Воротниковые потокометры

Вихревой расходомер: принцип работы и применение

1. Принцип работы

Вихревой расходомер работает на основе явления вихревой дорожки Кармана. Когда жидкость обтекает тело обтекания (вихреобразователь), ниже по потоку генерируются чередующиеся вихри. Частота этих вихрей (F) прямо пропорциональна скорости потока (u), как описано уравнением:

F = St cdot frac{u}{d}

F: Частота вихреобразования (Гц)

St: Число Струхаля (безразмерное, обычно 0,17–0,22 для стабильного потока)

u: Средняя скорость потока (м/с)

d: Ширина тела обтекания (м)

Число Струхаля (St) остается постоянным в определенном диапазоне чисел Рейнольдса (Re), обеспечивая линейность между частотой и расходом.

2. Ключевые параметры

(1) Диапазон чисел Рейнольдса (Re)

Re = frac{rho u D}{mu}

Диапазон стабильных измерений: 2×10⁴ ≤ Re ≤ 7×10⁶

Ниже Re < 2×10⁴: St изменяется, что делает измерения ненадежными.

Выше Re > 7×10⁶: Турбулентность может вызвать нестабильность St.

(2) Методы обнаружения вихрей

Пьезоэлектрические датчики: Обнаруживают колебания давления, вызванные вихрями.

Тепловые датчики: Измеряют изменения температуры от вихреобразования.

Ультразвуковые/емкостные датчики: Бесконтактное обнаружение частоты.

3. Преимущества

✅ Отсутствие движущихся частей: Минимальный износ, длительный срок службы.

✅ Широкий диапазон регулирования (1:10 до 1:30): Подходит для различных скоростей потока.

✅ Низкое падение давления: Энергоэффективность по сравнению с диафрагмами.

✅ Универсальная совместимость с жидкостями: Работает с жидкостями, газами и паром.

4. Ограничения

❌ Чувствительность к вибрации: Внешние вибрации могут мешать точности сигнала.

❌ Требуется минимальная скорость потока: Обычно >0,5 м/с для жидкостей, >3 м/с для газов.

❌ Требования к прямолинейным участкам трубопровода: Необходимы прямые участки до и после расходомера для стабильного потока.

5. Применение

Измерение расхода пара (например, котлы, системы отопления, вентиляции и кондиционирования)

Мониторинг сжатого воздуха/газа

Химические и нефтехимические процессы

Очистка воды/сточных вод

6. Выходной сигнал и калибровка

Импульсный/частотный выход: Прямо пропорционален расходу.

Аналоговый выход 4–20 мА: Для интеграции с системами управления.

Калибровка: Выполняется с использованием воды или воздуха, с настройкой St для конкретных жидкостей.

Заключение

Вихревые расходомеры обеспечивают высокую надежность, низкие эксплуатационные расходы и широкую применимость для промышленных измерений расхода. Их производительность зависит от правильной установки и работы в стабильном диапазоне Re. Будущие достижения сосредоточены на компенсации вибрации и расширении чувствительности к низким расходам.