Turbínové průtokoměry Hoffer a jejich vlastnosti

Turbínové průtokoměry a jejich vlastnosti

Princip měření průtoku pomocí otáčejícího se lopatkového kola je jedním z nejdéle známých způsobů měření průtoku. Technologicky tato konstrukce dozrála v průběhu druhé světové války, zejména v souvislosti s rozvojem letecké techniky. Turbínové průtokoměry současné konstrukce, tj. s osou rotoru orientovanou ve směru toku média, doznaly průmyslového rozšíření v padesátých letech minulého století.

Princip měření turbínového průtokoměru je prostý. Procházející médium – kapalina nebo plyn – působí na šikmo orientované lopatky rotoru a roztáčí jej. Počet otáček rotoru závisí na proteklém množství média, otáčky za jednotku času udávají okamžitý průtok. Turbínový průtokoměr je objemové měřidlo, indikovaný průtok odpovídá objemovému množství bez přímé závislosti na hmotnosti média. Otáčky rotoru jsou snímány různými způsoby, kontaktně (převodem z osy rotoru) i bezkontaktně (opticky, magnetickým přenosem).

Americká firma Hoffer Flow Controls, Inc., byla založena v roce 1968 Kenem Hofferem, předním odborníkem v oboru, který mnoho let pracoval na vývoji průtokoměrů pro letectví. Od svého založení se tato firma věnuje vývoji a výrobě turbínových průtokoměrů pro běžné i speciální aplikace.

Vlastnosti turbínových průtokoměrů

Průtok, indikovaný turbínovým průtokoměrem, závisí pouze na mechanických parametrech média. Není ovlivněn elektrickými vlastnostmi ani proměnlivým složením média. Výstup téměř nezávisí na teplotě, je lineární a velmi dobře reprodukovatelný. Díky jednoduchému principu jsou turbínové průtokoměry spolehlivé, případnou závadu lze snadno indikovat.

Přirozeným výstupem turbínového průtokoměru je řada impulsů. Každý impuls reprezentuje určitý objem proteklého média. Váha impulsu je udávána tzv. faktorem K, vyjádřeným jako počet impulsů na jednotku objemu. Impulsní výstup nevyžaduje složité elektronické zpracování a lze jej snadno převést na číselný údaj. Jednoduchá elektronika je výhodná i proto, že ji lze snáze navrhnout ve variantě do prostředí s nebezpečím výbuchu.

Hlavní nevýhodou turbínového principu je skutečnost, že průtok nelze měřit úplně od nuly. Minimální měřitelný průtok se udává v podobě relativního rozsahu měření jako poměr maximálního a minimálního průtoku. Základní hodnota relativního rozsahu (přestavitelnosti) měření pro kapalinové průtokoměry je 10 : 1, různými postupy lze však dosáhnout poměru až 200 : 1. U plynových průtokoměrů je určení relativního rozsahu měření otázkou výpočtu, v němž hlavním ovlivňujícím faktorem je hustota plynu za pracovních podmínek. Typická hodnota se pohybuje mezi 5 : 1 až 50 : 1.

Další vlastností, kterou je třeba při výběru kapalinového průtokoměru brát v úvahu, je vliv viskozity. S rostoucí viskozitou média klesá faktor K, a to zejména ve spodní polovině měřicího rozsahu. Průtokoměry větších světlostí (od 50 mm) nejsou větší viskozitou tolik ovlivněny. V praxi lze turbínové průtokoměry použít pro média o kinematické viskozitě do 300 mm²/s (husté oleje).

Turbínový průtokoměr obsahuje pohyblivé mechanické prvky – ložiska. Ložiska je třeba v pravidelných intervalech měnit. Interval výměny závisí na režimu provozu a druhu média, zpravidla se však pohybuje od osmnácti měsíců do pěti let.

Rotor průtokoměru představuje v proudu média překážku a vzniká na něm tlaková ztráta. Tato ztráta je řádově jednotky kilopascalů na horní mezi průtoku a směrem k menším průtokům prudce klesá. Rotor zároveň představuje potenciální bariéru, na které se mohou zachytit vláknité nečistoty, jež mohou měřidlo vyřadit z provozu. Proto je v některých aplikacích nezbytné předřadit turbínovému průtokoměru filtr.

Přetížitelnost průtokoměru se udává v procentech maximálního průtoku a typicky činí 150 až 200 %. V běžných aplikacích se turbínový průtokoměr vybírá tak, aby pracovní průtok ležel okolo 50 % maxima. Tím je zajištěna dostatečná rezerva pro případné přetížení současně s podstatným prodloužením životnosti ložisek.

Metrologické vlastnosti

Základními metrologickými parametry turbínového průtokoměru jsou linearita a reprodukovatelnost. Obě bývají vyjádřeny v procentech měřené hodnoty.

V katalogových listech průtokoměrů jsou zpravidla udávány dva rozsahy měření – základní a rozšířený. Základní rozsah je rozmezí průtoků, kde je výstup průtokoměru v daných mezích lineární. Za okraji základního měřicího rozsahu lze také měřit, ale buď s větší chybou, nebo za použití linearizační elektroniky.

Linearita udává maximální procentuální odchylku faktoru K od stanovené hodnoty v rozmezí základního měřicího rozsahu.

Reprodukovatelnost je definována jako maximální rozptyl hodnot faktoru K při opakovaném měření za shodných podmínek v rozmezí rozšířeného měřicího rozsahu.

Zmíněné metrologické vlastnosti je možné stručně vyjádřit takto:

• Turbínové průtokoměry bez linearizační elektroniky lze používat v užším rozsahu průtoků; jejich přesnost je dána hodnotou linearity, typicky ±0,5 % až ±1 %.

• Turbínové průtokoměry s linearizační elektronikou lze používat v širším rozmezí průtoků. Je třeba kalibrovat je na přesném zařízení, zjistit průběh faktoru K a zadat jej do linearizační elektroniky. Výsledná přesnost je dána reprodukovatelností a pohybuje se okolo ±0,1 % až ±0,3 %.

Pod spodní mezí rozšířeného měřicího rozsahu nejsou parametry průtokoměru zaručovány. V konečném důsledku může dojít i k zastavení rotoru.

Průtokoměry Hoffer pro kapaliny

Pro kapaliny nabízí firma Hoffer čtyři řady průtokoměrů.

Řada HO
Základní řadou, ze které vycházejí všechny ostatní typy, je řada HO. Vyrábí se ve světlostech od 1" (6 mm) do 12" (300 mm), v provedení se závitem, s přírubami nebo v mezipřírubovém provedení. Základním kon- strukčním materiálem je korozivzdorná ocel 17 340. K dispozici jsou čtyři typy ložisek – otevřená kuličková, krytá kuličková, kluzná na bázi uhlíkových kompozitů a kluzná z karbidu wolframu. Jejich výběr je vhodné ponechat na doporučení výrobce. Těleso průtokoměru lze snadno rozebrat, servis průtokoměru může poskytnout i neškolený uživatel podle instrukcí v uživatelské příručce.

Typická linearita je ±0,5 % měřené hodnoty v rozsahu 10 : 1, reprodukovatelnost ±0,1 % v rozsahu 20 : 1. Spolu s průtokoměrem je dodán kalibrační list s hodnotami faktoru K ve dvanácti bodech základního měřicího rozsahu.

Teplotní rozsah je velmi široký, v základním provedení pokrývá teploty od –200 do +200 °C. Kryogenní varianta je vhodná pro teploty od –273 °C, vysokoteplotní provedení může pracovat při teplotě až 500 °C.

Řada Premium
Řada Premium je výběrovou řadou. Rozměry a variantami se shoduje s řadou HO. Zaručovaná linearita je ±0,25 % měřené hodnoty, reprodukovatelnost ±0,05 % měřené hodnoty.

Řada Star
Typová řada Star vznikla omezením variant řady HO s cílem redukovat cenu. Vyrábí se pouze ve světlostech od 1" do 3" a se závitem NPT. Zaručovaná linearita je ±1 %, reprodukovatelnost ±0,2 %. Průtokoměry jsou kalibrovány pouze ve třech bodech, průměrná hodnota faktoru K je vyznačena na tělese průtokoměru. Cena je na úrovni dvou třetin ceny základní řady HO.

Řada LoCo
Průtokoměry LoCo (Low Cost) jsou nejlevnější vyráběnou variantou řady HO. Těleso průtokoměru je svařeno, uživatel nemá přístup k vnitřním částem průtokoměru. Metrologické parametry jsou shodné s řadou Star. Cena je na úrovni poloviny ceny řady HO.

Průtokoměry Hoffer pro plyny

Průtokoměry Hoffer pro plynná média se vyrábějí ve dvou řadách, základní HO a výběrové Premium. Pro každou světlost jsou nabízeny čtyři různé měřicí rozsahy. Výběr odpovídající světlosti a rozsahu je otázkou výpočtu na základě udaných provozních parametrů – druhu média, tlaku, teploty, požadovaného relativního rozsahu měření a režimu provozu.

Řada HO
Řada HO se vyrábí ve světlostech od 1" (6 mm) do 12" (300 mm), v provedení se závitem, s přírubami nebo v mezipřírubovém provedení. Základním konstrukčním materiálem je korozivzdorná ocel 17 340. Ložiska plynových průtokoměrů jsou výhradně krytá kuličková.

Typická linearita je ±1 % měřené hodnoty v základním měřicím rozsahu, reprodukovatelnost ±0,25 % měřené hodnoty v rozšířeném měřicím rozsahu. Základní i rozšířený měřicí rozsah jsou určeny provozními parametry a nelze je obecně stanovit.

V ostatních parametrech a variantách je řada HO pro plyny shodná s řadou pro kapaliny.

Řada Premium
Výběrová řada Premium se stejně jakou u kapalinových průtokoměrů rozměry a variantami shoduje s řadou HO. Zaručovaná linearita je ±0,5 % měřené hodnoty, reprodukovatelnost ±0,1 % měřené hodnoty.

Průtokoměry Hoffer jsou v principu objemová měřidla. Je-li požadováno měření průtoku v normovaných jednotkách (tj. v objemu přepočteném na teplotu 15 °C a tlak 101,325 kPa), je třeba měřené místo doplnit snímáním teploty a tlaku a použít přepočítávací modul, který vypočte z hodnot objemového průtoku, absolutního tlaku a teploty normovaný, popř. i hmotnostní průtok.

Také přepočítávací jednotky, schválené v České republice pro obchodní měření, jsou v nabídce firmy DataCon.

Závěr

Přestože je turbínový princip měření průtoku poměrně starý, lze díky moderní technice dosáhnout vysoké přesnosti a dlouhodobé provozní spolehlivosti. Výběr optimálního průtokoměru pro danou aplikaci ale nemusí být jednoduchý, je třeba brát v úvahu množství často protichůdných požadavků.

Všechny výpočty, nezbytné pro výběr optimálního průtokoměru pro danou aplikaci, provádějí odborníci firmy Hoffer nebo vyškolení pracovníci výhradního zástupce Hoffer Flow Controls v České republice – firmy DataCon, s. r. o.

Komentáře

• Home
• Novinky
  • Nové výrobky
• Výhradní zastoupení
• Kontaktní adresa
• Servis