Лекция по теме «Вихревой расходомер»

Принцип действия.

Когда поток жидкости обтекает тело (рис.1,а). возникают два параллельных ряда вихрей, движущихся вниз по потоку с одинаковым расстоянием между вихрями в каждом ряду. Образовавшаяся  за  телом  обтекания  система  вихрей называется  вихревой  дорожкой  Кармана.

Количество вихрей, генерируемое в секунду f  от каждой стороны поверхности плохо обтекаемого тела, можно определить как:
Количество вихрей, генерируемое в секунду f от каждой стороны поверхности

гдесредняя скорость жидкости вблизи плохо обтекаемого тела  – средняя скорость жидкости вблизи плохо обтекаемого тела,

S – фактически постоянная величина, называемая числом Струхаля.

d-  ширина поперечного сечения тела

Объемный расход Q может быть определен как:Объемный расход Q образование вихрейформы тел обтекания

Рис. 1 а) образование вихрей; б) формы тел обтекания

Таким образом, для любого  обтекаемого тела частота генерируемых вихрей прямо пропорциональна расходу жидкости. Как правило, расходомеры одновременно являются и счетчиками.

Преобразователи вихревых расходомеров.

Одним  из  важнейших  элементов  вихревых  расходомеров  являются   преобразователи энергии  потока  в  электрический  сигнал

Известны  индуктивные,  анемометрические, емкостные, ультразвуковые и пьезоэлектрические преобразователи энергии. Например, в термоанемометрических преобразователях термистор может быть размещен на передней поверхности тела обтекания (рис.2,а). Термистор, нагретый протекающий через него током, чувствует вихри благодаря эффекту охлаждения при контакте с ними, что создает изменение сопротивления термистора. В ультразвуковом  преобразователе вихри оказывают воздействие на луч ультразвуковой волны (рис. 2,б). Полученное в результате изменение амплитуды этой волны может быть зафиксировано. В пьезоэлектрическом преобразователе чувствительным элементом является пьезоэлектрический кристалл, смонтированный в тело  обтекания (рис. 2,в). Упругая  диафрагма реагирует на возмущения давления, генерируемые вихрями, и они воспринимаются пьезоэлектрическим кристаллом.

Вихревые расходомеры с пьезоэлектрическими датчиками получили наибольшее  распространение в России и отвечают всем перечисленным требованиям.

Системы детектирования вихрей

Рис. 2 Системы детектирования вихрей

Вихревые расходомеры жидкостей.

Первые   вихревые    расходомеры   жидкости  были  разработаны  в  ГНЦ «НИИ  Теплоприбор» в 1982  году.. Часто  такие  приборы  называют  вихреакустическими  или  вихревыми  ультразвуковыми расходомерами. Устройство такого расходомера поясняет рис. 2,б.

В проточной  части  располагается  тело  обтекания   в  виде трапециидальной  призмы.  Далее  за  телом  обтекания    диаметрально  противоположно размещаются  пьезоэлектрические  излучатель   и  приемник .  На  излучатель  от  генератора  подается переменное  напряжение,  обычно 1-2 МГц,  которое  преобразуется  в  ультразвуковые  колебания жидкости. Пройдя через поток,   эти  колебания  в  результате  взаимодействия  с  вихрями оказываются модулированными  по фазе. Приемник  воспринимает модулированные  колебания  и   преобразует их  в  напряжение,   которое по амплитуде и частоте  соответствует  интенсивности и частоте следования вихрей,  являющейся мерой скорости потока.

Кроме ультразвукового детектирования вихрей распространен метод, основанный на регистрации деформации тела обтекания при вихреобразовании.  В этом случае один конец тела устанавливается в трубопровод жестко, а второй соединен с трубой через пьезоэлектрический датчик. На кромках тела обтекания поочередно возникают вихри, вызывающие колебания тела обтекания., которые воспринимаются пьезодатчиком и преобразуются в электрический сигнал с частотой появления вихрей.

Вихревые счетчики  применяются для измерения  объемного расхода горячей и холодной воды в трубах. Основная погрешность — 1%. Однако, для измерения воды и тепла в ЖКХ такие расходомеры распространения не получили, т.к. не выдержали конкуренции по себестоимости с  расходомерами, основанными на других принципах: электромагнитных, ультразвуковых, тахометрических.

Вихревые счетчика газа

Первый российский вихревой счетчик газа СВГ был разработан ОАО  «Сибнефтеавтоматика» и освоен  в серийном производстве 1991 году.

недостатки

  • необходимость больших прямых участков до и после прибора;
  • не возможность проведения точных измерений при малых расходах;
  • более высокие потери давления  при измерениях.

преимущества

  • хорошая  работа  при контроле загрязненных и агрессивных газов;
  • надежная работа где не требуется высокая точность
  • невосприимчивость  к скачкам давления, расхода, пневмоударам.

Несмотря на  отмеченные недостатки,  уже  сейчас  вихревые  расходомеры  газа  занимают  в нашей  стране   более 23 %  рынка  промышленных  приборов  учета  газа  среди  российских производителей.

Вихревые расходомеры пара

Для  измерения расхода  пара  необходимо  ввести в вычислитель программу  расчета   значений  массы  пара  и   переносимой  им  тепловой  энергии.

Единственной  альтернативой вихревым расходомерам  на рынке  приборов учета расхода пара   являются   приборы,   основанные  на  измерении  перепада  давления  на  сужающих  устройствах. Однако, эти приборы характеризуются динамическими диапазонами 1:5 – 1:10, погрешностью  измерений  до  + 5%,  а   при  измерении  насыщенного  пара  скорее  дают  качественную картину, чем количественную оценку. Достоинства вихревых расходомеров (см. выше) ведет  к   постепенному увеличению  доли  вихревых  счетчиков  на рынке средств учета расхода пара, которая же сейчас составляет около 60% среди российских производителей.

Максимальные  рабочие  температуры  до 300 °С, предел допускаемой основной погрешности:

  • мгновенного расхода …………………………….1%;
  • суммарного массового и объемного …………….3%;
  • тепловой энергии…………………………………4%. 

Достоинством  вихревых  расходомеров  является

отсутствие  каких-либо  подвижных элементов  внутри  трубопровода,  достаточно  хорошая  точность  и  линейность  в   широком диапазоне измерений, частотный выходной сигнал.

Рекомендуемые посты

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *