مرجع تخصصی و رسمی مقالات فلومتر

یاد بگیرید که یک فلومتر Vortex چگونه کار می کند!
فلومتر ورتکس نوعی جریان سنج حجمی است که از یک پدیده طبیعی استفاده می کند که زمانی رخ می دهد که مایعی در اطراف یک جسم بلوف جریان یابد. فلومترهای گردابی بر اساس اصل ریزش گردابی کار می کنند، جایی که گرداب ها (یا گرداب ها) به طور متناوب در پایین دست جسم ریخته می شوند. فرکانس ریزش گرداب مستقیماً با سرعت جریان مایع در متر متناسب است.

فلومترهای گردابی برای اندازه گیری جریان در جایی که معرفی قطعات متحرک مشکلاتی را ایجاد می کند، بهترین گزینه هستند. آنها در ساختمان های صنعتی، برنجی یا تمام پلاستیکی موجود هستند. حساسیت به تغییرات در شرایط فرآیند کم است و بدون قطعات متحرک، سایش نسبتاً کم در مقایسه با انواع دیگر دبی سنج ها است.

تاریخچه گرداب ریختن
تئودور فون کارمن، در حین ماهیگیری در جویبارهای کوهستانی آلپ ترانسیلوانیا، متوجه شد که وقتی یک جسم غیر جریان (که به آن بدن بلوف نیز گفته می شود) در مسیر یک جریان سریع قرار می گیرد، مایع به طور متناوب از آب جدا می شود. جسم در دو سمت پایین دست خود قرار می گیرد و با جدا شدن لایه مرزی و پیچیدن بر روی خود، سیال گرداب هایی را تشکیل می دهد (که گرداب یا گرداب نیز نامیده می شود). او همچنین خاطرنشان کرد که فاصله بین گرداب ها ثابت است و تنها به اندازه سنگی که آن را تشکیل می دهد بستگی دارد.

در سمت بدنه بلوف که در آن گرداب در حال تشکیل است، سرعت سیال بیشتر و فشار کمتر است. همانطور که گرداب به سمت پایین حرکت می کند، قدرت و اندازه آن افزایش می یابد و در نهایت جدا می شود یا می ریزد. به دنبال آن یک گرداب در طرف دیگر بدن بلوف تشکیل می شود (شکل 1). گردابه های متناوب در فواصل مساوی قرار دارند.

تصویر-توضیح کوتاه
شکل 1: محاسبه سرعت جریان ورتکس متر

پدیده گرداب ریزش را می توان به عنوان باد از یک میله پرچم (که به عنوان بدنه بلوف عمل می کند) مشاهده کرد. این همان چیزی است که باعث ایجاد موج منظمی در پرچم می شود. گرداب ها همچنین از پایه های پل، شمع ها، تکیه گاه های سکوی حفاری دریایی و ساختمان های بلند ریخته می شوند. هنگام طراحی این سازه ها باید نیروهای ناشی از پدیده گرداب ریزش در نظر گرفته شود. در یک سیستم لوله کشی بسته، اثر گردابی در چند قطر لوله در پایین دست بدنه بلوف پخش می شود و هیچ آسیبی ایجاد نمی کند.

طراحی ورتکس فلومتر
یک جریان سنج گردابی معمولاً از فولاد ضد زنگ 316 یا Hastelloy ساخته شده است و شامل بدنه بلوف، مجموعه حسگر گردابی و الکترونیک فرستنده است - اگرچه دومی را می توان از راه دور نیز نصب کرد (شکل 2). آنها معمولاً در اندازه های فلنجی از ½ اینچ تا 12 اینچ در دسترس هستند. هزینه نصب ورتکس متر قابل رقابت با مترهای دهانه ای در اندازه های کمتر از شش اینچ است. مترهای بدنه ویفر (بدون فلنج) کمترین هزینه را دارند، در حالی که مترهای فلنجی در صورتی که سیال فرآیند خطرناک باشد یا در دمای بالا باشد ترجیح داده می شود.

تصویر-توضیح کوتاه
شکل 2: سنسور تشخیص گرداب

اشکال بدن بلوف (مربع، مستطیل، تی شکل، ذوزنقه ای) و ابعاد برای دستیابی به ویژگی های مورد نظر آزمایش شده است. آزمایش نشان داده است که خطی بودن، محدودیت عدد رینولدز کم، و حساسیت به اعوجاج پروفیل سرعت تنها با شکل بدن بلوف اندکی متفاوت است. از نظر اندازه، بدنه بلوف باید عرضی داشته باشد که به اندازه کافی کسری از قطر لوله باشد که کل جریان در ریزش شرکت کند. ثانیاً، بدنه بلوف باید دارای لبه های بیرون زده در سطح بالادست باشد تا خطوط جداسازی جریان را بدون توجه به سرعت جریان ثابت کند. سوم، طول بدنه بلوف در جهت جریان باید مضربی معین از عرض بدنه بلوف باشد.

