Mi az Vortex áramlásmérő és hogyan működik?

Mi az örvényáramlás: az örvényáramlásmérők mögötti fizika

Mi az örvényáramlás áramlásmérés keretében? Az örvényleválás jelenségére utal, egy folyadékmechanikai hatásra, amely akkor lép fel, amikor egy folyadékáram egy blöff (nem áramvonalas) testtel találkozik. Az áramló folyadék nem tudja követni a blöff test éles körvonalait, elválik a felszínétől, és az óramutató járásával megegyezően és azzal ellentétes irányban váltakozó örvényeket képez, amelyek szabályos, ismétlődő mintázatban válnak ki a test két oldaláról. Ezt a váltakozó örvénymintát Kármán örvény utcának nevezik, amely Aodore von Kármán magyar származású amerikai fizikusról kapta a nevét, aki matematikailag jellemezte a jelenséget a huszadik század elején.

A Strouhal-szám: Miért egyenlő az örvényfrekvencia az áramlási sebességgel?

A legfontosabb fizikai kapcsolat, amely az örvényleválást hasznossá teszi az áramlásméréshez, a Strouhal kapcsolat. Adott csőben egy adott blöff test geometria esetén az örvényledobási frekvencia (f) és a folyadéksebesség (V) hányadosa osztva a blöff test jellemző méretével (d) egy dimenzió nélküli állandó, amelyet Strouhal-számnak (St) nevezünk:

St = f × d ÷ V

A jól megtervezett örvényáramlásmérő blöfftesteknél a Strouhal-szám az konstans egy körülbelül 10 000 és 4 000 000 közötti Reynolds-számtartományban , ami azt jelenti, hogy a leválási frekvencia szigorúan arányos a sebességgel ebben a széles tartományban. A Strouhal kapcsolat átrendezése:

f = St × V ÷ d

Mivel St és d egy adott mérőtestre rögzítettek, az f frekvencia mérése közvetlenül a V sebességet adja, az ismert csőkeresztmetszet-területtel megszorozva pedig a térfogatáramot. Ez a teljes működési elve a Vortex áramlásmérő : örvények számolása, sebesség kiszámítása, térfogat kiszámítása. A mérőé K-faktor (impulzusok térfogategységenként) a kombinált Strouhal-számot és a csőgeometriát egyetlen kalibrációs állandóvá kódolja, amely a nyers impulzusszámot áramlási sebességgé alakítja a távadó elektronikájában.

Az örvények észlelésének módja: Szenzortechnológiák

A levált örvények által keltett váltakozó nyomásingadozás kicsi (tipikusan a vezeték nyomásának 0,1-10%-a ), de mérhető. Kereskedelmi Vortex áramlásmérő a tervek számos érzékelőtechnológiát használnak a nyomásingadozások észlelésére:

• Piezoelektromos érzékelők: A legszélesebb körben használt örvényérzékelési technológia. A leváló rúdba vagy mögé szerelt piezoelektromos kristály kis elektromos töltést generál az egyes nyomásingadozások okozta mechanikai igénybevételre válaszul. A piezoelektromos érzékelők robusztusak, nem igényelnek külső tápellátást magának az érzékelőelemnek, és nagyon széles hőmérséklet-tartományban működnek.
• Kapacitív érzékelők: Változó örvénynyomás hatására egy vékony membrán elhajlik, megváltoztatva az érzékelőelem kapacitását. A kapacitív érzékelők nagy érzékenységet biztosítanak alacsony áramlási sebesség mellett, és néhány prémium mérőműszerben használják a hatótávolság kiterjesztésére az alacsony áramlási üzemmódba.
• Ultrahangos örvényérzékelés: Egyes mérőeszközök ultrahangsugarat használnak, amely az áramlásra merőlegesen keresztezi a csövet. Minden egyes áthaladó örvény modulálja az ultrahangsugarat, és ez a modulációs frekvencia az örvényleválasztó frekvencia. Az ultrahangos érzékelésnek nincsenek átnedvesedett mozgó alkatrészei, és nagy tisztaságú és korrozív szervizalkalmazásokban használják.

Reynolds-szám és minimális áramlás: Az örvényáramlás gyakorlati korlátai

A Strouhal-kapcsolat általában csak egy minimális Reynolds-szám felett áll fenn Re nagyobb, mint 10 000-20 000 az adott mérőkialakítástól függően. E küszöbérték alatt az örvényleválás szabálytalanná és nem periodikussá válik, ami lehetetlenné teszi a pontos áramlásmérést. Ez határozza meg egy adott folyadék minimális mérhető áramlási sebességét adott mérőméretben. Az Re 10 000 feletti tartásához szükséges minimális sebesség a folyadék kinematikai viszkozitásától függ: 20°C-os víz esetében ez kb. 0,3-0,5 m/s , míg a viszkózus olajoknál (10 cSt felett) lényegesen magasabb lehet. Ez a Reynolds-szám korlátozás az elsődleges oka annak, hogy az örvényáramlásmérők nem alkalmasak nagy viszkozitású folyadék alkalmazásokhoz.

