Меню

Вихревые счетчики газа принцип работы

Вихревые расходомеры. Принцип действия, типы, методика поверки, области применения, комплектация.

ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ ВИХРЕВЫХ РАСХОДОМЕРОВ — СЧЕТЧИКОВ

Как работает вихревой расходомер

Вихревой расходомер — это универсальный прибор для измерения расхода газа, пара и жидкости. Его работа основана на эффекте Кармана или вихревой дорожке Кармана.

ЭФФЕКТ КАРМАНА

На схеме показан счетчик, который состоит из корпуса, устанавливаемого в трубопровод, обтекаемого тела, создающего завихрения в измеряемой среде, сенсора, улавливающего эти завихрения и электронного блока, преобразовывающего сигнал сенсора в единицы измерения расхода. Тело обтекания, находящееся внутри потока, создает в потоке завихрения, характеризуемые изменением давления, плотности, температуры. Корпус, тело обтекания, сенсор или сенсоры образуют первичный преобразователь расхода. Усилитель, электронный блок и экран, составляют вторичный преобразователь.

По форме тело обтекания может быть круглое, квадратное, треугольное, трапецевидное или сложной формы. Из-за разницы давлений на передней и задней сторонах тела обтекания, возникающей при движении рабочей среды, на боковых поверхностях тела обтекания образуются завихрения. При этом завихрения начинают образовываться не одновременно, а поочерёдно с одной и с другой стороны. Данный эффект носит имя Теодора фон Кармана, нередко называется «вихревой дорожкой Кармана». От формы тела обтекания зависят метрологические характеристики вихревого расходомера, стабильность и динамический диапазон измерений.

Правило измерения в вихревом приборе основан на утверждении о пропорциональности частоты вихреобразования и скорости потока при определенных значениях числа Рейнольдса. Зная скорость потока измеряемой среды и размер трубопровода, в котором расположен вихревой расходомер, объемный расход можно вычислить по формуле:

Где:
Q – измеряемый расход
Fu — частота возникновения вихрей
Кф – (К-фактор) – объем, приходящийся на 1 вихрь.

ВИДЫ СЕНСОРОВ

В зависимости от метода съема сигнала пульсации давления или вихреобразования выделяют несколько видов сенсоров:

— Пьезоэлектрические датчики изгибающего момента типа «крыло»

Универсальный прибор, устанавливаемый после тела обтекания и выступающий в поток своим чувствительным элементом – крылом (лопаткой). Регулятор преобразует силовое воздействие каждого отдельного вихря на крыло. Поочередные удары вихрей преобразуются в частотный электрический сигнал, который проходит через усилитель в электронный блок расходомера. Вторичный преобразователь переводит аналоговый сигнал в цифровой, обрабатывает его по заложенным алгоритмам, фильтрует и передает на цифровой выход. Одновременно с этим, обработанный цифровой сигнал преобразовывается в аналоговый и передается на токовый и частно-импульсный выходы.

— Пьезоэлектрические датчики пульсации давления

Два датчика пульсации давления расположены за телом обтекания на внутренней поверхности проточной части. Принцип фиксирования частоты вихреобразования также основан на силовом воздействии вихрей на чувствительные элементы. В «ЭМИС-ВИХРЬ» 200» такие датчики используются для работы с высокотемпературными средами до 450 градусов.

— Ультразвуковые датчики вихреакустических расходомеров

В отличие от предыдущих принципов фиксирования частоты вихреобразования, основанных на силовом воздействии на чувствительный элемент, в вихреакустических расходомерах используется принцип наложения частоты вихреобразования на частоту несущего ультразвукового сигнала. За телом обтекания, напротив друг друга, расположены излучатель и приемник акустической волны. На излучатель подается напряжение, которое преобразуется в ультразвуковой сигнал, направленный перпендикулярно потоку и образующимся вихрям от тела обтекания. Проходя через поток и взаимодействуя с вихрями, ультразвуковой сигнал модулируется по фазе и попадает на приемник, на котором преобразуется в электрический сигнал и поступает в электронный блок. Полученный сигнал обрабатывается вторичным преобразователем, из него выделяется полезная частота вихреобразования.