امروزه اکثر گرداب سنج ها از حسگرهای پیزوالکتریک یا نوع خازنی برای تشخیص نوسان فشار در اطراف بدنه بلوف استفاده می کنند. این آشکارسازها به نوسان فشار با یک سیگنال خروجی ولتاژ پایین پاسخ می دهند که فرکانس مشابه نوسان دارد. چنین حسگرهایی مدولار، ارزان هستند، به راحتی جایگزین می شوند و می توانند در طیف وسیعی از محدوده دما - از مایعات برودتی گرفته تا بخار فوق گرم - کار کنند. سنسورها می توانند در داخل بدنه کنتور یا بیرون قرار گیرند. حسگرهای خیس شده مستقیماً توسط نوسانات فشار گرداب تحت فشار قرار می گیرند و در محفظه های سخت شده قرار می گیرند تا در برابر خوردگی و اثرات فرسایش مقاومت کنند.

حسگرهای خارجی، معمولاً گیج‌های فشار پیزوالکتریک، ریزش گرداب را به‌طور غیرمستقیم از طریق نیروی اعمال‌شده بر میله ریزش حس می‌کنند. حسگرهای خارجی در کاربردهای بسیار فرسایشی/خورنده برای کاهش هزینه‌های تعمیر و نگهداری ترجیح داده می‌شوند، در حالی که حسگرهای داخلی محدوده‌پذیری بهتری (حساسیت جریان بهتر) ارائه می‌دهند. همچنین نسبت به ارتعاشات لوله حساسیت کمتری دارند. محفظه لوازم الکترونیکی معمولاً دارای درجه بندی ضد انفجار و آب و هوا است و شامل ماژول فرستنده الکترونیکی، اتصالات پایانه، و در صورت تمایل یک نشانگر نرخ جریان و/یا توتالایزر است.

سبک های جریان سنج گرداب
گرداب سنج های هوشمند سیگنال خروجی دیجیتالی را ارائه می دهند که حاوی اطلاعات بیشتری از نرخ جریان است. ریزپردازنده در فلومتر می تواند به طور خودکار شرایط لوله مستقیم ناکافی، تفاوت بین قطر سوراخ و قطر لوله جفت، انبساط حرارتی بدنه بلوف و تغییرات ضریب K را زمانی که عدد رینولدز به زیر 10000 می رسد، تصحیح کند.

فرستنده‌های هوشمند نیز با زیربرنامه‌های تشخیصی برای سیگنال‌دهی قطعات یا سایر خرابی‌ها ارائه می‌شوند. فرستنده‌های هوشمند می‌توانند روال‌های آزمایشی را برای شناسایی مشکلات مربوط به کنتور و برنامه آغاز کنند. این تست‌های درخواستی همچنین می‌توانند به تأیید ISO 9000 کمک کنند.

برخی از فلومترهای گردابی می توانند جریان جرمی را تشخیص دهند. یکی از این طرح ها فرکانس گرداب و قدرت پالس گرداب را به طور همزمان اندازه گیری می کند. از این قرائت ها، چگالی سیال فرآیند را می توان تعیین کرد و جریان جرمی را تا 2% از دهانه محاسبه کرد.

طراحی دیگری با سنسورهای متعدد برای تشخیص نه تنها فرکانس گرداب، بلکه دما و فشار سیال فرآیند ارائه شده است. بر اساس آن داده ها، هم چگالی و هم نرخ جریان جرمی را تعیین می کند. این متر دقت سرعت 1.25% را هنگام اندازه گیری جریان جرمی مایعات و 2% دقت نرخ را برای گازها و بخار ارائه می دهد. اگر آگاهی از فشار و دمای فرآیند به دلایل دیگر ارزش دارد، این متر یک جایگزین راحت و کم هزینه برای نصب فرستنده های جداگانه ارائه می دهد.

دقت و بردپذیری
از آنجایی که با افزایش ویسکوزیته، عدد رینولدز کاهش می‌یابد، دامنه‌پذیری جریان سنج گردابی با افزایش ویسکوزیته کاهش می‌یابد. حداکثر حد ویسکوزیته، به عنوان تابعی از دقت و بردپذیری مجاز، بین 8 تا 30 سانتی‌پوایز است. اگر ورتکس متر برای کاربرد مناسب اندازه گیری شده باشد، می توان برد پذیری بهتر از 20:1 برای سرویس گاز و بخار و بیش از 10:1 برای کاربردهای مایع با ویسکوزیته پایین را انتظار داشت.

عدم دقت بیشتر گرداب سنج ها 0.5-1% نرخ برای اعداد رینولدز بالای 30000 است. با کاهش عدد رینولدز، خطای اندازه گیری افزایش می یابد. در اعداد رینولدز کمتر از 10000، خطا می تواند به 10 درصد جریان واقعی برسد.

