Gaswirbelströmungsmesser: Prinzipien, Anwendungen und Vorteile
2. Funktionsprinzip
Gaswirbel-Durchflussmesser basieren auf dem von Theodor von Kármán entdeckten Phänomen der Wirbelablösung . Fließt ein Fluid (Gas oder Flüssigkeit) an einem stumpfen Körper (einem stationären Objekt im Strömungsweg) vorbei, lösen sich abwechselnd Wirbel auf beiden Seiten des Körpers ab. Die Frequenz dieser Wirbel ist direkt proportional zur Strömungsgeschwindigkeit.
Zu den Hauptkomponenten eines Gaswirbel-Durchflussmessers gehören:
- Bluff Body : Ein nicht stromlinienförmiges Objekt, das die Strömung stört und Wirbel erzeugt.
- Wirbelsensor : Erkennt die Frequenz der Wirbelablösung (häufig mithilfe von piezoelektrischen oder Ultraschallsensoren).
- Durchflusstransmitter : Wandelt die Wirbelfrequenz in ein Durchflusssignal um (z. B. 4–20 mA, HART oder digitale Kommunikation).
Die Beziehung zwischen Wirbelfrequenz ( f ) und Strömungsgeschwindigkeit ( v ) ist gegeben durch:
Wo:
- St = Strouhal-Zahl (eine dimensionslose Konstante für den stumpfen Körper)
- d = Durchmesser des stumpfen Körpers
3. Hauptmerkmale von Gaswirbel-Durchflussmessern
- Großer Messbereich : Geeignet für niedrige bis hohe Durchflussraten.
- Hohe Genauigkeit : Normalerweise ±1 % des Messwerts (je nach Modell und Kalibrierung).
- Geringer Druckabfall : Minimaler Strömungswiderstand, wodurch der Energieverbrauch gesenkt wird.
- Keine beweglichen Teile : Reduziert Verschleiß und Wartungsaufwand.
- Großer Temperatur- und Druckbereich : Kann mit Gasen bei hohen Temperaturen und hohem Druck umgehen.
- Digitale Kommunikationsoptionen : Unterstützt HART, Modbus, Profibus und andere Protokolle zur Fernüberwachung.
4. Anwendungen von Gaswirbel-Durchflussmessern
Gaswirbel-Durchflussmesser werden in verschiedenen Branchen eingesetzt, darunter:
- Erdgasmessung : Für den eichpflichtigen Verkehr und die Pipeline-Überwachung.
- Industrielle Gasversorgung : Messung von Luft, Stickstoff, Sauerstoff und anderen Prozessgasen.
- Dampfdurchflussmessung : In Kraftwerken und Heizsystemen.
- Chemische und petrochemische Industrie : Zur Überwachung des Gasflusses in Reaktoren und Rohrleitungen.
- HVAC & Gebäudemanagement : Messung der Gasströme in Lüftung und Klimaanlagen.
5. Vorteile von Gaswirbel-Durchflussmessern
✔ Hohe Genauigkeit und Wiederholbarkeit – Bietet zuverlässige Messungen auch unter schwierigen Bedingungen.
✔ Geringer Wartungsaufwand – Keine beweglichen Teile bedeuten weniger Verschleiß.
✔ Großes Turndown-Verhältnis – Kann sehr niedrige bis sehr hohe Durchflussraten messen.
✔ Chemikalien- und Korrosionsbeständigkeit – Erhältlich in Materialien wie Edelstahl, Hastelloy und PTFE-Auskleidungen.
✔ Einfache Installation und Kalibrierung – Kann mit minimalen Änderungen in vorhandene Rohrleitungen eingebaut werden.
6. Einschränkungen und Überlegungen
⚠ Erfordert eine Mindestströmungsgeschwindigkeit – Unterhalb einer bestimmten Strömungsrate kann es vorkommen, dass die Wirbelablösung nicht zuverlässig erfolgt.
⚠ Empfindlich gegenüber Rohrleitungsvibrationen – Externe Vibrationen können die Wirbelerkennung beeinträchtigen (moderne Modelle verfügen jedoch über eine Vibrationskompensation).
⚠ Nicht ideal für hochviskose Flüssigkeiten – Am besten geeignet für Gase und Flüssigkeiten mit niedriger Viskosität.
⚠ Temperatur- und Druckeffekte – Erfordert eine Kompensation für genaue Messungen unter unterschiedlichen Bedingungen.
7. Vergleich mit anderen Durchflussmessern
| Besonderheit | Gaswirbel-Durchflussmesser | Turbinen-Durchflussmesser | Coriolis-Durchflussmesser | Ultraschall-Durchflussmesser |
|---|---|---|---|---|
| Genauigkeit | Hoch (±1 %) | Mittel (±0,5–1 %) | Sehr hoch (±0,1 %) | Hoch (±0,5–1 %) |
| Wartung | Niedrig (keine beweglichen Teile) | Medium (bewegliche Teile) | Niedrig (keine beweglichen Teile) | Niedrig (keine beweglichen Teile) |
| Gaseignung | Exzellent | Beschränkt | Beschränkt | Exzellent |
| Kosten | Mäßig | Niedrig | Hoch | Mittel bis Hoch |
8. Fazit
Gaswirbel-Durchflussmesser sind eine robuste und zuverlässige Lösung für die Gasdurchflussmessung in industriellen Anwendungen. Ihre hohe Genauigkeit, der geringe Wartungsaufwand und ihre Eignung für raue Bedingungen machen sie zur bevorzugten Wahl für die Durchflussüberwachung von Erdgas, Industriegasen und Dampf. Zwar weisen sie einige Einschränkungen auf (z. B. Vibrationsempfindlichkeit), doch dank technologischer Fortschritte wurden diese Probleme minimiert, sodass sie eine vielseitige und kostengünstige Option für moderne Durchflussmessanforderungen darstellen.
