Встраиваемый расходомер сжатого воздуха устанавливается непосредственно в трубы диаметром от 1/8″ до 2″ и измеряет расход в кубических футах в минуту (SCFM), Нм³/ч или м³/ч — как правило, с точностью ±1%, что позволяет обнаруживать утечки, проводить энергетические аудиты и распределять затраты. Для труб большего диаметра можно выбрать встраиваемый газовый расходомер. Компания Sino-Inst в основном поставляет термометрические, вихревые, роторные и дифференциальные расходомеры сжатого воздуха.
Компания Sino-Inst предлагает расходомеры сжатого воздуха с локальным дисплеем и без него. Доступны модели с выходами 4-20 мА и 0-10 В, предназначенные для работы во взрывоопасных зонах.
Встраиваемый расходомер сжатого воздуха — это тип встраиваемого расходомера, который может быть установлен совместно с трубопроводом сжатого воздуха. Размеры встраиваемого расходомера сжатого воздуха должны соответствовать размерам трубопровода. Во время установки трубопровод сжатого воздуха обычно отрезают перед установкой встраиваемого расходомера сжатого воздуха.
С технической точки зрения, расходомеры сжатого воздуха, устанавливаемые в линию, в основном делятся на четыре категории: термические, вихревые, с металлическим ротором и дифференциальные. Вот как они работают:
Принцип работы теплового расходомера основан на принципе диффузии тепла, то есть на теплообмене между жидкостью и источником тепла.
В частности, тепловой массовый расходомер содержит два основных датчика: датчик скорости (обычно нагреватель) и датчик температуры. Эти два датчика помещаются в измеряемый газ. Датчик скорости нагревается, а датчик температуры измеряет температуру газа. С увеличением расхода газа увеличивается и отводимое тепло, что приводит к снижению температуры датчика температуры.
Измеряя линейную зависимость между изменением температуры до и после показания датчика температуры и массовым расходом газа через трубу, можно рассчитать массовый расход газа.
Принцип работы вихревого расходомера основан на принципе вихря Кармана, который был открыт и глубоко изучен американо-венгерским ученым фон Карманом в 1911 году.
При течении жидкости (например, газа или жидкости) через необтекаемое тело по обе стороны от следа тела попеременно возникают пары вихрей с противоположными направлениями вращения. Эти вихри располагаются с определённой частотой, образуя так называемую вихревую дорожку Кармана.
Частота генерации вихрей пропорциональна расходу жидкости и обратно пропорциональна диаметру генератора вихрей. Соотношение выражается формулой Sr = fd/V.
Где Sr — постоянная Струхаля, f — частота вихреобразования, d — диаметр вихреобразования, а V — скорость потока. Вихревой расходомер измеряет частоту вихреобразования для определения скорости потока жидкости.
Ротаметр-расходомер представляет собой вертикальную коническую металлическую трубку, поперечное сечение которой постепенно увеличивается от основания к верху. Внутри трубки находится ротор (или поплавок), изготовленный из металла или других материалов, который может свободно вращаться. Измеряемая жидкость поступает снизу металлической трубки и вытекает сверху.
Когда жидкость протекает через вертикальную коническую трубку снизу вверх, на ротор действуют две силы: одна из них — вертикальная сила, толкающая вверх, которая равна разности давлений, создаваемой жидкостью, протекающей через кольцевое поперечное сечение между конической трубкой и ротором.
Другой — это вертикальная и нисходящая чистая сила тяжести, которая равна силе тяжести на роторе минус выталкивающая сила жидкости на роторе. Когда поток увеличивается настолько, что разница давлений превышает чистую силу тяжести ротора, ротор поднимается. Когда разница давлений равна чистой силе тяжести ротора, ротор находится в равновесии. То есть оставаться в определенном положении.
Показания выгравированы на внешней поверхности металлической трубки. В зависимости от положения ротора в режиме ожидания считывается расход измеряемой жидкости.
Ротаметр представляет собой расходомер постоянного перепада давления с переменным сечением. Разница давлений, действующая на вход и выход поплавка, является постоянной величиной. Площадь кольцевого поперечного сечения между поплавком и конической трубкой изменяется в зависимости от скорости потока. Положение поплавка в конической трубке отражает скорость потока.
Расходомер дифференциального давления измеряет расход путем измерения перепада давления. Принцип его действия основан на определённой зависимости между разницей давления и расходом, возникающим при протекании жидкости через дроссельное устройство.
Также известный как расходомер перепада давления (DP), он состоит из датчика расхода и датчика давления/дифференциального давления. Он может быть оснащен различными ограничительными элементами, такими как диафрагмы, трубки Вентури, клинья, V-образные конусы и кольцевые расходомеры Annubar. Расходомеры перепада давления (DP) подходят для измерения расхода воды, газа, пара, нефти и других жидкостей.
В целом, расходомеры сжатого воздуха, устанавливаемые в линию, делятся на четыре основные категории: термомассовые расходомеры, вихревые расходомеры, расходомеры с металлическим ротором и расходомеры дифференциального давления.