Behelyezhető Vortex áramlásmérő: tervezés, telepítés és méretezés nagy csövekhez

A beillesztési örvény áramlásmérő egy szonda típusú műszer, amelyet úgy terveztek, hogy a cső falába egyetlen csapon keresztül helyezzék be, nem pedig teljes furatú orsódarabként beépítve. A szonda olyan mélységig nyúlik be a csőkeresztmetszetbe, ahol egy adott ponton mintát vesz az áramlási sebességről, és ebből a pontsebességből számítják ki a teljes csőkeresztmetszet átlagos sebességét és térfogatáramát egy kalibrált sebesség-áramlás összefüggésen keresztül. A behelyezett örvénymérők a domináns választás a kb. feletti csövek esetében DN 200 (8 hüvelyk) ahol a teljes furatú örvénymérők nagyon megdrágulnak és nehezek.

Beillesztett Vortex áramlásmérő építése

Egy tipikus beillesztési örvény áramlásmérő a következőkből áll:

• Beillesztési szonda teste: Hengeres vagy áramvonalas szondatengely, amely áthalad a csőfalon és az áramlási áramba. A szonda hosszát a cső átmérőjéhez igazítják, így a szonda csúcsán lévő leválasztó rúd a megfelelő mérési mélységben helyezkedik el, általában 15-20%-ra a cső középvonalától vagy magán a középvonalon a kalibráció során használt sebességprofil-feltevéstől függően.
• Shedder rúd a szonda hegyén: T-alakú vagy D-alakú blöff test, amely örvényleadást hoz létre a mérési ponton. A shedder geometriája pontos tűrésekre van megmunkálva, így biztosítva a következetes és megismételhető Strouhal-számot.
• Tömítő tömszelence vagy gömbcsap szigetelése: A szondát a csőnyomással szemben egy tömítőgyűrű zárja le azon a ponton, ahol a szonda kilép a cső falából. A forrócsapos behelyezett örvénymérők tartalmaznak egy leválasztó szelepet, amely lehetővé teszi a szonda behelyezését vagy visszahúzását, miközben a cső nyomás és áramlás alatt van, a folyamat megszakítása nélkül.
• Adó ház: A szonda tetejére szerelt elektronikai ház, amely tartalmazza a jelkondicionáló áramkört, a kijelzőt (opcionális) és a kimeneti elektronikát. A ház IP65 vagy IP67 besorolású a környezetvédelem érdekében.

A beillesztési mélység kalibrálása és a sebességi profiltényező

A pontosság an beillesztési örvény áramlásmérő kritikusan függ attól, hogy ismerjük-e a kapcsolatot a beillesztési pontban mért sebesség és a cső teljes keresztmetszetében mért átlagos sebesség között. Ez az összefüggés a sebességprofil tényező (más néven mérőtényező vagy beillesztési tényező). Egy teljesen kidolgozott turbulens csőáramlási profil esetén a középvonali sebesség és az átlagsebesség aránya hozzávetőlegesen 1,2-től 1,25-ig , ami azt jelenti, hogy a középvonali sebesség 20-25%-kal nagyobb az átlagnál. Amikor a szondát a középvonalba helyezzük, a mért sebességet el kell osztani ezzel a tényezővel, hogy megkapjuk az átlagsebességet. A sebességprofiltényezőt a következők befolyásolják:

• Pipe Reynolds szám: A profiltényező a Reynolds-szám függvényében változik. A pontos áramlásmérés megköveteli az Re pontos ismeretét, vagy olyan behelyezési mélységű mérő használatát, amely minimálisra csökkenti a profil alakra való érzékenységet (gyakran a cső sugarának a középvonaltól számított 1/6-án).
• Felfelé irányuló csővezeték zavarok: Az ívek, szelepek, pólók és a csövek tágulása vagy összehúzódása torzítja a sebességprofilt az ideális turbulens alaktól. A torz profilokhoz hosszabb egyenes csőhosszra vagy profiljavítókra van szükség a névleges pontosság eléréséhez.
• Beillesztési mélység pontossága: A szondát pontosan a tervezett behelyezési mélységben kell elhelyezni. Hiba a 10 mm behelyezési mélység 500 mm-es csövön kb. mérési hibát okoz 1-3% a sebességprofil alakjától függően a cső keresztmetszetének azon a pontján.

A behelyezés előnyei és korlátai a teljes furatú Vortex mérőkkel szemben

Vortex légáramlásmérő: sűrített levegő, HVAC levegő és égési levegő mérése

A vortex légáramlás mérő az egyik legpraktikusabb műszer a légáramlás mérésére ipari, kereskedelmi és HVAC alkalmazásokban. A levegő előnyökkel és kihívásokkal is jár az örvényáram mérésében: alacsony sűrűsége alacsony örvény által kiváltott nyomásingadozást jelent (érzékeny detektálást igényel), de alacsony viszkozitása azt jelenti, hogy a Reynolds-szám jellemzően jóval meghaladja az örvényleválás 10 000-es küszöbértékét, még közepes sebességű csőméreteknél is.

