Przepływomierz wirowy czy przepływomierz turbinowy?

(I) Przepływomierz Vortex: Inżynierskie zastosowanie efektu ulicy Karmana Vortex

Przepływomierz wirowy działa w oparciu o-dobrze znany efekt ulicy wirowej Karmana. Kiedy płyn przepływa przez obiekt o nie-opływowym kształcie, np. generator wirów, generowane są na przemian dwa rzędy regularnie rozmieszczonych wirów po obu stronach poniżej. Wiry te, przypominające starannie ułożone rzędy, nazywane są ulicą wirową Karmana. Częstotliwość generowania wirów jest ściśle związana z prędkością płynu. Dokładny pomiar częstotliwości wirów umożliwia sprytne obliczenie prędkości płynu, a tym samym określenie natężenia przepływu.

Wyobraź sobie na przykład, że stoisz nad rzeką i widzisz wodę przepływającą po kamieniach, tworzącą za nimi małe, wirujące wiry. Jeśli potrafimy policzyć prędkości tych wirów, możemy z grubsza oszacować natężenie przepływu wody. Przepływomierz wirowy wykorzystuje tę zasadę, ale jest bardziej precyzyjny i naukowy. Wykorzystuje czujniki do wykrywania najdrobniejszych zmian ciśnienia lub wibracji spowodowanych wytwarzaniem wirów i przekształca je na sygnały elektryczne. Po przetworzeniu sygnału i obliczeniu można dokładnie wyświetlić natężenie przepływu płynu.

(II) Przepływomierz turbinowy: Pomiar prędkości obrotowej energii kinetycznej płynu

Przepływomierz turbinowy opiera się na sile płynu napędzającego obrót turbiny. Kiedy płyn dostaje się do przepływomierza, najpierw przechodzi przez łopatkę kierującą, która pełni funkcję funkcjonariusza ruchu drogowego, organizując płyn tak, aby uderzał w turbinę ze stabilnym natężeniem i kierunkiem przepływu. Pod wpływem płynu turbina zaczyna szybko się obracać, a jej prędkość obrotowa jest wprost proporcjonalna do natężenia przepływu płynu. Przypomina to używanie wentylatora do napędzania wiatraka; im silniejszy wiatr, tym szybciej wiatrak się kręci.

Aby dokładnie zmierzyć prędkość obrotową turbiny, przepływomierz turbinowy wykorzystuje czujnik magnetoelektryczny. Na obracającej się części turbiny zamontowany jest przewodnik magnetyczny. Gdy turbina się obraca, obraca się również przewodnik magnetyczny, okresowo zmieniając opór magnetyczny obwodu magnetycznego. Zgodnie z zasadą indukcji elektromagnetycznej, ta zmiana oporu magnetycznego indukuje odpowiednie sygnały impulsów elektrycznych w cewce. Zbierając, analizując i przetwarzając częstotliwość tych sygnałów impulsów elektrycznych, można obliczyć i wyświetlić odpowiednie natężenie przepływu płynu.

Po zrozumieniu ich zasady działania porównamy teraz charakterystykę działania przepływomierzy wirowych i przepływomierzy turbinowych, co pomoże nam dokonać bardziej odpowiedniego wyboru w praktycznych zastosowaniach.

(I) Dokładność

Pod względem dokładności przepływomierze turbinowe wyróżniają się, mogąc poszczycić się wyjątkowo wysoką precyzją pomiaru przy zakresie błędu zwykle kontrolowanym w granicach ±0,5% - ±1%. Przypomina to użycie-precyzyjnej wagi do ważenia, która zapewnia niezwykle dokładne wartości. Ta wysoka precyzja sprawia, że ​​przepływomierze turbinowe są preferowanym wyborem w zastosowaniach wymagających wyjątkowo dużej dokładności przepływu, takich jak rozliczenia handlowe i produkcja chemikaliów wysokowartościowych. W handlu ropą zarówno kupujący, jak i sprzedający potrzebują precyzyjnych pomiarów natężenia przepływu ropy; wysoka precyzja przepływomierzy turbinowych zapewnia uczciwe i bezstronne transakcje, zapobiegając sporom gospodarczym wynikającym z błędów pomiarowych.

Przepływomierze wirowe również zapewniają dobrą dokładność, zazwyczaj z zakresem błędu ±1% - ±2%. Chociaż ten poziom dokładności jest nieco mniej precyzyjny niż przepływomierze turbinowe, jest wystarczający w większości zastosowań przemysłowych. W przemysłowych procesach produkcyjnych, w których wymagania dotyczące precyzji nie są szczególnie rygorystyczne, przepływomierze wirowe, dzięki swoim nieodłącznym właściwościom, mogą również odegrać kluczową rolę, dostarczając wiarygodnych danych o przepływie w procesie produkcyjnym.

(II) Obowiązujące media

Przepływomierze Vortex to urządzenia-uniwersalne, które można w dużym stopniu dostosować do różnych typów mediów. Niezależnie od tego, czy są to ciecze, gazy czy para, poradzą sobie z nimi z łatwością. W produkcji chemicznej często konieczne jest mierzenie natężenia przepływu płynów o różnych właściwościach. Przepływomierze Vortex mogą działać stabilnie i dokładnie w tak złożonych środowiskach mediów. Ponadto nie są bardzo wrażliwe na zmiany gęstości i lepkości płynu; nawet jeśli te właściwości medium ulegną zmianie, przepływomierz wirowy może nadal zachować wysoką dokładność pomiaru.

Z drugiej strony przepływomierze turbinowe przypominają raczej „czystych maniaków”. Są bardziej odpowiednie do pomiaru czystych cieczy o-lepkości, takich jak woda i lekkie oleje. Dzieje się tak dlatego, że przepływomierze turbinowe mają wewnątrz obracające się części. Jeśli płyn zawiera zawieszone cząstki, pianę lub inne zanieczyszczenia, może łatwo spowodować uszkodzenie lub zakleszczenie wirnika turbiny, poważnie wpływając na dokładność pomiaru, a nawet powodując nieprawidłowe działanie przepływomierza. W przemyśle spożywczym i napojów, gdzie konieczny jest pomiar natężenia przepływu czystych, ciekłych surowców, przepływomierze turbinowe mogą doskonale działać ze względu na ich wysoką dokładność i dobrą zdolność przystosowania się do czystych cieczy. Jeśli jednak konieczne jest zmierzenie natężenia przepływu ścieków zawierających zanieczyszczenia, przepływomierze turbinowe nie są odpowiednie; w tym przypadku lepszym wyborem może być przepływomierz wirowy.

(III) Koszt i konserwacja

Z punktu widzenia kosztów przepływomierze wirowe charakteryzują się stosunkowo niską inwestycją początkową, co jest atrakcyjne dla firm o ograniczonych budżetach. Co więcej, koszty ich konserwacji są również niskie, a roczne wydatki na konserwację wynoszą około 1% wartości oryginalnego wyposażenia. Wynika to głównie z braku ruchomych części mechanicznych, prostej i solidnej konstrukcji oraz małej podatności na awarie podczas pracy, co skutkuje mniejszym nakładem pracy i częstotliwością konserwacji. W przypadku długoterminowych-projektów przemysłowych niskie koszty konserwacji przepływomierzy wirowych mogą pozwolić firmom zaoszczędzić znaczne środki.

Przepływomierze turbinowe wymagają stosunkowo większej inwestycji początkowej ze względu na wyższe procesy produkcyjne i wymagania dotyczące precyzji. Nie należy jednak lekceważyć kosztów ich utrzymania. Ze względu na obracające się wewnątrz części, aby zapewnić dokładność pomiaru i normalne działanie, konieczna jest regularna kalibracja i smarowanie. Roczny koszt konserwacji przepływomierza turbinowego może osiągnąć 3–5% wartości oryginalnego wyposażenia. Podczas użytkowania należy regularnie sprawdzać obroty turbiny, aby zapobiec zakleszczeniu turbiny spowodowanej zanieczyszczeniami cieczy lub korozją. W przypadku stwierdzenia zużycia turbiny należy niezwłocznie wymienić części. Te zadania konserwacyjne wymagają pewnych inwestycji siły roboczej i zasobów.

W zastosowaniach praktycznych właściwa instalacja i użytkowanie mają kluczowe znaczenie dla wydajności przepływomierzy. Poniżej znajdują się uwagi dotyczące instalacji i użytkowania przepływomierzy wirowych i przepływomierzy turbinowych.

(I) Punkty instalacji

Przepływomierze wirowe mają stosunkowo łagodne wymagania dotyczące warunków instalacji, co jest jednym z powodów ich popularności w obszarach przemysłowych. Ogólnie rzecz biorąc, mają one niższe wymagania dotyczące prostych odcinków rur przed i za; długość prostego odcinka rury po stronie dopływowej zwykle musi wynosić tylko 10-krotność średnicy rury (10D), a długość prostego odcinka rury za rurą musi wynosić tylko 5-krotność średnicy rury (5D). Pozwala to na łatwą instalację nawet w sytuacjach o ograniczonej przestrzeni i skomplikowanych układach rur. Ponadto przepływomierze wirowe są elastyczne w kierunku montażu i można je instalować poziomo lub pionowo. Podczas instalacji poziomej należy zwrócić uwagę na położenie czujnika i starać się unikać instalowania go w najniższym punkcie rury, aby zapobiec wpływowi pęcherzyków powietrza lub zanieczyszczeń na pomiar; przy montażu pionowym płyn powinien przepływać od dołu do góry, aby uniknąć gromadzenia się gazu wewnątrz czujnika i zapewnić dokładność pomiaru.

Natomiast przepływomierze turbinowe mają bardziej rygorystyczne wymagania dotyczące warunków instalacji. Wymaga ścisłej gwarancji, że prosty odcinek rury będzie 20 razy większy od średnicy rury (20D) przed rurociągiem i prosty odcinek rury o długości 5 razy większej niż średnica rury (5D) za nim. Dzieje się tak, ponieważ dokładność pomiaru przepływomierza turbinowego w dużym stopniu zależy od stabilności reżimu przepływu płynu. Tylko wystarczająco długi, prosty odcinek rury może zapewnić, że płyn utrzyma stabilną prędkość i kierunek przepływu po wejściu do przepływomierza, unikając nierównomiernych sił generowanych przez niestabilne reżimy przepływu, takie jak wiry i turbulencje na łopatkach turbiny, zapewniając w ten sposób dokładność wyników pomiarów. Jeśli prosty odcinek rury przed przepływem jest niewystarczający, ciecz może przepływać nieregularnie po wejściu do przepływomierza, co prowadzi do zwiększonych błędów pomiaru. Podczas instalowania przepływomierza turbinowego należy zwrócić szczególną uwagę na kierunek przepływu płynu; należy zwrócić uwagę, aby kierunek przepływu cieczy był zgodny z kierunkiem wskazanym strzałką na obudowie czujnika. Jeżeli kierunek montażu będzie nieprawidłowy, turbina nie będzie się obracać prawidłowo, co uniemożliwi dokładny pomiar przepływu, a nawet może spowodować uszkodzenie przepływomierza.