Термомассовые расходомеры обеспечивают прямые показания расхода в кубических футах в минуту без компенсации давления/температуры. Вихревые и дифференциальные расходомеры обеспечивают объемный расход и требуют компенсации давления/температуры для массового расхода. Роторные расходомеры являются самым дешевым вариантом, но только для локальной визуальной индикации.
| Тип | Принцип работы | Точность подачи | Выключить | Размер трубы | Потеря давления | Прямая труба (U/D) | Компенсация Т/П | Результат | Лучше всего подходит для сжатого воздуха. |
| Термическая масса | Рассеивание тепла от нагретого датчика напрямую измеряет массовый расход. | ±1–1.5% от показаний | 100:01:00 | Ду15–Ду300 | Очень низкое давление (<0.5 кПа) | 15D / 5D | Не требуется (прямая масса) | 4–20 мА, импульсный, Modbus, HART | Лучший результат в целом — прямой расход SCFM, низкий уровень обнаружения утечек, энергетический аудит. |
| Вихревой | Частота срыва вихрей Кармана пропорциональна скорости. | ± 1% от чтения | 30:01:00 | Ду15–Ду300 | Средний (5–15 кПа) | 20D / 5D | Требуется (внешний термопредохранитель) или встроенный (SI-3305) | 4–20 мА, импульсный режим, HART | Средне-высокопроизводительный паровой поток, возможность работы с паром, широкий диапазон температур. |
| Металлический ротаметр | Поплавок поднимается в конической трубке; поток пропорционален положению поплавка. | ±1.6–2.5% от FS | 10:01 | Ду15–Ду200 | Низкий–средний | 5D / 2D | Требуется (масштаб фиксированное состояние) | Местный набор номера (+ опционально 4–20 мА/HART) | Самый дешевый вариант, только локальные визуальные указания, небольшие ответвления. |
| Диафрагма (DP) | Падение давления на отверстии пропорционально (расходу)² | ±1–2% от FS | 3: 1-4: 1 | Ду50–Ду2000 | Высокое давление (10–50 кПа) | 10D / 5D | необходимые | 4–20 мА (через передатчик DP) | Устаревшие системы, очень большие трубы, проверенные приборы. |
| Усреднение Пито (Аннубар/Верабар) | Многопортовый трубный расходомер Пито усредняет скорость потока по трубе. | ±1–1.5% от показаний | 10:01 | Ду50–Ду9000 | Очень низкое давление (<1 кПа) | 7D / 3D | необходимые | 4–20 мА (через передатчик DP) | Очень большие воздухопроводы, где важны низкие потери давления. |
| V-образный конус (DP) | Ограничение конусообразной формы создает стабильную ДП и самообучение. | ±0.5–1% от показаний | 10:01 | Ду15–Ду1200 | Средний (3–10 кПа) | Только 0–3D / 0–1D | необходимые | 4–20 мА (через передатчик DP) | Тесные пространства с небольшим количеством прямых труб, загрязненный/влажный воздух. |
Выбор между врезным и проточным расходомером в основном зависит от двух факторов: 1. Диаметр трубы. 2. Требования к точности.
Во-первых, для труб малого диаметра (DN2–DN200) подходят расходомеры, устанавливаемые в трубу. Монтаж на таких трубах проще. Для труб диаметром более DN200 предпочтительнее использовать расходомеры, устанавливаемые в трубу, из-за сложности монтажа и стоимости.
Во-вторых, необходимо учитывать требуемую точность измерения. Расходомеры, устанавливаемые внутри трубопровода, обеспечивают максимальную точность измерения. Встраиваемые расходомеры, как правило, имеют более низкую точность, чем расходомеры, устанавливаемые внутри трубопровода.
Для измерения расхода сжатого воздуха установите проточный расходомер, подобранный по размеру трубы и диапазону расхода, выберите правильную единицу измерения расхода (SCFM для расчета стоимости/энергопотребления, ACFM для расчета физической скорости потока в трубе, Нм³/ч для расчета в системе СИ) и добавьте компенсацию давления и температуры, если расходомер не измеряет массовый расход напрямую.
Термомассовые расходомеры выдают показания в стандартных кубических футах в минуту (SCFM) без компенсации; вихревые, дифференциальные и ротаметрические расходомеры требуют ввода данных о давлении и температуре для преобразования объемного расхода в массовый.
Воспользуйтесь нашим калькулятором для сравнения SCFM (стандартный CFM) и ACFM (фактический CFM).
Массовый расход измеряет количество воздуха (в кг/ч или фунтах/мин), проходящего через трубу. Объемный расход измеряет объем (в м³/ч или CFM), занимаемый этим воздухом. Для сжатого воздуха массовый расход — это то, за что вы платите: каждый килограмм воздуха требует затрат электроэнергии на сжатие.
Показатель массового расхода — единственный, который позволяет получить достоверную информацию о производительности компрессора и уровне утечек.
