Thread Content
1. Принцип работы: в жидкости установлен генератор вихрей (обтекаемое тело), и регулярные вихри поочередно генерируются с обеих сторон генератора вихрей. Этот вихрь называется вихревой улицей Кармана, как показано на рисунке 1. Вихревые ряды расположены асимметрично после генератора вихрей. Примем, что частота возникновения вихрей f, средняя скорость потока измеряемой среды U, фронтальная ширина вихревого генератора d, диаметр поверхности D. Согласно принципу вихревой дорожки Кармана имеет место следующая зависимость: f=SrU1/d=SrU/md (1) В формуле U1 - средняя скорость потока по обе стороны от вихревого генератора, м/с ； Sr--число Штраухаля ； m--Отношение площади дуги с обеих сторон вихревого генератора к площади поперечного сечения трубы Рисунок 1. Объемный расход qv в вихревой трубе Кармана равен qv=πD2U/4=πD2mdf/4Sr (2)K=f/qv=-1 (3) В формуле К - приборный коэффициент расходомера, число имп/м3 (П/м3). Помимо того, что K связан с геометрическими размерами вихревого генератора и трубы, K также связан с числом Струхаля. Число Струхаля — безразмерный параметр, связанный с формой генератора вихря и числом Рейнольдса. На рис. 2 показана зависимость числа Струхаля цилиндрического вихревого генератора от числа Рейнольдса трубы. Из рисунка видно, что в диапазоне ReD=2×104~7×106 Sr можно рассматривать как константу, что является нормальным рабочим диапазоном прибора. При измерении расхода газа формула расчета расхода VSF представлена на рисунке 2. Соотношение между числом Струхаля и числом Рейнольдса. В формуле qVn, qV -- объемный расход при стандартных условиях (0°С или 20°С, 101,325 кПа) и рабочих условиях соответственно, м3/ч. ； Pn, P - абсолютное давление при нормальных и рабочих условиях соответственно, Па ； Тн, Т — термодинамические температуры при нормальных и рабочих условиях соответственно, К ； Zn, Z — коэффициенты сжатия газа при нормальных и рабочих условиях соответственно. Из приведенной выше формулы видно, что на выходной частотно-импульсный сигнал ВСФ не влияют изменения физических свойств и компонентов жидкости, то есть приборный коэффициент связан только с формой и размером вихревого генератора и трубы в определенном диапазоне чисел Рейнольдса. Однако, как расходомер, необходимо определять массовый расход при измерении материального баланса и энергии. В это время выходной сигнал расходомера должен одновременно контролировать объемный расход и плотность жидкости. Физические свойства и компоненты жидкости по-прежнему оказывают непосредственное влияние на измерение расхода. 2. Структура VSF состоит из двух частей: датчика и преобразователя, как показано на рисунке 3. Датчики включают в себя вихревые генераторы (обтекаемые тела), компоненты обнаружения, измерительные приборы и т. д. ； Преобразователь включает в себя предусилитель, схему формирования фильтра, схему цифро-аналогового преобразования, схему выходного интерфейса, клеммы, кронштейны и защитные крышки и т. д. В последние годы в преобразователе интеллектуальных расходомеров также устанавливаются микропроцессоры, средства связи дисплея и другие функциональные модули. Рисунок 3 Вихревой расходомер (1) Генератор вихрей Генератор вихрей является основным компонентом детектора. Он тесно связан с характеристиками расхода (коэффициент прибора, линейность, диапазон и т. д.) и характеристиками сопротивления (потеря давления) прибора. Требования к нему следующие. 1) Возможность управления вихрем для его синхронного отделения в направлении оси генератора вихрей. ； 2) В широком диапазоне чисел Рейнольдса существует устойчивая точка отрыва вихря и сохраняется постоянное число Струхаля. ； 3) Он может создавать сильные вихри, а сигнал имеет высокое соотношение сигнал/шум. ； 4) Простая форма и конструкция, удобные для обработки и стандартизации геометрических параметров, а также установки и комбинирования различных компонентов обнаружения. ； 5) Материал должен отвечать требованиям свойств жидкости, противостоять коррозии, истиранию и изменениям температуры. ； 6) Собственная частота находится вне полосы частот вихревого сигнала. Были разработаны генераторы вихрей различной формы, которые можно разделить на генераторы одиночных вихрей и генераторы многовихрей, как показано на рисунке 4. Основные формы одного генератора вихрей включают цилиндр, прямоугольную колонну и треугольную призму, а все остальные формы являются деформациями этих основных форм. Треугольный цилиндрический вихревой генератор является наиболее широко используемым, как показано на рисунке 5. D на рисунке – диаметр инструмента. Для повышения прочности и устойчивости вихря можно использовать многовихревой генератор, но его применение не является распространенным. д/Д=0,2～0,3; с/Д=0,1～0,2; б/д=1～1,5; θ=15o～65o ⑵ Датчик расхода имеет 5 способов обнаружения вихревых сигналов. 