(II) Środki ostrożności dotyczące użytkowania

Podczas korzystania z przepływomierza wirowego należy zachować szczególną ostrożność, aby uniknąć zakłóceń zewnętrznych. Ponieważ przepływomierz wirowy mierzy przepływ poprzez wykrywanie sygnałów generowanych przez wiry, sygnały te są stosunkowo słabe i łatwo na nie wpływają zewnętrzne pola elektromagnetyczne, wibracje i inne czynniki. Dlatego podczas montażu przepływomierze wirowe należy trzymać z dala od źródeł silnych zakłóceń elektromagnetycznych, takich jak duże silniki i transformatory. Jednocześnie należy upewnić się, że przepływomierz ma odpowiednie uziemienie, aby zmniejszyć wpływ zakłóceń elektromagnetycznych na sygnał. Jeśli przepływomierz wirowy jest zainstalowany w środowisku o silnych wibracjach, konieczne są skuteczne środki tłumiące drgania, takie jak zastosowanie podkładek tłumiących drgania i elastycznych złączy, aby zapobiec przenoszeniu wibracji na przepływomierz i wpływaniu na dokładność pomiaru.

W przypadku przepływomierzy turbinowych istotne jest unikanie silnych wibracji i uderzeń podczas użytkowania. Ponieważ turbina wewnątrz przepływomierza jest precyzyjnym elementem obrotowym, silne wibracje lub uderzenia mogą spowodować odkształcenie lub uszkodzenie wirnika turbiny lub przyspieszyć zużycie łożysk, wpływając w ten sposób na dokładność pomiaru przepływomierza i żywotność. Podczas codziennej pracy należy unikać uruchamiania lub zatrzymywania dużych urządzeń w pobliżu przepływomierza, ponieważ może to spowodować wibracje rurociągu. Ponadto podczas konserwacji lub naprawy systemu rurociągów należy chronić przepływomierz turbinowy przed przypadkowymi uderzeniami. Ponadto, ponieważ na dokładność pomiaru przepływomierzy turbinowych wpływają zmiany temperatury i ciśnienia płynu, należy uważnie monitorować temperaturę i ciśnienie płynu podczas użytkowania, aby upewnić się, że mieszczą się one w zakresie roboczym przepływomierza. Jeżeli wahania temperatury i ciśnienia są znaczne, w celu zapewnienia dokładności może być konieczna kompensacja i korekta wyników pomiarów.

W przemyśle petrochemicznym przepływomierze wirowe są szeroko stosowane do pomiaru pary i mediów korozyjnych. Przepływomierze turbinowe są częściej stosowane w handlu ropą rafinowaną i zastosowaniach przesyłowych ze względu na ich wysoką precyzję.

W miejskich systemach ciepłowniczych przepływomierze wirowe są preferowanym wyborem do pomiaru ciepłej wody, ponieważ ich-wysoka odporność na temperaturę i niskie straty ciśnienia doskonale odpowiadają wymaganiom systemu.

W przemyśle spożywczym i farmaceutycznym, gdzie wymagania higieniczne są niezwykle wysokie, bardziej odpowiednie-przepływomierze turbinowe ze stali nierdzewnej są bardziej odpowiednie, ponieważ ich gładkie ścianki wewnętrzne są mniej podatne na rozwój bakterii.

Przepływomierze wirowe są często wybierane do-monitorowania rurociągów na duże odległości, ponieważ prawie nie zwiększają strat ciśnienia w systemie, co jest kluczowe dla zmniejszenia zużycia energii podczas pompowania.

Zasada pierwszeństwa mediów:

Przepływomierze wirowe są preferowane w przypadku scenariuszy obejmujących zanieczyszczenia, media korozyjne lub przepływ wielofazowy; Przepływomierze turbinowe są wybierane do czystych-płynów o niskiej lepkości, wymagających-wysokiej precyzji pomiaru.

Zasada dopasowania dokładności:

W scenariuszach takich jak rozliczanie transakcji i precyzyjna kontrola przepływomierze turbinowe wymagają dokładności ±0,5%; Przepływomierze wirowe mogą być stosowane do rutynowej kontroli procesów przemysłowych.

Zasada adaptacji konserwacji:

Przepływomierze wirowe są wybierane do odległych obszarów, w których nie ma warunków konserwacyjnych ani nie wymagają długoterminowych-projektów eksploatacyjnych; Przepływomierze turbinowe wybierane są do scenariuszy wymagających regularnej konserwacji i rygorystycznych wymagań dotyczących dokładności.