Вихревые расходомеры

Принцип действия вихревых расходомеров основан на зависимо-

сти от расхода частоты колебаний давления, возникающих в потоке

в процессе вихреобразования или колебания струи. Существует не-

сколько разновидностей вихревых расходомеров, наиболее распро-

страненными из которых являются расходомеры, имеющие в первич-

ном преобразователе неподвижное тело, при обтекании которого с

обеих его сторон попеременно возникают срывающиеся вихри, соз-

дающие пульсации давления (рис. 6.11, а).

В этом расходомере вихри образуются по причине того, что непо-

средственно за телом, находящимся в потоке, давление потока умень-

шается, и пограничный слой, обтекающий тело, отрываясь от него,

изменяет направление своего движения. Этот процесс происходит с

обеих сторон тела. Но так как развитие вихря с одной стороны пре-

пятствует такому же развитию с другой стороны, то образование

вихрей с двух сторон тела происходит поочередно. При этом за телом

образуется так называемая вихревая дорожка Кармана. Частота сры-

ва вихрей пропорциональна объемному расходу вещества.

Для тела цилиндрической формы, помещенного в потоке, связь

частоты срыва вихрей ƒ и объемного расхода Q устанавливается вы-

ражением

где S — площадь наименьшего поперечного сечения потока вокруг ци-

линдра; d — диаметр цилиндра; Sh — число Струхаля, характеризующее

периодические процессы, связанные с движением жидкости или газа.

Число Струхаля постоянно в определенном диапазоне измерений

расхода.

Однако преимущественное применение в вихревых расходомерах

нашли тела необтекаемой формы, в основном призмы с прямо-

угольным, треугольным или трапецеидальным основанием, причем

основания треугольников и призм обращены навстречу потоку

(рис. 6.11, б). Такие тела образуют сильные и регулярные вихревые

колебания, хотя и создают большую потерю давления. При необхо-

димости усиления выходного сигнала иногда применяют два тела

обтекания, расположенные на некотором расстоянии друг от друга.

Преобразование вихревых колебаний, представляющих собой

пульсации давления и скорости потока, в выходной сигнал осуществ-

ляется с помощью преобразователей давления (например, пьезо-

элементов или тензорезисторов), ультразвуковых преобразователей

скорости и т.п., которые размещаются в обводной трубке, находя-

щейся снаружи трубопровода, или в сквозном отверстии тела обте-

кания, просверленного перпендикулярно потоку (рис. 6.11, в).

Работу вихревого расходомера могут нарушать акустические и

вибрационные помехи, создаваемые насосами, компрессорами, ви-

брирующими трубами и т.п. Влияние частоты вредных вибраций

устраняется с помощью электрических фильтров. К достоинствам

вихревых расходомеров относятся отсутствие подвижных частей, не-

зависимость показаний от давления и температуры и высокая точ-

ность, а к недостаткам — значительная потеря давления, непригод-

ность применения при малых скоростях потока и возможность при-

менения на трубопроводах диаметром от 25 до 300 мм.

Контрольные вопросы

1. Какие существуют виды расхода?

2. В чем отличие объемных счетчиков от скоростных?

3. Охарактеризуйте достоинства и недостатки расходомеров переменного

перепада давления.

4. Какие типы сужающих устройств вы знаете?

5. Какие силы обеспечивают уравновешивание в потоке поплавка рота-

метров?

6. Расход каких сред могут измерять электромагнитные расходомеры?

7. В чем заключается принцип действия калориметрических расходомеров?

8. Какие существуют методы измерения расхода вещества с помощью уль-

тразвука?

9. За счет чего в кориолисовых расходомерах создается сила Кориолиса и

как она действует на чувствительный элемент расходомеров?

10. Чем обусловлено образование вихрей в вихревых расходомерах?

Гл а в а 7