Скидка на подшипники из наличия!
Новое поступление товара в 2026 году!
Вихревой расходомер — прибор, измеряющий объёмный расход жидкости, газа или пара по частоте срыва вихрей с тела обтекания, помещённого поперёк потока в измерительном участке трубопровода. Работа основана на эффекте Кармана: за плохо обтекаемым телом в турбулентном потоке формируется упорядоченная вихревая дорожка, причём частота срыва вихрей в широком диапазоне чисел Рейнольдса прямо пропорциональна средней скорости потока. Поскольку плотность, вязкость и электропроводность среды на частоту вихреобразования влияют слабо, один и тот же прибор пригоден для измерения насыщенного и перегретого пара, технологических газов и неагрессивных жидкостей. Так работает вихревой расходомер — без подвижных деталей в потоке, что обусловило его массовое применение в учёте пара, сжатого воздуха и технологических газов с конца 1980-х годов.
При обтекании плохо обтекаемого тела потоком жидкости или газа за ним образуется след с двумя рядами вихрей, поочерёдно срывающихся с противоположных сторон тела. Эту структуру теоретически описал Теодор фон Карман в 1911–1912 годах в работах в «Göttinger Nachrichten»; в литературе она называется вихревой дорожкой фон Кармана. Стабильная регулярная дорожка существует только в определённом диапазоне чисел Рейнольдса; именно в этом диапазоне частота срыва вихрей строго пропорциональна скорости потока, и вихревой расходомер измеряет расход с нормированной точностью.
Чем выше скорость потока, тем чаще срываются вихри с тела обтекания. Подсчитав частоту, прибор пересчитывает её в объёмный расход — по простой линейной зависимости через число Струхаля.
Связь между частотой срыва вихрей и скоростью набегающего потока описывается безразмерным числом Струхаля. Его ввёл Винценц Струхаль ещё в 1878 году; в основе — отношение характерной частоты к произведению характерной скорости и характерного размера.
Число Струхаля: St = f · d / v
St = f · d / v
где f — частота срыва вихрей, Гц; d — ширина тела обтекания, м; v — средняя скорость потока в сечении трубопровода, м/с.
f
d
v
Объёмный расход: Q = v · A = (f · d · A) / St, где A — площадь поперечного сечения трубопровода, м².
Q = v · A = (f · d · A) / St
A
В реальных приборах изготовитель выражает связь через K-фактор (число импульсов на единицу объёма), который индивидуально определяется при поверке расходомера: Q = f / K.
Q = f / K
В рабочем диапазоне расходомера число Струхаля постоянно — именно поэтому шкала прибора линейна и не зависит от плотности и вязкости среды. На границах диапазона (при низких числах Рейнольдса) St меняется, и шкала перестаёт быть строго линейной — это нижняя граница рабочего диапазона. Конкретные значения числа Струхаля для конкретной формы тела обтекания определяются изготовителем экспериментально и нормируются в технической документации.
Типовой вихревой расходомер представляет собой проточный участок измерительного трубопровода фиксированного диаметра с расчётной длиной прямых участков до и после, в котором последовательно размещены:
Форма поперечного сечения тела обтекания определяет, насколько постоянным остаётся число Струхаля в широком диапазоне чисел Рейнольдса, а значит — насколько широк линейный рабочий диапазон расходомера и устойчиво ли вихреобразование. На практике распространены несколько базовых форм:
Материал тела обтекания подбирается под среду и температуру: типичные — нержавеющие стали аустенитного класса, при работе с парогазовыми смесями высокой температуры — жаропрочные сплавы. Корпус самого расходомера выполняется из углеродистой или нержавеющей стали; для агрессивных сред применяются специальные сплавы.
Вихревые пары, срывающиеся попеременно с боковых сторон тела обтекания, создают за ним пульсации скорости и давления; именно их регистрирует чувствительный элемент. Тип датчика выбирается под среду, температуру и допустимый уровень помех от вибрации трубопровода.
Современные «интеллектуальные» преобразователи дополнительно реализуют адаптивную цифровую фильтрацию для подавления шумов вибрации трубопровода, самодиагностику, температурную компенсацию K-фактора и коррекцию при работе вблизи нижней границы рабочего диапазона.
Поскольку частота вихреобразования слабо зависит от плотности, вязкости и электропроводности среды, вихревой расходомер пригоден для широкого набора сред — при условии устойчивого вихреобразования (число Рейнольдса в трубопроводе должно превышать нижнюю границу рабочего диапазона).
Вихревой расходомер не применим для сред с высокой вязкостью (там не возникает устойчивого срыва вихрей), для двухфазных потоков с непостоянной фазой, для пульсирующих потоков с большой амплитудой пульсаций сравнимой с шагом срыва вихрей, а также для измерения очень малых расходов в крупных трубопроводах (нижний предел определяется минимальным Re).
Линейный рабочий диапазон вихревого расходомера определяется снизу — числом Рейнольдса, ниже которого вихреобразование становится нерегулярным или прекращается, и сверху — условиями устойчивости срыва вихрей и допустимыми скоростями в трубопроводе. Конкретные границы зависят от диаметра, формы тела обтекания и среды; нижний предел для большинства промышленных приборов начинается в области нескольких десятков тысяч по числу Рейнольдса.