Широкий диапазон измеряемых сред позволяет использовать вихревые расходомеры в различных областях народного хозяйства:

  • нефтегазовая и нефтеперерабатывающая промышленность;
  • химическая отрасль;
  • пищевая промышленность;
  • нефтехимическая отрасль;
  • теплоэнергетика;
  • промышленные предприятия;
  • ЖКХ;
  • строительство.

Использование расходомеров в нефтегазовой отрасли

Обзор электроники ЭМИС-ВИХРЬ 200

Существуют разные модификации расходомеров в зависимости от места установки, степени агрессивности измеряемой среды, диаметра трубопровода:

ПРЕИМУЩЕСТВА И ОСОБЕННОСТИ ВИХРЕВЫХ РАСХОДОМЕРОВ:

  • стабильность измерения при изменении показателей температуры и давления;
  • надежность и стабильность в работе и простота в управлении;
  • высокая метрологическая стабильность измерений;
  • измерения с содержанием газовой фазы до 15%;
  • широкий динамический диапазон;
  • низкое энергопотребление допускает их пользование в удаленных районах при двухпроводной схеме подключения;
  • измерение при высоких давлении и температуре технологического процесса;
  • возможность метрологической диагностики прибора в процессе эксплуатации без остановки потока;
  • цифровая фильтрация сигнала;
  • удаленная передача данных, настройка, поверка и диагностика через Modbus RTU по интерфейсам RS-485, Hart и USB;
  • фирменное ПО;
  • при установке необходимы прямые участки не менее 10 Ду (после сужения) и 12 Ду (после колена, тройника, расширения) до и 5 Ду после;
  • устанавливается только на прямолинейном участке или на восходящем потоке;
  • невозможность эксплуатации на средах с механическими включениями размером выше среднего;
  • невозможность применения для высоковязких, сыпучих и неоднородных сред.
Читайте также:  Порядок подключения водяных счетчиков

МЕТОДИКА ПОВЕРКИ ВИХРЕВОГО РАСХОДОМЕРА:

  • Интервал между проведением поверки вихревых расходомеров «ЭМИС» – 4 года.
  • Первичная и последующие поверки регламентированы требованиями ПР 50.2.009. В описании типа средства измерения «ЭМИС»- ВИХРЬ 200» включена и утверждена методика имитационной поверки.

При поверке происходит:

  • внешний осмотр на отсутствие дефектов и внешних повреждений;
  • наличие невскрытых пломб;
  • наличие информации на шильдике прибора;
  • наличие эксплуатационной документации;
  • проверка герметичности;
  • опробование;
  • определение погрешности расходомера в процессе эксплуатации при стандартных условиях на эталонном стенде.

При имитационной поверке определение погрешности расходомера происходит за счет:

  • измерения радиусов скругления передней грани тела обтекания;
  • определения относительной погрешности измерения и преобразования электронным блоком расходомера частоты имитирующего сигнала, подаваемого на его вход от внешнего генератора в выходные сигналы.

Если у вас остались вопросы по работе расходомеров, вы можете задать свой вопрос инженерам компании “ЭМИС”:

Источник

Что такое вихревой расходомер?! Характеристики. Виды. Принцип действия.

Тема нашей статьи «Вихревой расходомер» выбрана неслучайно. По популярности (согласно статистике запросов Яндекс) этот вид расходомеров находится на третьем месте среди других видов расходомеров, которых уже сейчас насчитывается более двадцати. Это отличный показатель востребованности вихревых расходомеров на Российском рынке. Пользователи и специалисты отмечают высокую точность показаний при достаточно сильных потоках, надежность, простоту эксплуатации. Но давайте обо всём по порядку.

Вихревыми называют такие расходомеры, измерение расхода в которых происходит путем измерения частоты колебания давления. Такие колебания давления в потоке появляются в процессе образования вихрей или колебания струи, путем обтекания препятствия некоторой формы, которое устанавливается в трубопроводе, либо путём закручивания потока другими средствами.

