Vortex-virtausmittarit perustuvat paineen muutosten jaksoittaisuuden huomioimiseen, jotka muodostuvat virtauksessa tietyn putkilinjan esteen jälkeen tai suihkun värähtelyn ja pyörteen muodostumisen aikana.
Arvollisuus
Ensimmäiset tämän tyyppiset laitteet ilmestyivät viime vuosisadan 60-luvulla. Niiden suurin haitta oli mittausparametrien pieni valikoima ja merkittävä virhe. Elektronisesta nykyaikaisesta pyörrevirtausmittarista on tullut täydellisempi, tehokkaampi ja se on saavuttanut monia etuja, joihin kuuluvat seuraavat:
- mittausjärjestelmän suhteellinen yksinkertaisuus;
- tiedot ovat aina vakaita, riippumatta lämpötilasta ja käytettävissä olevasta paineesta;
- korkean tarkkuuden mittaukset;
- lineaaristen signaalien mittaaminen;
- vankka ja yksinkertainen muotoilu;
- laaja mittausalue;
- staattiset elementit;
- Joissakin malleissa on itsediagnoositoiminto.
Epäkohdat
VortexRosemountin virtausmittari on suunniteltu käytettäväksi putkissa, joiden halkaisija on 20–300 mm, koska pienemmille putkilinjoille on ominaista ajoittainen pyörteen muodostuminen ja suurempia putkia on vaikea käyttää. Samanaikaisesti sitä ei ole mahdollista käyttää alhaisella virtausnopeudella signaalin mittaamisen monimutkaisuuden ja paineen merkittävän laskun vuoksi. Myös tärinä ja äänityypit pulsaatiosta vaikuttavat laitteen toimintaan. Tärisevä putkisto ja kompressorit toimivat häiriöinä. Niiden poistaminen on mahdollista tuloaukkoon asennetulla suihkusuorastajalla tai asentamalla lisäanturi vastakkaisella liitännällä ja elektronisilla suodattimilla, jos mittaussignaalien ja pulsaatiotaajuuksien välillä on ero.
Luokittelu
Laitteille on kolme vaihtoehtoa jaettuna muuntimen tyypin mukaan:
- Vortex-virtausmittari, jossa liikkumaton kappale toimii ensisijaisena anturina. Siihen muodostuu vähitellen liikkumattoman kappaleen ohituksen jälkeen molemmille puolille lentäviä pyörteitä, joiden seurauksena syntyy pulsaatiota.
- Mekanismit, joissa ensisijaisen muuntimen pyörivä virtaus synnyttävät paineen pulsaatiota johtuen suppilon muodon omaksumisesta putkilinjan laajennetussa osassa.
- Vortex-virtausmittarit, joissa suihku anturina. Tässä tapauksessa paineen pulsaatio saadaan aikaan suihkuvärähtelyillä.
Kaksi ensimmäistä vaihtoehtoa sopivat paremmin pyörrevirtausmittarin määrittelyyn. Mutta ottaen huomioon kolmannen virtauksen liikkeen muuttuva luonnetyyppi, se kuuluu myös tähän luokkaan. Prosessin ominaisuuksien suurin samank altaisuus on havaittu ensimmäisessä ja kolmannessa vaihtoehdossa.
Vortex-höyryvirtausmittari virtaviivaisella anturilla
Kehon ohittaessa virtaus muuttaa suihkujen suunnan liikerataa, samalla kun niiden nopeus kasvaa ja paine laskee. Käänteinen muutos tapahtuu kohteen keskiosan jälkeen. Sen taakse muodostuu matala paine ja edessä korkea. Kehon läpikulun jälkeen rajakerros siirtyy pois, ja pienen puristuksen vaikutuksesta syntyy pyörre, samoin kuin lentoradan muuttuessa. Tämä on tyypillistä virtaviivaisen kehon molemmille lohkoille. Pyörteitä muodostetaan vuorotellen molemmilla puolilla, koska ne häiritsevät toistensa muodostumista. Tämä merkitsee Karman-kappaleen luomista.
Erikoiskääreen rungossa on itsepuhdistuvat työpinnat pyörteiden ansiosta, ne ovat aina puhtaita myös erittäin saastuneissa ympäristöissä.
Virtauksen mitat ja nopeus ovat suoraan verrannollisia pyörteiden esiintymisen jaksoittaisuuteen, mikä vastaa nopeutta vakiokoossa ja tilavuusvirtauksen seurauksena. Jos vakaata pyörteen muodostumista tapahtuu pienillä virtausnopeuksilla, virtausmittari mittaa 20 l/min.