در حالی که بیشتر فلومترها در جریان نزدیک به صفر نشان می دهند، گرداب سنج با یک نقطه قطع ارائه می شود. در زیر این سطح، خروجی متر به طور خودکار روی صفر (4 میلی آمپر برای فرستنده های آنالوگ) بسته می شود. این نقطه برش مربوط به عدد رینولدز در 10000 یا کمتر است. اگر حداقل دبی که باید اندازه گیری شود حداقل دو برابر جریان قطع باشد، مشکلی ایجاد نمی کند. از سوی دیگر، اگر اطلاعات نرخ جریان پایین در هنگام راه اندازی، خاموش شدن یا سایر شرایط ناراحت کننده مورد نظر باشد، همچنان می تواند یک اشکال باشد.

برنامه ها و محدودیت ها
گرداب مترها معمولاً برای کاربردهای بچینگ یا سایر کاربردهای جریان متناوب توصیه نمی شوند. این به این دلیل است که تنظیم نرخ جریان دریبل ایستگاه بچینگ می تواند کمتر از حد حداقل تعداد رینولدز متر باشد. هر چه تعداد کل دسته کوچکتر باشد، احتمال خطای حاصله بیشتر است.

گازهای کم فشار (چگالی کم) پالس فشار کافی قوی تولید نمی کنند، به خصوص اگر سرعت سیال کم باشد. بنابراین، این احتمال وجود دارد که در چنین خدماتی بردپذیری کنتور ضعیف باشد و دبی های کم قابل اندازه گیری نباشد. از طرف دیگر، اگر کاهش برد پذیری قابل قبول باشد و اندازه سنج به درستی برای جریان عادی باشد، هنوز می توان فلومتر گردابی را در نظر گرفت.

اگر سیال فرآیند تمایل به پوشش یا تجمع روی بدنه بلوف داشته باشد، مانند سرویس لجن و دوغاب، در نهایت ضریب K متر را تغییر خواهد داد. فلومترهای گردابی برای چنین کاربردهایی توصیه نمی شود. با این حال، اگر یک سیال کثیف فقط دارای مقادیر متوسطی از مواد جامد غیر پوشش دهنده باشد، احتمالاً کاربرد آن قابل قبول است. این امر با آزمایش 2 ساله روی دوغاب سنگ آهک نشان داده شد. در پایان آزمایش، فاکتور K تنها 0.3 درصد نسبت به کالیبراسیون کارخانه اصلی تغییر کرده است، اگرچه بدنه بلوف و لوله جریان به شدت زخمی و سوراخ شده بودند.

هنگام اندازه‌گیری جریان چند فازی (ذرات جامد در گاز یا مایع، حباب‌های گاز در مایع، قطرات مایع در گاز)، دقت گردابه‌سنج به دلیل ناتوانی متر در تمایز بین فازها کاهش می‌یابد. بخار مرطوب و با کیفیت پایین یکی از این کاربردها است: فاز مایع باید به طور همگن در بخار پراکنده شود و از خطوط جریان عمودی برای جلوگیری از شل شدن باید اجتناب شود. هنگامی که لوله افقی است، فاز مایع احتمالاً در کف لوله حرکت می کند و بنابراین ناحیه داخلی لوله باید در قسمت پایین باز نگه داشته شود. این را می توان با نصب بدنه بلوف به صورت افقی به دست آورد. عدم دقت اندازه گیری در چنین کاربردهایی حدود 5 درصد جریان واقعی است، اما با قابلیت تکرار خوب.

افت فشار دائمی از طریق یک گرداب سنج تقریباً نصف یک صفحه روزنه است، تقریباً دو سر سرعت. (هد سرعت به عنوان V2/g تعریف می شود، که در آن V سرعت جریان و g ثابت گرانشی در واحدهای ثابت است.) اگر اندازه لوله و متر به درستی و به یک اندازه باشد، افت فشار احتمالا تنها خواهد بود. چند psi با این حال، کوچک کردن (نصب یک متر کوچکتر از اندازه خط) به منظور افزایش رینولدز می تواند افت هد را به بیش از 10 psi افزایش دهد. همچنین باید اطمینان حاصل شود که فشار ورید منقبض شده از فشار بخار سیال فرآیند پایین نمی آید، زیرا باعث ایجاد حفره می شود. به طور طبیعی، اگر فشار برگشتی روی کنتور کمتر از فشار بخار باشد، سیال فرآیند چشمک می زند و قرائت کنتور معنی دار نخواهد بود.

مزایای اصلی گرداب سنج ها حساسیت کم آنها به تغییرات در شرایط فرآیند و سایش کم نسبت به روزنه ها یا مترهای توربین است. همچنین هزینه