Wirbeldurchflussmesser sind eine beliebte Wahl für eine breite Palette von Anwendungen, wenn es um die Durchflussmessung geht. Dieser Leitfaden vermittelt ein umfassendes Verständnis der Wirbeldurchflussmesser, einschließlich ihrer Funktionsprinzipien, Typen, Vorteile, Grenzen und verschiedenen Anwendungen.
Wenn Sie auch an magnetischen Durchflussmessern interessiert sind, finden Sie hier einen Beitrag darüber: Was ist ein elektromagnetischer Durchflussmesser und wie funktioniert er?
Inhaltsübersicht
Was ist ein Vortex-Durchflussmesser?
Ein Wirbeldurchflussmesser ist eine Art von Durchflussmessgerät, das den Volumendurchfluss von Flüssigkeiten, Gasen und Dampf misst, indem es Wirbel erkennt, die von einem in den Strom eingefügten Wirbelkörper abgegeben werden. Diese Messgeräte sind bekannt für ihre Genauigkeit, Zuverlässigkeit und die Fähigkeit, eine breite Palette von Durchflussraten zu messen, was sie für verschiedene Branchen geeignet macht, darunter Öl und Gas, chemische Verarbeitung, Wasser- und Abwassermanagement und Energieerzeugung.
Funktionsprinzipien von Wirbeldurchflussmessern
Die Funktionsweise eines Wirbeldurchflussmessers beruht auf dem Phänomen der von-Kármán-Effekt. Wenn eine Flüssigkeit an einem Staukörper - einem nicht strömungsgünstigen Objekt - vorbeifließt, entstehen Wirbel abwechselnd auf beiden Seiten des Körpers. Diese Wirbel bilden ein sich wiederholendes Muster, das als Kármánsche Wirbelstraße bekannt ist. Die Häufigkeit, mit der sich diese Wirbel ablösen, ist direkt proportional zur Strömungsgeschwindigkeit der Flüssigkeit.
Die grundlegende Beziehung zwischen der Wirbelablösungsfrequenz (f), der Strömungsgeschwindigkeit (V) und den Eigenschaften des Wirbelkörpers ist durch die Strouhal-Zahl (St) gegeben:
Durch Messung der Frequenz der Wirbelablösung berechnet der Durchflussmesser die Geschwindigkeit der Flüssigkeit. Multipliziert man diese Geschwindigkeit mit der Querschnittsfläche des Rohrs, erhält man den volumetrischen Durchfluss. Die meisten Wirbeldurchflussmesser verwenden piezoelektrische, kapazitive oder Ultraschallsensoren, um die von den vorbeiströmenden Wirbeln verursachten Druckschwankungen zu erfassen.
Typen von Wirbeldurchflussmessern
Wirbeldurchflussmesser lassen sich je nach Konstruktion, Einbau und spezifischen Merkmalen in verschiedene Typen einteilen. Hier sind die gängigsten Typen:
- Inline-Wirbel-Durchflussmessgeräte:
Dies ist der häufigste Typ von Wirbeldurchflussmessern, bei dem der Zähler direkt in die Rohrleitung eingebaut wird. Der Wirbelkörper und die Sensoren sind in das Gehäuse des Durchflussmessers integriert, das für einen bestimmten Rohrleitungsdurchmesser ausgelegt ist. Sie eignen sich für präzise Durchflussmessungen sowohl in kleinen als auch in großen Rohren.
- Einschub-Wirbel-Durchflussmessgeräte:
Eintauch-Wirbel-Durchflussmesser haben eine Sondenkonstruktion, bei der der Messkörper und der Sensor durch eine kleine Öffnung in die Rohrleitung eingeführt werden. Diese Zähler werden in der Regel für große Rohrleitungen verwendet, bei denen die Installation eines Inline-Zählers unpraktisch oder teuer wäre. Sie sind kostengünstig und eignen sich für die Durchflussmessung in großen Rohren mit einer Vielzahl von Durchmessern.