Метрологические характеристики, заявленные изготовителем, обеспечиваются только при соблюдении монтажных требований; их нарушение приводит к фактическому увеличению погрешности относительно паспортной.
При коммерческом учёте пара и газа применение вихревого расходомера допускается только в составе утверждённого узла учёта по проекту, согласованному в установленном порядке, с использованием поверенных средств измерений и при соблюдении требований методик измерений по ГОСТ.
Поперёк потока в трубе ставят небольшое неаэродинамическое тело (обычно треугольной или трапециевидной формы). За ним поток срывается в виде регулярных вихрей, попеременно с одной и с другой стороны. Чем быстрее идёт поток, тем чаще срываются вихри. Датчик считает частоту этих вихрей и пересчитывает её в объёмный расход. Среда (вода, газ, пар) при этом неважна — важно лишь, чтобы поток был достаточно турбулентным.
Это устойчивая структура чередующихся вихрей, формирующихся за плохо обтекаемым телом в потоке жидкости или газа в определённом диапазоне чисел Рейнольдса. Теоретически описана Теодором фон Карманом в работах 1911–1912 годов. В природе такие дорожки видны за опорами мостов в реке. В вихревом расходомере дорожка Кармана — рабочий гидродинамический эффект, из которого извлекается информация о скорости и расходе.
Безразмерное число St = f·d/v, связывающее частоту срыва вихрей f с шириной тела обтекания d и скоростью потока v. В рабочем диапазоне расходомера число Струхаля остаётся постоянным, поэтому показание прибора линейно по расходу и не зависит от плотности и вязкости среды. Значение St для конкретной формы тела обтекания и диапазона чисел Рейнольдса определяется экспериментально и нормируется изготовителем.
Диафрагменный измеряет перепад давления на сужающем устройстве и даёт нелинейную (квадратичную) связь между перепадом и расходом; динамический диапазон ограничен. Вихревой измеряет частоту вихрей и даёт линейную связь, что упрощает обработку сигнала и расширяет рабочий диапазон. У диафрагмы выше потери давления, у вихревого — ниже. У вихревого нет подвижных частей в потоке, как и у диафрагмы, но он требует более качественной фильтрации сигнала и устойчивости к вибрации.
Да; это одна из его основных областей применения. Расходомер измеряет объёмный расход в рабочих условиях; для перехода к массовому расходу и тепловой энергии пар нужно компенсировать по давлению и температуре. Поэтому промышленные исполнения часто комплектуются встроенными или интегрированными датчиками давления и температуры и встроенным вычислителем. В коммерческом учёте применение возможно только в составе утверждённого узла учёта.
Не работает при низких числах Рейнольдса (малые расходы, высокая вязкость, маленький диаметр трубопровода). Чувствителен к вибрации трубопровода, кавитации и двухфазным включениям. Эрозия тела обтекания в средах с твёрдыми включениями постепенно меняет K-фактор. Требует нормированных прямых участков до и после прибора. Для очень малых расходов в крупных трубопроводах непригоден.
K-фактор расходомера — число импульсов на единицу прошедшего объёма (имп./м³ или имп./л). В рабочем диапазоне он постоянен, и расход вычисляется как Q = f/K, где f — частота выходного импульсного сигнала. K-фактор индивидуален для каждого экземпляра прибора, определяется при заводской калибровке и подтверждается при поверке. При работе в нелинейной области (ниже минимального Re) интеллектуальные преобразователи применяют корректировку K-фактора по температуре и давлению.
Конкретные значения указываются в паспорте конкретной модели и зависят от вида местного сопротивления, расположенного перед расходомером (одиночный или двойной отвод, тройник, регулирующий клапан, насос). На практике длины задаются в диаметрах условного прохода — до расходомера это, как правило, существенно больше, чем после. Игнорирование требования приводит к фактическому увеличению погрешности по сравнению с паспортной.
Общие технические требования и методы испытаний скоростных, электромагнитных и вихревых расходомеров — по ГОСТ 28723. Методика измерений расхода и объёма газа с применением турбинных, ротационных и вихревых расходомеров и счётчиков — по ГОСТ Р 8.740. Термины и определения средств измерений расхода, объёма или массы протекающих жидкости и газа — по ГОСТ 15528. Поверка и метрологические характеристики конкретного типа прибора — по утверждённой методике поверки в составе описания типа в государственном реестре средств измерений.
Подбор ведётся по среде (вода, пар, конкретный газ, температура, давление), по диапазону расхода (минимальный, средний, максимальный с учётом нижней границы по Re), по диаметру условного прохода трубопровода, по требуемому динамическому диапазону, по виду выходных сигналов и протоколов связи (4–20 мА, HART, Modbus, Profibus, Foundation Fieldbus), по виду присоединения (фланцевое, бесфланцевое-сэндвич, сварное), по материальному исполнению, по требованиям к взрывозащите. Окончательный выбор подтверждается технической документацией изготовителя и соответствием требованиям проекта узла измерений.
Вы можете задать любой вопрос на тему нашей продукции или работы нашего сайта.