Sűrített levegő mérés: A leggyakoribb örvénylevegő-áramlási alkalmazás

A gyártólétesítmények sűrített levegős rendszerei általában a következő helyen működnek 6-10 bar túlnyomás . A sűrített levegő fogyasztásának pontos mérése alapvető fontosságú az energiaaudit, a szivárgásészlelés és a levegőköltségek gyártási folyamatokhoz való hozzárendelése szempontjából. A Vortex áramlásmérők kiválóan alkalmasak sűrített levegő mérésére, mivel:

• Nincsenek mozgó alkatrészek: A sűrített levegő vezetékek szállítják a kompresszorokból származó olajat, vizet és részecskéket. A mozgó alkatrészeket vagy csapágyakat nem tartalmazó örvénymérők sokkal kevésbé érzékenyek a szennyeződésre és kopásra, mint a turbinás mérő vagy a sűrített levegős üzemben használt elmozdulásmérő.
• Széles áramlási tartomány: A gyártásban a sűrített levegő iránti igény nagyon változó, a kereslet a nullától a teljes rendszerkapacitásig terjed a különböző műszakokban és gyártási forgatókönyvekben. Az örvénymérő lekapcsolási aránya 20:1-től 40:1-ig jobban kezeli ezt a változékonyságot, mint a nyomáskülönbség-mérők, amelyek lekapcsolása jellemzően 3:1 és 5:1 között van.
• Térfogat- vagy tömegáram kimenet kompenzációval: Modern vortex légáramlás mérős hőmérséklet- és nyomásérzékelőket tartalmaznak ugyanabban a műszerben, lehetővé téve, hogy mind a tényleges térfogatáramot (vezetéki körülmények között), mind a szabványos térfogatáramot vagy tömegáramot (jellemzően 20 °C és 1 bar vagy 0 °C és 1,01325 bar referenciafeltételekre korrigálva) adják ki. Ez elengedhetetlen az energiaelszámoláshoz, ahol a kompresszor energiaköltségét az elfogyasztott levegő tömege határozza meg (nem a térfogata a vezetéknyomásnál).

HVAC légáramlás mérése örvénymérőkkel

A HVAC csatorna légáramlásának légköri nyomáson vagy ahhoz közeli méréséhez, beillesztési örvény áramlásmérős különösen népszerűek, mert a HVAC csatornarendszer jellemzően nagy (DN 200-tól DN 1000-ig és nagyobb), és négyszögletes vagy kör alakú fémlemez konstrukció, ahol nem lehet teljes furatú mérőt felszerelni. A szonda típusú behelyezett mérőt a csatorna falába fúrt egyetlen furaton keresztül kell felszerelni, így nincs szükség csatornaszakasz cserére. A HVAC vortex alkalmazásának fő szempontjai:

• Sebesség tartomány: A HVAC légcsatorna légsebessége jellemzően tól 2-15 m/s . Az örvénymérők kényelmesen működnek ebben a tartományban, bár az alsó vége megközelíti a minimális Reynolds-szám küszöbértéket kisebb csőméreteknél. A DN 150 alatti HVAC-ellátó csatornák esetén alacsony sebességeknél győződjön meg arról, hogy az Re meghaladja a 10 000-et minimális várható áramlási feltételek mellett, mielőtt vortex-mérőt határozna meg.
• Profiltorzulás HVAC rendszerekben: A HVAC csatornák ritkán biztosítanak megfelelő egyenes vonalakat a mérési pont előtt. A helyszűke miatt a könyökök, a ventilátorkimenetek, a diffúzorok és a csappantyúk gyakran közvetlenül a mérő elhelyezése előtt vannak. Az ilyen telepítéseknél az elfogadható pontosság eléréséhez többpontos átlagoló pitot-stílusú mérésre vagy örvénymérőre van szükség áramlásszabályozóval közvetlenül az áramlás irányába.

Égési levegő és földgáz levegő keverék mérése

Vortex légáramlásmérők Az égési levegő áramlásának mérésére használják ipari égőrendszerekben, kazánokban és kemencékben, ahol a levegő-tüzelőanyag arányt (levegő-üzemanyag arányt) pontosan szabályozni kell az égés hatékonysága és a károsanyag-kibocsátás megfelelősége érdekében. Ezekben az alkalmazásokban a vortex légáramlás mérő a kimenet közvetlenül az égővezérlő rendszerbe vagy az égésszabályozóba kerül. A mérőt az égési levegő előmelegítő rendszerekben jellemzően megemelkedett levegő hőmérsékletre kell besorolni: ipari égési levegő előmelegítési hőmérséklete 200-400°C gyakoriak, és a mérőt magas hőmérsékleten nedvesített anyagokkal és hőmérséklet-kompenzált elektronikával kell megadni.

Vortex áramlásmérő gőzalkalmazáshoz: Telített és túlhevített gőz mérése

A Vortex áramlásmérő gőzalkalmazáshoz a vortex technológia egyik műszakilag legfontosabb és kereskedelmi szempontból legjelentősebb felhasználási módja. A gőzáram-mérést történelmileg a nyílásos lemezes nyomáskülönbség-mérők (DP) uralták, de az örvénymérők kiváló pontossága, alacsonyabb karbantartási igénye és közvetlen tömegáram-képessége miatt a modern technológiai üzemekben és közműrendszerekben a gőzalkalmazások preferált választása lett.

