Ein Wirbelzähler ist eine Art Volumendurchflussmesser, der sich ein natürliches Phänomen zunutze macht, das auftritt, wenn eine Flüssigkeit um ein felsiges Objekt herumströmt.Wirbeldurchflussmesser arbeiten nach dem Wirbelablösungsprinzip, bei dem Wirbel (oder Wirbel) abwechselnd stromabwärts des Objekts abgelöst werden.Die Frequenz der Wirbelablösung ist direkt proportional zur Geschwindigkeit der durch das Messgerät fließenden Flüssigkeit.
Wirbeldurchflussmesser eignen sich am besten für Durchflussmessungen, bei denen die Einführung beweglicher Teile Probleme bereitet.Sie sind in Industriequalität, Messing oder vollständig aus Kunststoff erhältlich.Die Empfindlichkeit gegenüber Schwankungen der Prozessbedingungen ist gering und da keine beweglichen Teile vorhanden sind, ist der Verschleiß im Vergleich zu anderen Arten von Durchflussmessern relativ gering.
Design des Vortex-Durchflussmessers
Ein Wirbel-Durchflussmesser besteht typischerweise aus Edelstahl 316 oder Hastelloy und umfasst einen Prallkörper, eine Wirbelsensorbaugruppe und die Messumformerelektronik – letztere kann jedoch auch entfernt montiert werden (Abbildung 2).Sie sind typischerweise in Flanschgrößen von ½ Zoll bis 12 Zoll erhältlich. Die Installationskosten von Wirbelzählern sind mit denen von Blendenzählern in Größen unter sechs Zoll konkurrenzfähig.Messgeräte mit Zwischenflanschgehäuse (ohne Flansch) haben die geringsten Kosten, während Messgeräte mit Flansch bevorzugt werden, wenn die Prozessflüssigkeit gefährlich ist oder eine hohe Temperatur aufweist.
Es wurde mit Bluffkörperformen (quadratisch, rechteckig, T-förmig, trapezförmig) und Abmessungen experimentiert, um die gewünschten Eigenschaften zu erreichen.Tests haben gezeigt, dass die Linearität, die niedrige Reynolds-Zahl-Beschränkung und die Empfindlichkeit gegenüber Geschwindigkeitsprofilverzerrungen nur geringfügig mit der Form des Staukörpers variieren.Der Staukörper muss in seiner Größe einen ausreichend großen Bruchteil des Rohrdurchmessers haben, damit die gesamte Strömung an der Ablösung beteiligt ist.Zweitens muss der Staukörper an der Anströmseite über vorstehende Kanten verfügen, um die Strömungsablösungslinien unabhängig von der Strömungsgeschwindigkeit zu fixieren.Drittens muss die Staukörperlänge in Strömungsrichtung ein bestimmtes Vielfaches der Staukörperbreite betragen.
Heutzutage verwenden die meisten Wirbelzähler piezoelektrische oder kapazitive Sensoren, um die Druckschwankungen um den Staukörper zu erfassen.Diese Detektoren reagieren auf die Druckschwingung mit einem Niederspannungsausgangssignal, das die gleiche Frequenz wie die Schwingung hat.Solche Sensoren sind modular, kostengünstig, leicht austauschbar und können in einem weiten Temperaturbereich betrieben werden – von kryogenen Flüssigkeiten bis hin zu überhitztem Dampf.Sensoren können innerhalb oder außerhalb des Messgerätgehäuses angebracht sein.Benetzte Sensoren werden direkt durch die Wirbeldruckschwankungen beansprucht und sind in gehärteten Gehäusen eingeschlossen, um Korrosions- und Erosionseffekten standzuhalten.
Externe Sensoren, typischerweise piezoelektrische Dehnungsmessstreifen, erfassen die Wirbelablösung indirekt durch die auf die Abwurfstange ausgeübte Kraft.Externe Sensoren werden bei stark erosiven/korrosiven Anwendungen bevorzugt, um die Wartungskosten zu senken, während interne Sensoren einen besseren Messbereich (bessere Durchflussempfindlichkeit) bieten.Sie sind außerdem weniger empfindlich gegenüber Rohrvibrationen.Das Elektronikgehäuse ist in der Regel explosions- und wetterfest und enthält das elektronische Sendermodul, Abschlussanschlüsse und optional eine Durchflussanzeige und/oder einen Summierer.
Ausführungen von Vortex-Durchflussmessern
Intelligente Wirbelzähler liefern ein digitales Ausgangssignal, das mehr Informationen als nur die Durchflussrate enthält.Der Mikroprozessor im Durchflussmesser kann ungenügende gerade Rohrbedingungen und Unterschiede zwischen dem Bohrungsdurchmesser und dem des Matins automatisch korrigieren
Anwendungen und Einschränkungen
Wirbelzähler werden normalerweise nicht für Chargen- oder andere intermittierende Durchflussanwendungen empfohlen.Dies liegt daran, dass die Einstellung der Tropfdurchflussrate der Mischstation unter den minimalen Reynoldszahl-Grenzwert des Messgeräts fallen kann.Je kleiner die Gesamtcharge ist, desto schwerwiegender dürfte der daraus resultierende Fehler sein.
Gase mit niedrigem Druck (niedriger Dichte) erzeugen keinen ausreichend starken Druckimpuls, insbesondere wenn die Flüssigkeitsgeschwindigkeit niedrig ist.Daher ist es wahrscheinlich, dass bei solchen Diensten die Reichweite des Messgeräts schlecht ist und geringe Durchflussmengen nicht messbar sind.Wenn andererseits ein reduzierter Messbereich akzeptabel ist und das Messgerät für normalen Durchfluss richtig dimensioniert ist, kann der Wirbeldurchflussmesser dennoch in Betracht gezogen werden.
Zeitpunkt der Veröffentlichung: 21. März 2024