MFC против MFM — в чем разница?
Для обнаружения утечек, проведения энергетических аудитов и мониторинга компрессоров вам потребуется расходомер с многопоршневым потоком (MFM) (для большинства применений со сжатым воздухом). Для смешивания газов или дозирования воздуха в реактор с фиксированной скоростью вам потребуется термомассовый расходомер (MFC). Наши термомассовые расходомеры — это расходомеры с многопоршневым потоком (MFM) — они сообщают о потоке, но не регулируют его. Если вам требуется замкнутая система управления потоком, вы можете рассмотреть термомассовый расходомер (MFC).
Необходимость компенсации по току и напряжению зависит от выбранной вами технологии учета :
| Тип счетчика | Компенсация Т/П | Почему |
|---|---|---|
| Термическая масса | ❌ Не требуется | Измеряет массовый расход непосредственно по данным теплопередачи. |
| Вихревой | ✅ Требуется внешний доступ | Частота вихрей пропорциональна скорости, а не массе. |
| Прецессионный вихрь | ✅ Встроенный | Встроенные датчики давления и температуры, автоматическая компенсация. |
| Металлический ротаметр | ✅ Обязательно (фиксированная шкала) | Шкала откалибрована по одному значению давления/температуры. |
| Диафрагма / Аннубар / V-образный конус | ✅ Требуется внешний доступ | DP пропорционален плотности × скорости² |
Как мы уже говорили ранее, для выбора подходящего проточного расходомера воздуха необходимо проверить и подтвердить следующее:
Обычно счетчик окупается в течение 12 месяцев при четырех основных применениях: обнаружение утечек, распределение затрат между отделами, отслеживание эффективности компрессоров и учет содержания азота и закиси азота в трубопроводах общего пользования.
На американских предприятиях обычно теряется 20–30% сжатого воздуха из-за утечек . Логарифм расхода в ночное время выходных — любые показания счетчика в кубических футах в минуту (SCFM) — это 100% потери из-за утечек. 45 SCFM утечек = примерно 14 000 долларов в год при цене 0.10 доллара за кВт·ч. Теплоаккумулятор SI-3501 — правильный выбор: коэффициент регулирования 100:1 позволяет улавливать как низкий ночной расход из-за утечек, так и пиковый расход при полной нагрузке.
Стоимость сжатого воздуха составляет примерно 0.25–0.35 доллара за 1,000 кубических футов в минуту по американским промышленным тарифам. Один компрессор SI-3501 или SI-3502 на каждую линию электропередачи позволяет финансовому отделу обоснованно распределить расходы на компрессоры по подразделениям. Для подразделения с производительностью 250 кубических футов в минуту, работающего 4,000 часов в год, это примерно 18 000 долларов в год, которые можно списать с накладных расходов предприятия.
Исправные винтовые компрессоры обеспечивают производительность 4.0–4.5 SCFM на л.с. При снижении до 3.2 это означает износ компрессорного блока или впускного клапана, что приводит к дополнительным расходам. Установите вихревой компрессор SI-3301 на каждом выходе компрессора, ежемесячно регистрируйте соотношение SCFM÷кВт — если это соотношение снизится на 15% ниже базового уровня, запланируйте техническое обслуживание до того, как произойдет катастрофическая поломка.
Одни и те же расходомеры работают с N₂, O₂ и CO₂, если газовый коэффициент установлен на заводе . Для термомассового расходомера (SI-3501) требуется калибровочная кривая для конкретного газа, загруженная во время производства — в полевых условиях нельзя переключаться между газами. Вихревой расходомер (SI-3301) не зависит от газа (один и тот же K-фактор для воздуха/N₂/O₂), но для вывода данных по массе все равно требуется P&T. Для работы с O₂ мы поставляем обезжиренную версию без масла. См. руководство по расходомерам азота для расчета генератора N₂.
Цена на расходомеры сжатого воздуха определяется следующими факторами:
Эти факторы более или менее связаны друг с другом. Пример – стоимость расходомеров увеличивается с увеличением точности и срока службы.
Чжан Вэй обладает 20-летним опытом работы инженером по автоматизированному контрольно-измерительному оборудованию, специализируясь на исследованиях, проектировании, установке, вводе в эксплуатацию и техническом обслуживании автоматизированных приборов.
Обладает опытом работы с различными протоколами связи приборов (такими как Modbus, Profibus и др.), имеет солидный опыт проектирования аппаратных схем и программирования программного обеспечения (владеет языком C и программированием ПЛК). Имеет обширный опыт работы над проектами; проекты, в которых он руководил и в которых принимал участие, достигли выдающихся результатов, повысив точность продукции, снизив затраты и увеличив эффективность производства.
Обладает превосходными коммуникативными и координационными навыками, а также сильным командным духом, что позволяет ему оперативно реагировать на потребности клиентов и предоставлять высококачественные решения в области автоматизации и контрольно-измерительной аппаратуры.