Miért nehéz a Steam mérése, és miért méri a Vortex Excelt

A gőzmérés több okból is kihívást jelent, amelyek számos áramlásmérési technológiát alkalmatlanná tesznek:

• Magas hőmérséklet és nyomás: Az ipari gőzrendszerek hőmérséklettől kezdve működnek 100°C és 400°C között és nyomások 0,5 bar és 40 bar között , olyan körülmények, amelyek korlátozzák a gumitömítésű, nedves elektronikával vagy hőre lágyuló alkatrészekkel ellátott műszerek használatát.
• Változó sűrűség: A gőz sűrűsége jelentősen változik mind a hőmérséklet, mind a nyomás hatására. A tömegáram-méréshez ismerni kell a folyadék sűrűségét vonali körülmények között, akár közvetlen sűrűségméréssel, akár a sűrűségnek a mért hőmérsékletből és nyomásból gőztáblázatok segítségével történő kiszámításával. A nyomáskülönbségmérők térfogatáramot mérnek, és külön sűrűségkompenzációt igényelnek; Az integrált hőmérséklet- és nyomáskompenzációval ellátott örvénymérők közvetlen tömegáramot biztosítanak.
• Kondenzátum veszélye: A gőzcsövek folyékony kondenzátumot tartalmazhatnak, különösen indításkor és rosszul karbantartott rendszerekben. A nyomáskülönbség-érzékelőt vagy a pozitív elmozdulású mérőelemet megütő folyékony csigák sérülést vagy állandó kalibrálási eltolódást okozhatnak. Az örvénymérők tömör fém leválórudakkal és robusztus piezoelektromos érzékelőkkel sokkal jobban tolerálják a kondenzvíz-csomókat, mint az alternatívák.
• Nincsenek mozgó alkatrészek: A magas hőmérsékletű és nyomású gőz olyan műszerelemeket igényel, amelyek elviselik az ismételt hőciklusokat, a nyomás lüktetéseit és a magával ragadó részecskék vagy cseppek eróziós hatását. Az örvénymérőknek nincs mozgó alkatrésze az áramlási áramban, amely elhasználódhat, elakadhat, vagy időszakos cserét igényelne.

Telített vs. túlhevített gőz: Vortex-mérő szempontok

A Vortex áramlásmérők telített és túlhevített gőzt is kezelnek, de a mérési megközelítés és a szükséges kiegészítő mérések eltérőek:

• Telített gőz: Telítéskor a hőmérsékletet és a nyomást a gőztelítési görbe köti össze. A hőmérséklet vagy a nyomás mérése elegendő a gőz állapotának meghatározásához és a sűrűség kiszámításához a gőztáblázatokból. Telített gőz alkalmazásokhoz a Vortex áramlásmérő gőzalkalmazáshoz beépített nyomásérzékelővel (és opcionálisan hőmérséklet-érzékelővel) valós időben számíthatja ki a sűrűséget és közvetlenül a kimeneti tömegáramot. A telített gőzmérők tipikus integrált nyomásérzékelő tartománya a 0-25 bar abszolút nyomás pontossággal ±0,1-±0,5% .
• Túlhevített gőz: A túlhevített gőz teljesen gázfázisban van, folyadék nélkül. Sűrűsége egymástól függetlenül a hőmérséklet és a nyomás függvénye. A túlhevített gőz örvénymérőjének a vezeték hőmérsékletét és nyomását is mérnie kell, és a gőz állapotegyenleteit kell használnia (jellemzően az IAPWS-IF97 szabványos gőztáblázataiból) a valós idejű sűrűség kiszámításához. A tömegáram kimenete ekkor: Tömegáram = térfogatáram × sűrűség(T, P) A legmodernebb többváltozós vortex típusú áramlástávadós belsőleg végezze el ezt a számítást.

A gőzörvénymérő anyag- és hőmérséklet-specifikációi

Gőzszolgáltatáshoz az örvényáramlásmérő testének és belső alkatrészeinek meg kell felelniük bizonyos anyagkövetelményeknek:

• Test anyaga: ASTM A105 szénacél vagy ASTM A182 rozsdamentes acél (SS316 / SS316L) szabványos gőzszolgáltatáshoz. A 25 bar feletti nagynyomású gőzhöz vagy a korrozív szennyeződéseket (kén, kloridok) tartalmazó gőzhöz SS316 vagy magasabb ötvözetek (Hastelloy C, Duplex SS) vannak előírva.
• Hőmérséklet besorolás: Szabványos Vortex áramlásmérők gőzalkalmazáshoz -ra vannak besorolva 260-320 °C . A túlhevített gőzhöz használható magas hőmérsékletű változatok besorolása: 400°C és 450°C között , jellemzően meghosszabbított nyakú kialakítással, amely elmozdítja a távadó elektronikáját a forró folyamat csatlakozásaitól, hogy az elektronikát a meghatározott működési tartományon belül tartsa.
• Nyomásérték: Szabványos wafer-body vortex meters are rated to PN 40 (40 bar) DN 15-től DN 100-ig terjedő méretekben. Az azonos mérettartományban lévő karimás testek általában ANSI Class 300 vagy Class 600 nyomásértékkel rendelkeznek, ami megfelel a 51 bar és 102 bar illetve 38°C üzemi hőmérsékleten.

Vortex típusú áramlási távadó: elektronika, kimenetek és kommunikációs protokollok

A vortex típusú áramlástávadó az az elektronikus modul, amely fogadja a nyers örvényimpulzusjelet az érzékelőtől (piezoelektromos, kapacitív vagy ultrahangos), jelkondicionáló és szűrő algoritmusokon keresztül feldolgozza azt, kiszámítja az áramlási sebességet, és az eredményt egy vagy több szabványosított kimeneti jellel továbbítja a vezérlőrendszerhez vagy az adatgyűjtő rendszerhez. A modern műszerekben a távadót fizikailag integrálják a mérőházba, nem pedig külön távszerelhető eszközként, így a kompakt szerelvény "okos távadó" jelölést ad.

Jelkondicionálás: a nyers impulzusoktól a tiszta áramlási jelig

A raw signal from a vortex sensor is a low-amplitude alternating signal whose frequency represents the vortex shedding rate. In process environments, this signal is contaminated by several sources of interference that the vortex típusú áramlástávadó el kell utasítani:

• Cső vibráció: A szivattyúkból, kompresszorokból és szerkezeti rezonanciákból származó mechanikai rezgések a mérőtesthez kapcsolódnak, és hamis jeleket generálnak az érzékelőn, amelyek félre örvényimpulzusként értelmezhetők. A modern adók adaptív jelfeldolgozási és frekvencia megkülönböztető algoritmusokat használnak, hogy megkülönböztessék a valódi örvényfrekvenciákat (amelyek zökkenőmentesen követik az áramlást) a vibráció által kiváltott zajtól (amely általában szélessávú vagy rögzített harmonikus frekvenciájú).
• Alacsony áramlási zaj: A minimálisan érzékelhető áramlás közelében az örvényleválás szabálytalanná válik, és az egyes örvényeket nehéz megkülönböztetni a zajtól. A fejlett távadók a jel statisztikai elemzését használják a koherens örvényfrekvencia jelenlétének kimutatására még nagyon alacsony jel-zaj viszony mellett is, meghosszabbítva a tényleges minimális áramlási sebességet.
• Elektromos interferencia (EMI/RFI): Az ipari környezet erős elektromágneses mezőt tartalmaz a változtatható sebességű hajtásokból, tápkábelekből, hegesztőberendezésekből és rádióadókból. A távadó elektronikájának megfelelő árnyékolást, szűrést és leválasztást kell tartalmaznia, hogy ezek a jelek ne befolyásolják a mérést.

Kimeneti jelek és kommunikációs protokollok

A vortex típusú áramlástávadó modelltől és konfigurációtól függően a következő kimeneti jelek közül egyet vagy többet biztosít:

• 4-20 mA analóg kimenet: A universal industry standard for flow rate transmission. The transmitter maps 4 mA to zero flow (or the configured zero of the output range) and 20 mA to the maximum configured flow rate. The 4 to 20 mA signal is immune to line resistance effects (within cable resistance limits) and easy to connect to any PLC, DCS, or panel meter input.
• Impulzus kimenet (frekvencia kimenet): Digitális impulzussorozat, amelyben minden impulzus egy rögzített folyadéktérfogatot (a mérő K-tényezőjét) jelöli. Az impulzuskimeneteket összegzésre használják szakaszos vezérlőrendszerekben, energiagazdálkodási rendszerekben és letéti átviteli alkalmazásokban, ahol integrált számlálóra van szükség, nem pedig azonnali áramlási sebesség kijelzésére.
• HART protokoll: A HART (Highway Addressable Remote Transducer) egy digitális kommunikációs protokoll, amely a 4-20 mA-es analóg jelre szuperponál. Lehetővé teszi a kétirányú digitális kommunikációt a konfigurációhoz, a diagnosztikához és a másodlagos változókhoz (hőmérséklet, nyomás, sűrűség) való hozzáféréshez további vezetékezés nélkül. A HART a legszélesebb körben elterjedt digitális protokoll a feldolgozóiparban, és szinte minden modern eszközön szabványos vortex típusú áramlástávadós .
• FOUNDATION Fieldbus és PROFIBUS PA: Teljesen digitális terepibusz-protokollok, amelyek lehetővé teszik több műszer számára, hogy egyetlen kábelpáron osztozzanak, teljes diagnosztikát és konfigurációt biztosítanak a vezérlőteremből, és támogatják a fejlett funkciókat, például a funkcióblokk végrehajtását magán az adón belül. Új építésű feldolgozó üzemekben és finomítók bővítésében használják, ahol teljes digitális infrastruktúra van megadva.
• Modbus RTU vagy TCP/IP: Vízkezelési, épületautomatizálási és HVAC rendszerekben használják, ahol a Modbus-kompatibilis SCADA vagy épületfelügyeleti rendszerek alapfelszereltségnek számítanak. Sokan beillesztési örvény áramlásmérős HVAC és víz alkalmazásokhoz Modbus RS-485 szabványos kimenetet biztosít.

