ООО "РосСнаб"

Вихревые расходомеры с обтекаемым телом

Поток, огибая тело, меняет направление движения обтекающих струй и увеличивает их скорость, при этом уменьшается давление.

Далее за миделевым сечением тела происходит уменьшение скорости и увеличение давления. Одновременно на передней стороне тела образуется повышенное давление, а на задней стороне тела— пониженное давление. Пограничный слой, пройдя миделево сечение тела, отрывается от него и под воздействием пониженного давления, которое образуется за телом, меняет направление движения, создавая вихрь. Это происходит и в верхних, и в нижних частях обтекаемого тела. Образование вихрей с обоих сторон происходит поочередно.
У некоторых вихревых расходомеров для увеличения выходного сигнала применяют два обтекаемых тела, расположенных на определенном расстоянии друг от друга. У ряда приборов тела обтекания — прямоугольные призмы. На боковых гранях второй призмы по потоку устанавливаются защищенные плоскими гибкими мембранами пьезоэлементы, что исключает влияние шумовых помех.
В таких расходомерах используется несколько вариантов преобразования вихревых колебаний потока в выходной сигнал. В основном используются периодические колебания давления или скорости струй с двух сторон обтекаемого тела. Один или два полупроводниковых термоанемометра являются чувствительным элементом преобразователя. В вихревых расходомерах различных фирм применяют следующие типы преобразователей расхода: индуктивный, емкостной, струнный, интегрирующий, ультразвуковой и т.д.
Вихревые расходомеры с телом обтекания треугольного, трапецеидального и квадратного типов предназначены для труб диаметром от 50 до 300 мм, погрешность измерения составляет ±0,5-2 %.
Использование вихревых расходомеров для труб большого диаметра (300-350 мм) затруднено вследствие совпадения частоты свободных колебаний тела с частотой срыва вихрей, низкой эффективности вихреобразования при малых значениях относительного диаметра обтекаемого тела (B/D < 0,2+0,3) и неприемлемости больших его значений (В/D > 0,3) из-за громоздкости и уменьшения частоты вихреобразования, которая обратно пропорциональна значению В.

К достоинствам вихревых расходомеров следует отнести:

• Простоту и надежность преобразователя расхода;
• Отсутствие подвижных частей;
• Большой диапазон измерений;
• Линейный измерительный сигнал;
• Достаточно высокую точность измерения;
• Стабильность показаний;
• Независимость показаний от давления и температуры;
• Сравнительная несложность измерительной схемы;
• Возможность получения универсальной градуировки.

Недостатки вихревых расходомеров

• Невозможно использовать при малых скоростях потока (трудно измерять сигналы с маленькой частотой колебаний);
• Значительная потеря давления (может достигнуть 30-50 кПа);
• Изготавливают для труб имеющих диаметр от 25 до 150-300 мм (применение в трубах большего диаметра затруднительно, а в трубах меньшего диаметра – вихреобразование нерегулярно);
• Работу вихревых расходомеров могут нарушать акустические и вибрационные пульсации (такие помехи создаются различными источниками: насосами, компрессорами, вибрирующими трубами и т. д.).

Вихревые расходомеры с прецессией воронкообразного вихря

Преобразователи этих расходомеров имеют приспособление, закручивающее поток, направляемый затем через короткие цилиндрические насадки или участок трубы в ее расширенную часть. В трубе вращающийся поток принимает воронкообразную форму, а его ось, вокруг которой вращается ядро вихря, сама вращается вокруг оси трубопровода. При этом давление на внешней поверхности вихревого потока пульсирует синхронно с угловой скоростью вращения ядра вихря, пропорциональной линейной скорости потока или объемному расходу. Для преобразования частоты пульсаций давления или скорости в измерительный сигнал применяются пьезоэлементы или полупроводниковые термоанемометры. Преобразователь состоит из двух ступеней — в 1-й происходит преобразование объемного расхода потока в частоту прецессии воронкообразного вихря, а во 2-й — преобразование этой частоты в измерительный сигнал.
Две возможные принципиальные схемы первой ступени преобразователей таких расходомеров, отличающиеся лишь способом закручивания потока.

Вихревые расходомеры с осциллирующей струей

В них поток жидкости или газа проходит через сопло и попадает в диффузор прямоугольного сечения. Вследствие случайных причин поток в каждый момент в большей степени прижимается к той или другой стенке диффузора и благодаря эжектирующему действию струи в преобразователе релаксационного типа давление в нижней части обводной трубки станет меньше давления в верхней ее части и по трубке возникнет движение, которое перебросит струю к верхней стенке диффузора. Далее направление движения в обводной трубке изменится и струя будет осциллировать. В преобразователе с обратной гидравлической связью струя, прижатая к нижней стенке диффузора, не вся удаляется через выходной патрубок. Часть ее ответвляется в нижний обводной канал и, выходя через сопло, перебрасывает струю, выходящую из сопла, в верхнее положение. После этого произойдет ответвление части струи в верхний обводной канал, струя будет переброшена вниз и наступит процесс ее колебаний, сопровождающийся синхронными колебаниями давлений с обеих сторон струи.
Расходомеры с осциллирующей струей возможно использовать трубах диаметра от 12 до 100 мм.