1) Используйте детекторный элемент, установленный в вихревом генераторе, для непосредственного определения перепада давления на обеих сторонах генератора. ； 2) На вихревом генераторе предусмотрено отверстие для измерения давления, а в отверстии для регулирования давления установлен детектор для определения перепада давления на обеих сторонах генератора. ； 3) Обнаружить переменную циркуляцию вокруг генератора вихрей. ； 4) Обнаружение переменного перепада давления на задней стороне генератора вихрей. ； 5) Обнаружение массива вихрей в следе. Согласно этим пяти методам обнаружения, различные типы ВСФ могут быть сформированы с использованием различных технологий обнаружения (тепловых, ультразвуковых, стресс-деформационных, емкостных, электромагнитных, фотоэлектрических, оптоволоконных и т. д.), как показано в таблице 1. Таблица 1. Список генераторов вихрей и методов обнаружения. Элемент обнаружения преобразует вихревой сигнал в электрический сигнал. Этот сигнал слабый и содержит шум с различными компонентами. Его необходимо усилить, отфильтровать, сформировать и т. д. для получения импульсного сигнала, пропорционального скорости потока. ⑶ Преобразователи разных методов обнаружения должны быть оснащены предусилителями с разными характеристиками, как указано в таблице 2. ⑷ Корпус прибора Корпус прибора можно разделить на зажимной и фланцевый, как показано на рисунке 7. Рисунок 7 Корпус прибора 3. Меры предосторожности при установке VSF — это расходомер, чувствительный к искажению распределения скорости потока в трубопроводе, вращению потока и пульсации потока. Поэтому следует уделить все внимание условиям монтажа трубопровода на объекте и соблюдать требования инструкции производителя. VSF можно устанавливать внутри или снаружи помещения. При установке в подземном колодце существует вероятность затопления, поэтому следует использовать датчик слюнной воды. Датчик можно устанавливать горизонтально, вертикально или под наклоном на трубопроводе, но во избежание помех от пузырьков и капель при измерении жидкостей и газов следует обратить внимание на положение установки, как показано на рисунке 16. Рисунок 16 Установка смешивающейся жидкости (а) Установка расходомера газа, измеряющего расходомер газа, содержащего жидкость ； (b) При установке прибора VSF для измерения расхода газосодержащей жидкости прямые участки трубы перед и после него должны иметь необходимую длину, как показано на рисунке 17. Имеются различия в данных в различных материалах. Причина может заключаться в том, что генератор вихрей еще не стандартизирован, а влияние различий в форме и размерах еще предстоит проверить. ； Экспериментальные исследования необходимой длины прямых труб различных типов частей гидравлического сопротивления недостаточны, то есть еще не доработаны. По сравнению с дросселирующим расходомером дифференциального давления, эта работа все еще находится на начальной стадии. Рисунок 17 Требования к вихревому расходомеру для длины прямых участков трубы до и после (a) колено 90° ； (б) Концентрическое расширение ； (c) Концентрически сжатый полностью открытый клапан ； (d) Два колена по 90° в разных плоскостях. ； (e) Регулирующий клапан полуоткрытого клапана ； (f) Соединение между двумя коленчатыми датчиками 90° и трубами в одной плоскости показано на рисунке 18. При подключении к трубам обратите внимание на следующие моменты. Рисунок 18 Соединение между датчиком и трубопроводом 1) Внутренний диаметр D входного и выходного трубопровода такой же, как внутренний диаметр D` датчика, а разница удовлетворяет следующим условиям.: 0,95Д<Д`<1,1Д. 2) Трубопровод должен быть концентричен датчику, а соосность должна быть менее 0,05D`. 3) Уплотнительная прокладка не может выступать в трубу, а ее внутренний диаметр может быть на 1–2 мм больше внутреннего диаметра датчика. 4) Если необходимо перекрыть поток для проверки и очистки датчика, следует установить обводную трубу, как показано на рисунке 19. Рисунок 19 Принципиальная схема обводного трубопровода 5) Снижению воздействия вибрации на VSF следует уделять внимание как важной проблеме при установке VSF на объекте. Прежде всего, постарайтесь избегать источников вибрации при выборе места установки датчика. Во-вторых, использование эластичных шланговых соединений можно рассмотреть при небольших диаметрах. В-третьих, установка опор для труб является эффективным методом снижения вибрации. Один из методов поддержки труб показан на рисунке 20. Рис. 20. Примеры поддержки конвейера установки. Полная установка, включая передние и задние прямые секции труб, регуляторы расхода и т. д., является мерой, обеспечивающей высокую точность измерений. В частности, данные сборки выполняются на заводе-изготовителе, чтобы гарантировать качество установки. На рис. 21 показан пример установки. Рисунок 21. Монтаж труб для высокоточных измерений. При электромонтаже следует учитывать, что для соединения датчика и преобразователя используются экранированные кабели или кабели с низким уровнем шума, а расстояние не должно превышать указанное в руководстве по эксплуатации. При электромонтаже держитесь подальше от линий электропередач большой мощности и старайтесь защитить их отдельными металлическими гильзами. Следует соблюдать принцип «одного точечного заземления», а сопротивление заземления должно быть менее 10 Ом. Как интегральный, так и отдельный тип должны быть заземлены на стороне датчика, а точка заземления корпуса преобразователя должна иметь «то же заземление», что и датчик. 4. Неисправные явления и решения