Pierwszy przepływomierz wirowy pojawił się już w latach siedemdziesiątych ubiegłego wieku na rynku amerykańskim i japońskim. W ciągu kolejnych lat urządzenia unowocześniały swoją technologię. Dziś to niewątpliwie powszechne i ekonomiczne rozwiązanie dla przemysłu. Dają one bowiem możliwość uzyskania znacznie więcej informacji niż tylko pomiar przepływu.
Czym jest przepływomierz wirowy?
Współczesny rynek przepływomierzy wirowych oferuje wiele urządzeń zróżnicowanych pod wieloma kątami. Wyróżniamy modele, które wykorzystują metodę piezoelektryczną, ultradźwiękowa, czyli są zróżnicowane pod względem sposobu detekcji ścieżki wirowej. Znaleźć możemy również przepływomierze zróżnicowane pod względem sposobu zabudowy przepływomierza (pomiaru uśrednionego profilu prędkości lub prędkości lokalnej). Ponadto producenci oferują urządzenia wyposażone w dodatkowe czujniki temperatury. Pozwalają one określić gęstość płynu, a docelowo strumień masy płynu.
Przepływomierze wirowe wykorzystują zjawisko powstawania wirów za przeszkodą umieszczoną w strumieniu przepływu. Dokładniej wyjaśniając, mierzą częstotliwość pulsacji ciśnienia w płynie wywołanych przez ścieżkę wirową. Ścieżka ta wytwarzana jest przez generator wirów umieszczony w strudze płynu. Struga natomiast rozdziela się, kiedy napotyka ciało. Warstwa przyściennej powoduje, że płyn w bezpośrednim sąsiedztwie ciała porusza się wolniej niż w warstwach zewnętrznych. Dzięki temu wiry, które powstają są nieregularne. Jeśli jednak opływany element ma niewielkie wymiary poprzeczne, odrywający się z jednej jego strony wir, stwarza dobre warunki do powstawania wiru po przeciwnej stronie opływanego ciała. W rezultacie wpływa to na zwiększenie stabilności i trwałości wytworzonej formacji wirowe.
Budowa przepływomierza wirowego
Przepływomierz wirowy składa się z następujących elementów: generator wirów, czujnik wykrywający wzbudzone wiry tworzący system detekcji i system elektronicznej analizy sygnału.
Główny element przepływomierza wirowego to bez wątpienia generator ścieżki wirowej von Karmana. To podłużny profil, zanurzony w medium, mocowany na stałe w gardzieli przepływomierza. Do generatora przymocowany jest czujnik pomiaru pulsacji ciśnienia. Kształt generatora powinien zapewnić stabilność i regularność wzbudzonych wirów w szerokim zakresie liczby Re (liniowość charakterystyki). Podobnie gwarantuje łatwość zainstalowania czujników, przetworników sygnału i sprawną pracę z systemem detekcji. System detekcji natomiast pracuje zawsze według jednej zasady: mierzy częstotliwość generowania wirów, a nie amplitudę zaburzeń.
O tym, dlaczego warto stosować przepływomierze wirowe
Niewątpliwie ogromną zaletą przepływomierzy wirowych jest możliwość pracy w dużym zakresie temperatury. Jej rozpiętość jest ogromna: od temperatury -200 °C, panującej w instalacjach kriogenicznych, do 400°C występującej przy przepływie pary przegrzanej. Natomiast ciśnienie dla przepływomierzy wirowych musi wynosić maksymalnie 100 bar. Istotny jest również zakres pomiarowy dla cieczy, zawiera się w granicach od 0,5 m/s do 9 m/s, dla gazów od 2 m/s do 80 m/s. Natomiast dokładność przepływomierzy wirowych wynosi dla cieczy: 0,7%-1%, natomiast dla gazów: 1%-1,5%. To bezsprzecznie największa zaleta.
Dzięki swoim parametrom przepływomierze wirowe znajdują zastosowanie w wielu gałęziach przemysłu. Dlatego też mogą służyć do pomiaru strumienia powietrza, gazu ziemnego, innych gazów i ich mieszanin, wody zasilającej kocioł, pary nasyconej i przegrzanej. Doskonale sprawdzają się w sieciach ciepłowniczych oraz instalacjach wykorzystujących parę wodną do celów technologicznych. Ze względu na swoje właściwości przepływomierze są przeznaczone do pomiaru płynów czystych, jednofazowych.
Przepływomierze wirowy firmy Vortek
A jak to wygląda w praktyce? Przejrzyjmy się zatem bliżej konkretnemu modelowi przepływomierzy wirowych. Przepływomierze wieloparametrowe Pro-V™, firmy VorTek Instruments wykorzystują jednocześnie trzy pierwotne elementy czujnikowe – czujnik prędkości, czujnik temperatury RTD i półprzewodnikowy przetwornik ciśnienia. W związku z tym umożliwiają pomiar masowego natężenia przepływu gazów, cieczy i pary przy wykonaniu tylko jednego otworu w rurociągu.
Model m23 wykorzystywany jest do pomiaru pary wodnej, cieczy i gazów z opcją pomiaru energii w wersji insert dla rurociągów o średnicach 50 mm i większych. Posiada mocną, spawaną konstrukcję bez ruchomych części. M23 montuje się łatwo, na przyłączu kołnierzowym lub z gwintem NPT.
Reasumując – dzięki temu, że wieloparametrowy przepływomierz wirowy umożliwia pomiar istotnych parametrów technologicznych w jednym urządzeniu, upraszcza to konstrukcję układu pomiarowego i zmniejsza koszty montażu. To seria przepływomierzy z szeroką gamą opcji i możliwości konfiguracji do zróżnicowanych warunków aplikacyjnych.