Рисунок 1. Вихревой расходомер EMERSON

Впервые, вихревой расходомер появился в Америке, Советском союзе и Японии в начале 60-х гг XX века. Конечно, это были не такие современные приборы, какие можно увидеть в настоящее время, однако, именно в те года была заложена база, для развития приборостроения в этой отрасли. В современной России, первые модели вихревых расходомеров пара и газа, относятся к середине 90-х гг. XX века.

Вихревой расходомер, использующий метод, заключающийся в измерении перепадов давления на сужающем устройстве, является наиболее универсальным расходомером, поскольку подходит для вычисления скорости расхода любой жидкой или газообразной среды, за некоторым исключением, в трубах большого и малого диаметров в широком диапазоне температур и избыточного давления.

Так как же работает вихревой расходомер?!

Поток жидкости или газа пытается обогнуть тело, установленное в расходомере, в результате движения меняет направление обтекающих струй и увеличивает скорость, уменьшая при этом давление. После прохождения препятствия (тела) за миделевым сечением, происходит уменьшение скорости и увеличение давления. Таким образом, на передней части обтекаемого тела наблюдается повышенное давление, а на задней — пониженное давление. Пройдя миделевое сечение, пограничный слой потока отрывается от тела и под действием перепада давлений (из высокого в низкое), образуемого за телом, меняет направление своего движения, создавая завихрения. При этом, образование завихрений происходит поочередно с обеих сторон тела (рисунок 2).

Рисунок 2. Образование завихрений в вихревом расходомере.

Некоторые вихревые расходомеры, для усиления выходного сигнала используют несколько обтекаемых тел (чаще два), которые равноудалены друг от друга. Тела обтекания, при этом, могут иметь различную форму: круглую, квадратную, треугольную, трапециевидную (рисунок 3). Например, обтекаемое тело в виде прямоугольной призмы, устанавливаемое на некоторые приборы, может иметь специальные пьезоэлементы на боковых гранях, защищенные эластичными мембранами, и исключающие влияние шумовых помех.

Рисунок 3. Формы тела обтекания вихревых расходомеров.

В таких расходомерах может использоваться несколько вариантов преобразования колебаний вихревого потока в подлежащий обработке выходной сигнал. Как правило, для этих целей, применяется метод измерения периодического колебания давления либо измерение скорости струй с обеих сторон обтекаемого тела. В этом случае, чувствительным элементом преобразователя, будет являться один или несколько полупроводниковых термоанемометров. Для разных производителей вихревых расходомеров характерны такие типы преобразователей расхода, как: емкостный, индуктивный, ультразвуковой, струнный, интегрирующий и др.

Читайте также:  Программа для снятия показаний с теплового счетчика теплоком

Что касается зависимости формы тела обтекания от диаметра труб, то для расходомеров с треугольным, трапециевидным и квадратным типом тела обтекания используются трубы диаметром от 50 до 300 мм, погрешность измерения, при этом, составляет ±0,5-2 %.

Для труб большого диаметра (300-350мм), использование вихревых уровнемеров затруднено, вследствие того, что частота срыва вихрей совпадает с частотой свободных колебаний тела. К тому же эффективность вихреобразования при малых значениях относительного диаметра обтекаемого тела достаточно низка, а большие его значения неприемлемы из-за громоздкости получающейся конструкции и снижения частоты образования завихрений.

Среди всех разновидностей вихревых расходомеров для учета газовых и жидких сред, хотелось бы выделить следующие, как самые надежные, и не раз доказавшие свою эффективность:

-«ВЗЛЁТ-ВРС (ВРСГ)» — вихревой газовый расходомер-счетчик, который предназначается помимо измерения объема и расхода газа, ещё и для расчета массы и энергосодержания газа. Имеет взрывозащищенное исполнение.

— «ВРСГ-1» — вихревой расходомер с функцией счетчика газа, который предназначается для технологического и коммерческого учета инертного и горючего газа. В составе имеет обтекаемое тело цилиндрической формы и возможность работы с программой управления «Диспетчер-2».

