Вортекс ағынының өлшегіші: жұмыс істеу принциптері, таңдау критерийлері және алаңда іске қосу

Карман вихрі әсері: Өлшеудің физикасы

Вихрлік ағын өлшегіші фон Карман вихрі түсу принципі бойынша жұмыс істейді. Сұйықтық ағынға перпендикуляр орналастырылған кең денеден өткенде, ағынның екі жағында ауыспалы вихрлер пайда болады. Бұл вихрлердің түсу жиілігі сұйықтық жылдамдығына тура пропорционал. Строуһаль саны (St) түсу жиілігін жылдамдыққа байланыстырады: f = St × V / d, мұндағы f — жиілік Гц-те, V — жылдамдық м/с-те, d — кең дененің ені метрмен. St шамамен 0.2 деңгейінде тұрақты болып, өлшегіштің сызықты шығысын қамтамасыз етеді. Жиілік сигналы көлемдік ағын үшін тығыздық түзетуді қажет етпейді, бірақ массалық ағынды есептеу үшін қысым мен температураның біріктірілген кірістері арқылы тығыздық компенсациясы қажет.

ABB VortexMaster FSV430 сериялы детекторлары ауыспалы вихр түсуінен пайда болатын тербелмелі көтеру күшін анықтау үшін пьезоэлектрлік сенсорларды қолданады. Сигналды өңдеу бағдарламалық жасақтамасы құбыр дірілінің шуды сүзгіден өткізіп, шынайы вихр сигналдарын бөліп алады. Өткізгіш сұйықтықтардың инлайн электромагниттік ағын өлшеуіші ретінде балама ретінде ABB FSM4000 Электромагниттік ағын өлшегіш жоғары дәлдіктегі өлшеуді, Рейнольдс санына тәуелсіз қамтамасыз етеді.

Рейнольдс санының шектеулері және қолдану шектері

Вихрлік өлшегіштер тұрақты вихр түсуін сақтау үшін минималды Рейнольдс санына (Re) мұқтаж. Шамамен Re = 10,000 төмен болғанда, Строуһаль саны тұрақсыз болып, өлшеу дәлдігі күрт төмендейді. Сондықтан вихрлік өлшегіштер төмен тұтқырлықты сұйықтықтарға жарамды: су, жеңіл көмірсутек сұйықтықтары, бу, табиғи газ және сығылған ауа. Жоғары тұтқырлықты сұйықтықтар, мысалы, ауыр отын майы, жоғары тұтқырлықта минималды Re шегіне жету үшін тым жоғары ағын жылдамдығын талап етеді.

Максималды жылдамдық та шектелген. Сұйықтық қолданбаларында кең денеде бу қысымы асып кеткенде кавитациялық зақымдану пайда болады. Көптеген вихрлік өлшегіштер сұйықтық үшін максималды жылдамдықты 7–10 м/с деп белгілейді. Газ қолданбаларында газ кавитация жасамайтындықтан, жылдамдық 70 м/с дейін рұқсат етіледі. Бу қолданбалары вихрлік өлшегіштер үшін ең тиімді жағдай болып табылады — қозғалмалы механикалық бөлшектердің болмауы турбиналық өлшегіштердегі тозу мен мойынтіректердің тозуын жояды.

Өлшегішті таңдау критерийлері және өлшемдері

• 1-қадам: Қалыпты жұмыс ағыны (Q_nom), максималды ағын (Q_max) және минималды ағын (Q_min) мәндерін анықтаңыз. Вихрлік өлшегіштің типтік турндаун қатынасы 15:1-ден 30:1-ге дейін. Егер Q_max / Q_min 30:1-ден асып кетсе, басқа технологияны қарастырыңыз.
• 2-қадам: Q_max кезінде жылдамдықты құбырдың диаметрлік ауданын пайдаланып есептеңіз. Сұйықтықтар үшін мақсатты жылдамдық 1.5 м/с пен 7 м/с аралығында, газдар үшін 3 м/с пен 60 м/с аралығында болуы тиіс. Өлшегіштің диаметрін қалыпты жұмыс жылдамдығын осы аралықтың ортасына жақын ұстау үшін таңдаңыз.
• 3-қадам: Өлшегіш коэффициентін (K-фактор, текше метрге импульстер саны) көрсетіңіз. Бұл мән өлшегіштің атына жазылған. Құрылғыны іске қосу кезінде K-факторды беріліс конфигурациясында растаңыз. Атына жазылған және конфигурацияланған K-фактордың сәйкес келмеуі тұрақты жүйелі қате тудырады. ABB VortexMaster 316L тот баспайтын болат және Hastelloy C-276 материалдарынан жасалған сұйықтыққа тиетін бөлшектерді ұсынады; процесс химиясы мен қысым рейтингіне сәйкес тығыздағыш материалын таңдаңыз.