Többváltozós Vortex távadók: integrált hőmérséklet, nyomás és sűrűség

A multivariable vortex típusú áramlástávadó egyetlen műszercsomagba integrálja a hőmérséklet mérést (RTD vagy termoelem), a nyomásmérést (integrált nyomásátalakító) és az áramlásmérést (örvényérzékelő). A távadó a mért hőmérsékletből és nyomásból valós időben számítja ki a folyadéksűrűséget a gőz, a földgáz, a levegő és más gyakori technológiai folyadékok beépített állapotegyenleteivel, majd a térfogatáramot megszorozza a számított sűrűséggel, és közvetlenül a kimeneti tömegáramot adja. A többváltozós adók fő előnyei:

• Csökkentett műszerszám: Egy többváltozós örvénytávadó helyettesíti az örvényáram-mérőt, egy hőmérséklet-távadót, egy nyomástávadót és egy külső áramlásmérőt. Ez jelentősen csökkenti a beszerzési, telepítési, karbantartási és kalibrálási költségeket.
• Szigorúbb tömegáram pontosság: Ha a hőmérsékletet és a nyomást pontosan ugyanazon a ponton mérik, mint az áramlási sebesség, és ugyanazon az elektronikán belül dolgozzák fel, a különböző műszerek időbeli és térbeli hibái kiküszöbölhetők. Ez javítja a tömegáram pontosságát egy olyan rendszerhez képest, ahol a hőmérsékletet és a nyomást külön pontokon mérik.
• Energiaáramlás (hőáramlás) kimenet: Gőz- és melegvizes alkalmazásoknál a többváltozós távadó energiaáramot (megajoule/óra vagy BTU/óra mértékegységben) ad ki azáltal, hogy a tömegáramot kombinálja a hőmérséklet- és nyomásmérésekből származó folyadékentalpiával. Ezt a közvetlen energiakimenetet a gőzmérésben használják közüzemi számlázásra és energiagazdálkodásra külső áramlási számítógép nélkül.

Vortex áramlásmérő felszerelése: Egyenes csőre vonatkozó követelmények, tájolás és üzembe helyezés

A helyes telepítés az egyetlen legfontosabb tényező, amely meghatározza, hogy a Vortex áramlásmérő szolgáltatásban eléri a megadott pontosságot. Még a legjobban kalibrált mérő is gyenge eredményeket ad, ha megfelelő felfelé irányuló egyenes cső nélkül szerelik fel, olyan helyzetben, hogy a gázt vagy a folyadékot rossz helyen zárják be, vagy figyelmen kívül hagyják a folyamatcsatlakozásokat.

Felfelé és lefelé irányuló egyenes csőre vonatkozó követelmények

A Vortex áramlásmérőknek teljesen kifejlesztett, torzításmentes sebességprofilra van szükségük a kalibrált pontosságuk eléréséhez. A felfelé irányuló csővezeték zavarai (hajlatok, szelepek, tágítók, szűkítők) torzítják a profilt és szisztematikus hibákat okoznak. Minimális egyenes csőkövetelmények (D = cső belső átmérője):

• Egyszeri 90 fokos kanyar: Minimum 15D felfelé a mérőről
• Két 90 fokos kanyar ugyanabban a síkban: Minimum 20D felfelé
• Két 90 fokos kanyar különböző síkban (síkon kívül): Minimum 25D felfelé
• Teljesen nyitott tolózár vagy golyóscsap: Minimum 10D felfelé
• Szabályozó szelep (részben nyitott): Minimum 30D-től 50D-ig felfelé súlyos profiltorzulás miatt
• Downstream követelmény: Minimum 5D lefelé a mérőről before any fitting or valve

Ha ezek az egyenes csőkövetelmények helyszűke miatt nem teljesíthetők, a áramlási kondicionáló (például csőköteg, perforált lemez vagy CPA 50E típusú kondicionáló), amelyet közvetlenül a mérő előtt telepítenek, csökkentheti a szükséges egyenes csőfutást. 10D vagy kevesebb az áramlási profil homogenizálásával, mielőtt az elérné a mérőt.

Szerelési irány: vízszintes, függőleges és ferde csövek

Vortex áramlásmérős beépíthető vízszintes, függőleges vagy ferde csőbe, de figyelembe kell venni a távadó felszerelési irányát és a gravitációhoz viszonyított áramlási irányt:

• Vízszintes csőszerelés: A transmitter housing should be mounted to the side (at 3 o'clock or 9 o'clock position on the pipe) rather than on top (12 o'clock) for steam or gas service, to prevent condensate accumulation in the meter body. For liquid service, side mounting is also preferred to prevent gas pockets from accumulating at the top of the meter body.
• Függőleges csőszerelés: Folyadékszolgáltatás esetén az áramlási iránynak felfelé (alulról felfelé) kell lennie függőleges csőszerelésben, hogy a mérőtest tele maradjon folyadékkal. A lefelé irányuló áramlás a folyadék-szolgáltatás függőleges csőben részleges töltési feltételeket hozhat létre, amelyek súlyosan rontják a pontosságot. Gáz- és gőzszolgáltatás esetén függőleges beépítés esetén a felfelé vagy lefelé irányuló áramlási irány elfogadható.
• Adó tájolása: A transmitter housing and display should face a direction that allows easy reading by operators and easy access for maintenance without awkward postures. On horizontal pipes, the transmitter is typically rotatable to any orientation in 90-degree increments after meter installation to optimize readability.