— «ДРК-В(М)» — вихревой корреляционный преобразователь расхода жидкости, которые предназначаются для измерения расхода жидкости по объему в коммунальных и промышленных системах водо- и теплоснабжения.

— «ИРВИС-РС4» — расходомер-счетчик газа вихревой, является комплектным, аттестованным узлом коммерческого учета газа между потребителями и поставщиками газа. Производится в нескольких модификациях для различных газовых сред.

Вихревые расходомеры принято разделять по признаку, в зависимости от типа преобразователя:

1. Вихревые расходомеры с обтекаемым телом — это расходомеры, в которых первичным преобразователем расхода является неподвижное тело (рисунок 4). Именно о них мы говорили в самом начале. В таких расходомерах, после обтекания тела (тело обтекания), то с одной, то с другой стороны, по очереди, возникают завихрения, которые и создают пульсацию давления. Следует упомянуть о том, что перед любым вихревым расходомером с обтекаемым телом должен быть установлен прямой участок трубы.

Рисунок 4. Вихревой расходомер с обтекаемым телом. Где, 1 — трубопровод, 2- тело обтекания круглой формы, 3 — вихри.

2. Вихревые расходомеры с прецессией воронкообразного вихря — это расходомеры, поток в которых закручивается в первичном преобразователе, а попадая в широкую часть трубы, принимает воронкообразный вид и прецессирует — т.е. создает пульсации давления. Здесь, для преобразования частоты пульсации в унифицированный измерительный сигнал используются полупроводниковые термоанемометры или пьезоэлементы. Данный тип вихревых расходомеров подразделяется на приборы с винтовым завихряющим устройством (рисунок 5) и с тангенциальным вводом в камеру (рисунок 6). Их различие состоит в том, что в приборах с тангеницальным вводом в камеру, поток входит по касательной, и закручивается в ивде воронки

Рисунок 5. Схема первой ступени вихревых преобразователей с винтовым завихряющим устройством. Где, 1 — труба входящего потока, 2 — участок трубы с большим диаметром, 3 — патрубок, 4 — цилиндрическая камера с резьбой для закручивания потока

Рисунок 6. Схема первой ступени вихревых преобразователей с тангенциальным вводом в камеру. Где, 1 — труба входящего потока, 2 — участок трубы с большим диаметром, 3 — патрубок, 4 — цилиндрическая камера для закручивания потока

3. Вихревые расходомеры с осциллирующей струей — это расходомеры, где первичным преобразователем является струя. Пульсации давления, в данном случае, создаются при вытекании струи из отверстия путем её автоколебания, вызываемого специальной конструкции расходомера. Вихревые расходомеры с осциллирующей струей могут быть двух типов: релаксационный (рисунок 7) и с обратной гидравлической связью (рисунок 8). Приборы, имеющие преобразователь с обратной связью лучше, поскольку, такой преобразователь позволяет более строго обеспечить процесс осцилляции и имеет едва ли не линейную зависимость между расходом и частотой колебания. Такие расходомеры могут быть использованы с маленькими трубами, диаметром от 12 до 100 мм.

Рисунок 7. Релаксационный преобразователь вихревого расходомера с осциллирующей струей. Где 1-сопло, 2- диффузор,3- обводная трубка.

Читайте также:  Счет за электричество будем платить по счетчику

Рисунок 8. Преобразователь вихревого расходомера с колеблющейся струей с обратной гидравлической связью. Где, 1-дифузор 2- выходной парубок, 3- сопло 1, 4-сопло 2, 5-верхний отводной канал,6-нижний обводной канал.

Вообще, термин «вихревой расходомер», может быть применим только к приборам первых двух типов — т.е. расходомеров с обтекаемым телом и прецессией воронкообразного вихря.