- Vortex-Durchflussmessgeräte zum Anklemmen:
Dies sind nicht-intrusive Wirbelstrommesser, die an der Außenseite des Rohrs befestigt werden. Sie verwenden Ultraschallsensoren zur Erkennung von Wirbelablösungen und sind ideal für Anwendungen, bei denen der Durchfluss nicht unterbrochen werden kann oder bei denen das Rohrmaterial nicht durchdrungen werden kann. Sie werden in der Regel in temporären Durchflussmesseinrichtungen oder bei der Nachrüstung bestehender Systeme eingesetzt.
Vorteile von Vortex-Durchflussmessern
Wirbeldurchflussmesser bieten mehrere Vorteile, die sie zu einer bevorzugten Wahl in vielen industriellen Anwendungen machen:
- Vielseitigkeit:
Wirbeldurchflussmesser können den Durchfluss von Flüssigkeiten, Gasen und Dampf messen und sind daher vielseitig einsetzbar.
- Hohe Genauigkeit und Reproduzierbarkeit:
Diese Messgeräte bieten genaue und wiederholbare Durchflussmessungen mit minimaler Drift im Laufe der Zeit, was sie für kritische Prozesse zuverlässig macht.
- Geringe Wartung:
Da es keine beweglichen Teile gibt, sind Wirbeldurchflussmesser im Vergleich zu anderen Durchflussmessern wie Turbinen- oder Verdrängerzählern weniger wartungsintensiv. Dies verringert auch das Risiko von Verschleiß und verlängert ihre Lebensdauer.
- Breiter Bereich von Durchflussraten:
Wirbeldurchflussmesser können einen breiten Bereich von Durchflussmengen messen, von niedrigen bis zu hohen Geschwindigkeiten, wodurch sie für unterschiedliche industrielle Anforderungen geeignet sind.
- Unbeeinflusst von Flüssigkeitseigenschaften:
Die Messgenauigkeit von Wirbeldurchflussmessern wird durch Änderungen der Flüssigkeitseigenschaften wie Viskosität, Dichte oder Temperatur nicht wesentlich beeinträchtigt, was sie für unterschiedliche Prozessbedingungen robust macht.
- Geeignet für Anwendungen bei hohen Temperaturen und hohem Druck:
Viele Wirbeldurchflussmesser sind so konstruiert, dass sie hohen Temperaturen und Drücken standhalten, was sie ideal für Anwendungen mit Dampf und heißen Flüssigkeiten macht.
Einschränkungen von Wirbeldurchflussmessern
Trotz ihrer zahlreichen Vorteile haben Wirbeldurchflussmesser einige Einschränkungen, die bei der Auswahl für eine bestimmte Anwendung berücksichtigt werden sollten:
- Mindestdurchflussanforderungen:
Wirbeldurchflussmesser haben eine Mindestdurchflussschwelle, unter der sie den Durchfluss nicht genau messen können. Dies macht sie ungeeignet für sehr niedrige Durchflussraten oder Anwendungen, bei denen der Durchfluss intermittierend oder extrem niedrig sein kann.
- Empfindlichkeit gegenüber Erschütterungen:
Diese Messgeräte können empfindlich auf Rohrvibrationen reagieren, die Fehler bei der Durchflussmessung verursachen können. Um die Auswirkungen von Vibrationen zu minimieren, ist eine ordnungsgemäße Installation und Abstützung erforderlich.
- Druckabfall:
Das Vorhandensein eines Schwallkörpers in der Strömung führt zu einem Druckabfall, der bei einigen Anwendungen ein Problem darstellen kann. Dieser Druckabfall ist in der Regel gering, sollte aber bei Systemen, die empfindlich auf Druckverluste reagieren, berücksichtigt werden.
- Anforderungen für gerade Rohre:
Um genaue Messungen zu erzielen, benötigen Wirbeldurchflussmesser eine bestimmte Länge gerader Rohre vor und hinter dem Messgerät. Dies kann ihre Installation in Räumen einschränken, in denen keine geraden Rohrleitungen zur Verfügung stehen.
- Nicht geeignet für Flüssigkeiten mit hoher Viskosität:
Wirbeldurchflussmesser sind nicht ideal für die Messung des Durchflusses von hochviskosen Flüssigkeiten, da die Bildung von Wirbeln durch die hohe Viskosität behindert wird, was zu ungenauen Messungen führt.