Gyakran ismételt kérdések a Vortex áramlásmérőkkel kapcsolatban

1. Mi az örvényáramlás, és hogyan használja a Vortex áramlásmérő mérésre?

Mi az örvényáramlás mérési szempontból? Ez a Karman örvényleválás jelensége: amikor egy folyadék elfolyik egy blöff test (shedder bar) mellett, akkor a test mindkét oldaláról szabályos mintázatban váltakozó örvények távoznak. A leválási frekvencia egyenesen arányos a folyadék sebességével a Strouhal összefüggésen keresztül (f = St × V ÷ d). A Vortex áramlásmérő megszámolja ezt a frekvenciát piezoelektromos vagy kapacitív érzékelővel, a frekvenciát sebességgé alakítja, megszorozza a csőterülettel, és kiadja a térfogat- vagy tömegáramot. A Strouhal-szám állandó marad a körülbelül 10 000 és 4 000 000 közötti Reynolds-számok esetén, ami lineáris mérést ad ebben a széles tartományban.

2. Milyen előnyei vannak a behelyezett örvényárammérőnek a teljes furatú soros mérőhöz képest?

An beillesztési örvény áramlásmérő jelentős költségelőnyöket kínál a nagy átmérőjű csövek esetében, ahol egy teljes furatú soros mérőhöz nagy, nehéz, drága karimás orsódarabokra lenne szükség. A behelyezett mérő egyetlen csöves megcsapolást használ, melegen menetfúrható (nyomás alatt álló rendszerekre a folyamat leállítása nélkül telepíthető), nagyon alacsony nyomásesést hoz létre (csak szonda, nem teljes furat), és DN 50-től DN 2000-ig terjedő csőméreteket kezel ugyanazzal a kompakt szonda kialakítással. A kompromisszum a pontosság: a behelyezett mérők általában ezt érik el a leolvasás ±1,5–±3,0%-a szemben ±0,5-±1,0% teljes furatú kiviteleknél, mert a pontsebességmérés további bizonytalanságot okoz a sebességprofil feltételezéséből.

3. Alkalmas-e az örvénylevegő áramlásmérő sűrített levegő energiafogyasztás mérésére?

Igen. A vortex légáramlás mérő integrált hőmérséklet- és nyomáskompenzációval ideális a sűrített levegő energia elszámolására. A többváltozós távadó a vonali térfogatáramot szabványos térfogatárammá (a meghatározott szabványos feltételekre hivatkozva) vagy közvetlenül tömegárammá alakítja, ami meghatározza a kompresszor fogyasztott energiáját. Az örvénymérő magas lekapcsolási aránya ( 20:1-től 40:1-ig ) kezeli a sűrítettlevegő-igény széles skáláját a műszakok és a gyártási állapotok között, és a nem mozgó alkatrészekből álló kialakítása jól illeszkedik a sűrített levegőhöz, amely olajat vagy nedvességet tartalmazhat.

4. Miért részesítik előnyben a vortex áramlásmérőt gőzalkalmazásoknál a nyílásos lemezzel szemben?

A Vortex áramlásmérő gőzalkalmazáshoz több okból is felülmúlja a hagyományos nyílásos lemezes nyomáskülönbségmérőt a gőzüzemben: nagyobb pontosságot biztosít ( a leolvasás ±1,0%-a vs. ±2-±3% tipikus nyílásos beépítéshez), sokkal szélesebb hatótávolságot biztosít ( 20:1-től 30:1-ig vs. 3:1-től 5:1-ig DP-hez), nincs szükség impulzusvezetékekre, amelyek eltömődhetnek vagy megfagyhatnak, nincs vékony, gőz hatására erodáló nyíláslemeze, és többváltozós formában közvetlen tömegáram-kimenetet biztosít külön áramlási számítógép nélkül. Az örvénymérő a kondenzvíz-csigát is jobban kezeli, mint a nedves lábú DP-mérőket.

5. Milyen kimeneteket biztosít egy vortex típusú áramlástávadó?

A vortex típusú áramlástávadó jellemzően biztosít a 4-20 mA analóg kimenet áramlási sebességet reprezentálva, a impulzus vagy frekvencia kimenet az összesítéshez és a digitális kommunikációhoz HART protokoll (a leggyakoribb), FOUNDATION Fieldbus, PROFIBUS PA vagy Modbus RTU/TCP a modelltől függően. A többváltozós távadók több 4-20 mA-es kimenetet biztosíthatnak, vagy az összes változót (áramlás, hőmérséklet, nyomás, sűrűség, tömegáram) továbbíthatják egyetlen digitális terepibusz-kapcsolaton keresztül. Az impulzuskimenet különösen fontos az őrzési átviteli és kötegszabályozási alkalmazásoknál, ahol a pillanatnyi sebességjel helyett a tényleges folyadékmennyiség integráló számlálójára van szükség.