Suoraviivainen rakenne runko
Vortex-virtausmittari perustuu yleensä prismaattiseen elementtiinpuolisuunnikkaan, kolmion tai suorakaiteen muotoinen. Ensimmäisen vaihtoehdon suunnittelu menee kohti vesivirtausta. Pienen painehäviön vuoksi tällaiset elementit muodostavat värähtelyjä riittävän säännöllisesti ja vahvoina. Lisäksi erityinen käyttömukavuus huomioidaan lähtösignaalien muuntamisessa.
Vortex-virtausmittari voi joissain tapauksissa käyttää kahta virtaviivaista laitetta ulostulosignaalien lisäämiseen, jolloin ne sijaitsevat tietyllä etäisyydellä. Suorakaiteen muotoisten toisten prismojen sivuosissa on elastisten ohuiden kalvojen peitossa pietsosähköisiä elementtejä, joiden vuoksi ei ole mahdollista altistua akustisille häiriöille.
muunnostyypit
Vortex-muutosten lähtösignaalien muuntamiseen on useita tapoja. Yleisimpiä ovat virtausnopeudet virtaviivaisista elementeistä ja systemaattiset paineen muutokset. Anturielementti koostuu yhdestä tai kahdesta johdintyyppisestä kuumalanka-anemometristä. Käytetään ultraääni-, integroivaa, kapasitiivista ja induktiivista virtausanturia. Jotta pyörrevirtausmittari toimisi oikein, sen edessä on oltava vapaa, tasainen putkiosuus.
Käyttövaikeudet putkissa, joiden halkaisija on kasvanut, johtuvat seuraavista syistä:
- pyörteiden muodostumisen säännöllisyyden väheneminen;
- huono pyörteenpoistokyky;
- heilahtelujen kokonaismäärän lasku.
SuppiloPyörrevirtausmittarit: toimintaperiaate
Näissä laitteissa muuntimissa on mekanismi, joka varmistaa putkilinjan osan kautta sen laajennetulle puolelle tai pienten sylinterimäisten suuttimien kautta siirtyvän virtauksen vääntymisen. Putkeen muodostuu suppilon muotoinen muoto ja sen ympärillä liikkuva pyörreydin pyörii akselinsa ympäri. Yläosan virtauksella on paine, joka sykkii samanaikaisesti sydämen kulmasiirtymän kanssa, samalla kun se on yhtä suuri kuin tilavuusvirtaus tai lineaarinopeus. Johdelliset kuumalangalliset tuulimittarit tai sähkömekaaninen elementti muuntavat nopeuden tai pulsaatiotaajuuden mittauskanaville. Prosessi koostuu kahdesta vaiheesta: ensin muodostetaan tilavuusvirran siirto käynnissä olevan pyörreprecession taajuudelle, sitten taajuus muunnetaan signaaliksi.
Väihtelevä suihkuvirtausmittari
Suuttimen läpi kulkeva kaasu- tai nestevirtaus on diffuusorissa, jonka poikkileikkaus on suorakulmion muotoinen. Joissakin tapauksissa virtausta painetaan vuorotellen tietyllä hetkellä diffuusorin eri seiniin. Relaksaatiolaitteen suihkun sähköistävä ominaisuus vähentää painetta ohitusputken yläosassa, kun taas alaosassa se pysyy samana ja syntyy liike, joka siirtää suihkun diffuusorin alaosaan. Sen jälkeen vanneputkessa liikkeen luonne muuttuu, suihku värähtelee.
Hydraulisten paluumuuntimien diffuusorin alempaan elementtiin puristettu suihku poistuu vain osittain poistoputken kautta. Kierteessäylempi kanava ohjaa suihkun osuutta ja kulkiessaan ensimmäisen suuttimen läpi se siirtyy alempaan asentoon toisesta suuttimesta tulevassa virtauksessa. Sitten osa erotetaan ja siirtyy ohittavaan ylempään kanavaan, värähtelyprosessi tapahtuu alassiirron jälkeen, samalla kun paine muuttuu samanaikaisesti virtauksen molemmilla puolilla.
Tällainen muuntaja on järkevämpi. Sen ansiosta muodostuu tiukka värähtelykulku ja värähtelytaajuudella on suora vaikutus virtausnopeuteen.
Yokogawan pyörremittareita käytetään yleisimmin halkaisij altaan pienissä, enintään 90 mm:n putkissa. Joissakin tapauksissa tämän tyyppisiä laitteita käytetään osittaisten muuntimien korvikkeina.
Nykyään virtausmittareiden valmistuksen laatu kehittyy jatkuvasti ja uusia ominaisuuksia ilmaantuu huolimatta siitä, että tällaisten laitteiden käyttöikä on melko pitkä. Kehittäjät etsivät tehokkaampia suunnitteluratkaisuja ja luovat tehokkaampia teknologisia vaihtoehtoja.