Кстати, для измерения скорости расхода газообразных (реже, жидких сред), могут быть использованы вихревые расходомеры с качающимся элементом. Принцип их действия чем то схож с приборами с обтекаемым телом. Здесь, раскачивание обтекаемого тела при движении среды возникает благодаря случайным возмущениям потока, которые вызываются турбулентностью. Частота колебаний подвижного элемента, при этом, пропорциональна скорости потока.

Рисунок 9. Вихревой уровнемер с качающимся элементом.

Итак, вот мы и добрались до преимуществ и недостатков вихревых расходомеров. Начнем с преимуществ вихревых расходомеров:

— Надежность и простота в эксплуатации;

— Отсутствие движущихся частей;

— Высокая точность измерений;

— Большой диапазон измерения по давлению и температуре, диаметру трубы;

— Подходит практически для всех жидких и газообразных сред;

— Нечувствительность к загрязнениям и отложениям.

Недостатки, у данного типа расходомеров, тоже присутствуют:

— Невозможность использования при малых скоростях потока;

— Значительная потеря давления (потери до 45 кПа);

— Невозможность использования с трубами диаметром выше 300 мм и сложность при использовании с трубами до 150 мм;

— Чувствительность к вибрационным, шумовым и звуковым помехам (от насосов, компрессоров и др.).

Вот, пожалуй, и всё, что мы хотели бы рассказать про вихревые расходомеры. Стоит, только напомнить о том, что сегодня, вихревые расходомеры могут быть применены для измерения объёмного расхода любых жидких и газообразных сред. При этом, приборы прекрасно справляются со своими обязанностями даже при температурах среды до 500 o C и давлении до 30Мпа. Это прекрасные универсальные, усредненные по всем своим параметрам расходомеры, подходящие практически для каждого промышленного предприятия.

Источник



Вихревой расходомер газа и пара

Вихревой расходомер — это стандартный расходомер, в основе работы которого лежит измерение скорости движения потока. Этим расходомерами можно измерять расход потока таких сред, как пар или газ с твердыми частицами во взвешенном состоянии. В конструкции вихревых расходомеров отсутствуют подшипники или двигающиеся рабочие детали, которые могут повреждаться из-за попадания твердых частиц.

Схема вихревого расходомера

Принцип работы вихревого расходомера

Как не трудно догадаться, название вихревой расходомер происходит от слова вихрь. Вихревое движение или движение с завихрениями возникает тогда, когда на пути движущегося потока помещают какой-либо объект. То, как часто формируются завихрения зависит непосредственно от скорости потока. Другими словами, чем выше скорость потока движущейся среды, тем больше количество завихрений, формирующихся за определенный промежуток времени.

Пример потока с завихрениями

Для того, чтобы получить завихрения, в центре расходомера помещают плохообтекаемый предмет, называемый турбулизатором потока. Форма типовых турбулизаторов потока обычно треугольная.

Поток обходит острые выступы турбулизатора, формируя завихрения. Область низкого давления, образующаяся в центре каждого завихрения, способствует дальнейшему созданию силового напряжения, воспринимаемого турбулизатором. До формирования первого завихрения давление по обе стороны турбулизатора одинаково, но в результате формирования завихрения с одной стороны турбулизатора образуется область низкого давления, а наличие областей низкого и высокого давления в месте установки турбулизатора приводит к появлению режима перепада давления. В результате режима перепада давления турбулизатор потока оказывается под воздействием силового напряжения то с одной, то с другой стороны, в соответствии с переменной последовательностью формирования завихрений. Другими словами, нагрузка или напряжение воспринимается турбулизатором потока то с одной, то, с другой стороны.

Переменное чередование завихрений

В вихревом расходомере имеются датчики, которые реагируют на это напряжение, считывая любое отклонение турбулизатора в результате воздействия завихрений. Выходной сигнал датчиков — это сигнал небольшого напряжения, который представляет собой частоту формирования завихрений, чья величина прямо пропорциональна расходу потока. Сигнал напряжения передается на другое устройство со стрелкой или каким-либо другим визуальным индикатором, который выдает показания расхода потока жидкости, газа или пара, проходящих через расходомер.

Источник