Түзу құбыр талаптары және орнату үздік тәжірибелері

Вихрлік өлшегіштер ағынның жоғары ағысында болатын бұзылыстарға өте сезімтал. Ассиметриялық жылдамдық профильдері, айналым және пульсация вихр түсу үлгісін бұзып, дәлдікті төмендетеді. ABB VortexMaster үшін стандартты жоғары ағын талаптары:

• 1-қадам: Бір 90° бұрылыстан кейін құбыр диаметрінің 15D ұзындығында түзету (мұндағы D — құбырдың номиналды диаметрі).
• 2-қадам: Екі 90° бұрылыстан кейін 25D түзету. Бұл бұрылыстар ұзақ қашықтыққа созылатын айналым тудырады.
• 3-қадам: Басқару клапандары, сорғылар немесе компрессорлардан кейін 40D түзету. Бұл құрылғылар қатты турбуленттілік тудырады.
• 4-қадам: Барлық жағдайларда кемінде 5D төмен ағын.
• 5-қадам: Егер түзету физикалық тұрғыдан шектелсе, жоғары ағынға ағын түзеткіш орнатыңыз. Құбыр топтамасы түзеткіші әдетте жоғары ағынның қажетті ұзындығын 25D-ден 10D-ге дейін қысқартады.

Вихрлік өлшегішті электроника қорабы бүйірде немесе үстінде болатындай етіп орнатыңыз. Тік құбырларда сұйықтық қолданбалары үшін ағын бағыты жоғарыға бағытталғанына көз жеткізіңіз, бұл кең денеде газ қуыстарының пайда болуын болдырмайды.

Өндірістік іске қосу және шығыс сигналын тексеру

• 1-қадам: Трансмиттер атына жазылған K-фактордың ағын есептегіш немесе DCS тег конфигурациясына енгізілген мәнге сәйкес келуін растаңыз.
• 2-қадам: Процесс қосылым фланецінің рейтингі мен тығыздағыштың дұрыс орнатылғанын тексеріңіз.
• 3-қадам: Сымдардың полярлығын және экранның жерге қосылуын тексеріңіз. ABB VortexMaster трансмиттерлері 4–20 мА HART протоколымен шығыс береді. Циклдік кедергінің HART диапазонында (250–1100 ом) екеніне көз жеткізіңіз.
• 4-қадам: Қуат беріп, диагностика дисплейіндегі дабыл жағдайларын тексеріңіз. ABB VortexMaster бағдарламалық жасақтамасы ағын минималды анықталатын жылдамдықтан төмендегенде төмен сигнал туралы ескерту береді.
• 5-қадам: Блок клапанын баяу ашып, шамамен 25% деңгейіне жеткізіп, шығыс сигналдың пропорционалды түрде өскенін тексеріңіз. Толық ашық күйде іске қосу пьезоэлектрлік сенсорға гидравликалық соққы келтіруі мүмкін.

Бу ағынын басқару кірісі ретінде қолданатын Woodward турбина реттегіштері үшін ағын сигналының масштабталуы реттегіш басқару картасындағы күтілетін инженерлік бірліктерге сәйкес келуін растаңыз. Woodward 505 Жақсартылған Сандық Реттегіш Басқарушысы және Woodward 8200-1300 Бу Турбиналарына Арналған Сандық Реттегіш 4–20 мА аналогтық кірістерді қабылдап, ағынды максималды мәннің пайызы ретінде көрсетеді. Қате конфигурацияланған ауқым реттегіштің жүктеме өзгерістеріне дұрыс жауап бермеуіне және турбина іске қосылғанда жылдамдық тербелісіне әкелуі мүмкін.

Сонымен қатар, ағын тоқтатылған кезде нөлдік тексеру жүргізіңіз. Вихрлік өлшегіш дәл 4.00 мА шығару керек. 4.2 мА-дан жоғары қалдық шығыс дірілдің араласуын білдіреді. Өлшегіш денесінен үш құбыр диаметрі ішінде механикалық діріл көздерін анықтап, оқшаулаңыз.

Қорытынды және іс-шаралар бойынша кеңес

Вихрлік ағын өлшегіштер бу, газ және төмен тұтқырлықты сұйықтықтарда ұзақ мерзімді жоғары дәлдікпен жұмыс істейді, қозғалмалы бөлшектердің тозуы болмайды. ABB VortexMaster трансмиттерлері мен Woodward турбина басқару жүйелері бірігіп, сенімді жоғары өнімді бу өлшеу қолданбасын құрайды. Жетістік Рейнольдс саны диапазонына сәйкес дұрыс өлшем таңдау, жеткілікті жоғары ағынның түзету ұзындығы, K-фактор конфигурациясын растау және белгілі нөлдік сілтемеге қарсы мұқият іске қосу арқылы қамтамасыз етіледі. Құбыр сызбасын жобалау кезінде түзету талаптарын ескеріп, кейінгі қымбат қайта жабдықтаулардан аулақ болыңыз.

Автор: Чжан Хаовен — PLC, DCS және басқару жүйелері саласында 10 жылдан астам тәжірибесі бар өнеркәсіптік автоматтандыру инженері.