Anwendungen von Vortex-Durchflussmessern
Wirbelstrommessgeräte werden aufgrund ihrer Vielseitigkeit und Zuverlässigkeit in einer Vielzahl von Branchen eingesetzt. Einige der häufigsten Anwendungen sind:
- Öl- und Gasindustrie:
Wirbeldurchflussmesser werden in der Öl- und Gasindustrie in großem Umfang zur Messung des Durchflusses von Erdgas, Dampf und Flüssigkeiten in verschiedenen Prozessen eingesetzt. Sie sind besonders nützlich bei der Messung des Dampfdurchflusses für verbesserte Ölgewinnungsverfahren.
- Chemische und petrochemische Industrie:
In Chemieanlagen werden Wirbeldurchflussmesser für die Durchflussmessung verschiedener Chemikalien, Gase und Flüssigkeiten eingesetzt. Ihre Robustheit und Kompatibilität mit verschiedenen Flüssigkeitstypen machen sie zu einer hervorragenden Wahl für solche Anwendungen.
- Wasser- und Abwassermanagement:
Wirbeldurchflussmesser werden häufig in Wasser- und Abwasseraufbereitungsanlagen eingesetzt, um den Durchfluss von Wasser, Schlämmen und anderen Flüssigkeiten zu messen. Sie sind besonders nützlich für die Überwachung des Durchflusses in großen Rohren und offenen Kanälen.
- HVAC und Gebäudeautomation:
In Heizungs-, Lüftungs- und Klimaanlagen (HVAC) werden Wirbeldurchflussmesser zur Messung des Wasser-, Dampf- und Luftdurchflusses für ein effizientes Energiemanagement und die Systemoptimierung eingesetzt.
- Stromerzeugung:
Wirbelzähler werden in Kraftwerken häufig zur Messung des Durchflusses von Dampf und Kühlwasser sowie von Erdgas in Turbinen und Kesseln eingesetzt. Sie sind besonders effektiv bei Hochtemperatur- und Hochdruckanwendungen.
- Lebensmittel- und Getränkeindustrie:
In der Lebensmittel- und Getränkeindustrie werden Wirbeldurchflussmesser zur Messung des Durchflusses von Flüssigkeiten wie Wasser, Säften und anderen Flüssigkeiten eingesetzt. Sie werden wegen ihrer hygienischen Bauweise und ihrer Kompatibilität mit CIP-Prozessen (Clean-in-Place) bevorzugt.
- Pharmazeutische Industrie:
Vortex-Durchflussmesser werden zur Messung des Durchflusses verschiedener Flüssigkeiten und Gase in pharmazeutischen Herstellungsprozessen eingesetzt. Ihre Genauigkeit und Zuverlässigkeit tragen zur präzisen Kontrolle des Flüssigkeitsdurchflusses in kritischen Anwendungen bei.
Wirbeldurchflussmesser sind aufgrund ihrer Vielseitigkeit, Genauigkeit und Zuverlässigkeit ein wertvolles Werkzeug in modernen industriellen Anwendungen. Mit der Fähigkeit, den Durchfluss von Flüssigkeiten, Gasen und Dampf zu messen, bieten sie eine Reihe von Vorteilen, darunter geringen Wartungsaufwand, hohe Genauigkeit und Eignung für raue Umgebungen. Bei der Auswahl eines Wirbeldurchflussmessers für eine bestimmte Anwendung müssen jedoch unbedingt ihre Grenzen berücksichtigt werden, z. B. die Empfindlichkeit gegenüber Vibrationen und die Notwendigkeit von Mindestdurchflussraten.
Insgesamt sind Wirbeldurchflussmesser nach wie vor eine beliebte Wahl für die Durchflussmessung in verschiedenen Branchen, von der Öl- und Gasindustrie bis zur Lebensmittel- und Getränkeindustrie. Wenn man ihre Funktionsprinzipien, Typen, Vorteile und Grenzen kennt, kann die Industrie diese Geräte für eine effiziente und genaue Durchflussmessung nutzen und so eine optimale Prozesssteuerung und -leistung sicherstellen.
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