6. Mérhet-e egy Vortex áramlásmérő gázt és folyadékot is ugyanabban a mérőtestben?

A same physical vortex meter body can measure both gases and liquids because the Strouhal relationship is valid for any fluid above the minimum Reynolds number threshold. However, the meter must be correctly sized for each fluid (velocity range requirements differ significantly between gases and liquids due to density differences), and the transmitter must be configured with the correct fluid properties for each service. In practice, a meter sized for a gas application is typically too large for a liquid application in the same pipe because liquid requires much lower velocities for the same mass flow. Most users specify separate meters for gas and liquid service rather than attempting to use the same meter for both.

7. Mekkora a legkisebb áramlási sebesség, amelyet egy Vortex Flowmeter mérhet?

A minimum measurable flow rate of a Vortex áramlásmérő a Reynolds-szám küszöbértéke határozza meg a stabil örvényleválást, jellemzően Re > 10 000 és 20 000 között, a mérő kialakításától függően. 20°C-os víz esetén egy DN 50 mérőben ez egy körülbelüli minimális sebességnek felel meg. 0,3-0,5 m/s és a minimális áramlási sebesség kb 0,3-0,6 m³/h . Gázok és gőz esetén a minimális sebesség lehet 1-3 m/s az egységnyi sebességre eső alacsonyabb Reynolds-számok miatt kis sűrűségű folyadékokban. Mindig a gyártó méretező szoftverét kell használni az adott folyadék minimális áramlási képességének, hőmérsékletének, nyomásának és csőméretének ellenőrzésére.

8. Mennyi egyenes csőre van szükség egy örvényáramlásmérő előtt?

Upstream egyenes cső követelményei a Vortex áramlásmérő tól kezdve 10D-től 50D-ig az upstream zavar típusától függően. Egyetlen 90 fokos kanyar legalább 15D-t igényel; két síkon kívüli kanyar 25D-t igényel; egy részleges nyitású vezérlőszelephez 30D és 50D között van szükség. Lefelé legalább 5D-re van szükség minden szerelvény vagy szelep előtt. Ha a beépítési hely nem elegendő, az áramlásszabályozó körülbelül 10D-re csökkenti a felfelé irányuló szükségletet, függetlenül az upstream konfigurációtól. A beillesztési örvény áramlásmérő jellemzően több felfelé irányuló egyenes csőre van szükség, mint teljes furatú mérőóra (15D-től 30D-ig), mivel a pontsebességmérés érzékenyebb a profiltorzulásokra.

9. Milyen folyadékok NEM alkalmasak vortex áramlásmérőkhöz?

Vortex áramlásmérős nem alkalmasak: nagy viszkozitású folyadékokhoz (üzemi hőmérsékleten körülbelül 10-20 cSt felett), ahol a Reynolds-szám gyakorlati áramlási sebesség mellett nem tartható 10 000 felett; magas szilárdanyag-tartalmú iszapok és folyadékok, amelyek erodálhatják a leváló rudat vagy lerakódhatnak az érzékelőn; többfázisú áramlások, ahol a folyadék és a gáz egyidejűleg jelentős mennyiségben van jelen (nedves gőz körülbelül 0,8 alatti minőséggel vagy folyadék körülbelül 2 térfogatszázaléknál nagyobb gáztartalommal); pulzáló áramlások, ahol a pulzálási frekvencia átfedi a várható örvényfrekvencia-tartományt; és nagyon alacsony áramlási sebességek kis csövekben, ahol a szükséges minimális sebesség nem érhető el a maximálisan elfogadható nyomásesés túllépése nélkül.

10. Hogyan méretezhető egy gőzalkalmazáshoz használt örvényáramlásmérő egy adott gőzrendszerhez?

Méretezés a Vortex áramlásmérő gőzalkalmazáshoz A minimális és maximális tömegáram, a mérési pont gőznyomása és hőmérséklete, valamint a csőméret ismerete szükséges. A tömegáramból és a gőzsűrűségből (a nyomásból és a hőmérsékletből gőztáblázatok segítségével számítva) meghatározzuk a térfogatáramot és a sebességet. A mérő mérete úgy van megválasztva, hogy a minimális áramlási sebesség meghaladja a mérő minimális sebességét a stabil örvényleválasztás érdekében (általában 1,5-2,5 m/s gőz esetén) és a maximális áramlási sebesség nem haladja meg a mérő névleges maximumát (általában 50-80 m/s gőzhöz). Az így kapott sebességtartomány határozza meg a mérő leállítását üzem közben. A legtöbb gyártó méretező szoftvert vagy online eszközöket biztosít, amelyek automatikusan elvégzik ezt a számítást, ha a gőzviszonyokkal és az áramlási tartománysal együtt szállítják.