se bolje nosi s nakupinama kondenzata od DP mjerača s mokrim nogama.

5. Koje izlaze daje pretvornik protoka vrtložnog tipa?

A pretvornik protoka vrtložnog tipa obično pruža a Analogni izlaz od 4 do 20 mA koji predstavlja brzinu protoka, a impulsni ili frekvencijski izlaz za totalizaciju i digitalnu komunikaciju putem HART protokol (najčešći), FOUNDATION Fieldbus, PROFIBUS PA ili Modbus RTU/TCP ovisno o modelu. Odašiljači s više varijabli mogu dati višestruke izlaze od 4 do 20 mA ili odašiljati sve varijable (protok, temperatura, tlak, gustoća, maseni protok) preko jedne veze digitalne sabirnice polja. Impulsni izlaz je posebno važan za aplikacije nadzornog prijenosa i kontrole šarže gdje je potreban integrirajući brojač stvarnog volumena tekućine umjesto signala trenutne brzine.

6. Može li Vortex mjerač protoka mjeriti i plin i tekućinu u istom tijelu mjerača?

Isto fizičko tijelo vrtložnog mjerača može mjeriti i plinove i tekućine jer Strouhalov odnos vrijedi za bilo koju tekućinu iznad minimalnog praga Reynoldsovog broja. Međutim, mjerač mora biti odgovarajuće veličine za svaku tekućinu (zahtjevi za rasponom brzine značajno se razlikuju između plinova i tekućina zbog razlika u gustoći), a transmiter mora biti konfiguriran s ispravnim svojstvima tekućine za svaku uslugu. U praksi, mjerač dimenzioniran za primjenu plina obično je prevelik za primjenu tekućine u istoj cijevi jer tekućina zahtijeva mnogo manje brzine za isti maseni protok. Većina korisnika navodi odvojene mjerače za plin i tekućinu umjesto da pokušavaju koristiti isti mjerač za oboje.

7. Koja je minimalna brzina protoka koju Vrtložni mjerač protoka može mjeriti?

Minimalni mjerljivi protok a Vrtložni mjerač protoka je određen pragom Reynoldsovog broja za stabilno odbacivanje vrtloga, obično Re > 10 000 do 20 000, ovisno o dizajnu mjerača. Za vodu na 20°C u mjeraču DN 50, to odgovara minimalnoj brzini od približno 0,3 do 0,5 m/s a minimalni protok od približno 0,3 do 0,6 m³/h . Za plinove i paru minimalna brzina može biti 1 do 3 m/s zbog nižih Reynoldsovih brojeva po jedinici brzine u tekućinama niske gustoće. Softver proizvođača za dimenzioniranje treba uvijek koristiti za potvrdu minimalne mogućnosti protoka za određenu tekućinu, temperaturu, tlak i veličinu cijevi.

8. Koliko ravne cijevi je potrebno uzvodno od vrtložnog mjerača protoka?

Zahtjevi uzvodne ravne cijevi za a Vrtložni mjerač protoka u rasponu od 10D do 50D ovisno o vrsti uzvodnog poremećaja. Jedno savijanje od 90 stupnjeva zahtijeva najmanje 15D; dva zavoja izvan ravnine zahtijevaju 25D; regulacijski ventil pri djelomičnom otvaranju zahtijeva 30D do 50D. Nizvodno, potrebno je najmanje 5D prije bilo kakvog priključka ili ventila. Kada je prostor za ugradnju nedostatan, uređaj za podešavanje protoka smanjuje zahtjev uzvodno na približno 10D bez obzira na konfiguraciju uzvodno. The insercijski vrtložni mjerač protoka obično zahtijeva više ravne cijevi uzvodno od mjerača punog provrta (15D do 30D) jer je mjerenje brzine točke osjetljivije na izobličenje profila.

9. Koje tekućine NISU prikladne za vrtložne mjerače protoka?

Vrtložni mjerač protokas nisu prikladni za: tekućine visoke viskoznosti (iznad približno 10 do 20 cSt na radnoj temperaturi) gdje se Reynoldsov broj ne može održati iznad 10 000 pri praktičnim brzinama protoka; kaše i tekućine s visokim sadržajem krutih tvari koje bi mogle nagrizati šipku za odvodnju ili se taložiti na senzoru; višefazni tokovi gdje su tekućina i plin istovremeno prisutni u značajnim količinama (mokra para s kvalitetom ispod približno 0,8 ili tekućina s više od približno 2% plina po volumenu); pulsirajući tokovi gdje se frekvencija pulsiranja preklapa s očekivanim frekvencijskim rasponom vrtloga; i vrlo niske brzine protoka u malim cijevima gdje se zahtijevana minimalna brzina ne može postići bez prekoračenja najvećeg prihvatljivog pada tlaka.

10. Kako je dimenzioniran vrtložni mjerač protoka za primjenu pare za određeni parni sustav?

Određivanje veličine a vrtložni mjerač protoka za primjenu pare zahtijeva poznavanje minimalnog i maksimalnog masenog protoka, tlaka pare i temperature na mjestu mjerenja i veličine cijevi. Iz masenog protoka i gustoće pare (izračunate iz tlaka i temperature pomoću tablica pare), određuju se volumetrijski protok i brzina. Veličina mjerača je odabrana tako da minimalna brzina protoka premašuje minimalnu brzinu mjerača za stabilno odbacivanje vrtloga (obično 1,5 do 2,5 m/s za paru) i maksimalna brzina protoka ne premašuje nazivni maksimum mjerača (obično 50 do 80 m/s za paru). Rezultirajući raspon brzine definira smanjenje brojača u radu. Većina proizvođača nudi softver za dimenzioniranje ili mrežne alate koji automatski izvode ovaj izračun kada se dobiju uvjeti pare i raspon protoka.