بررسی و معرفی فلومتر VORTEX

فلومتر ورتکس یک دستگاه اندازه گیری جریان است که برای اندازه گیری جریان مناسب است که در آن معرفی قطعات متحرک مشکلاتی را ایجاد می کند. آنها در رده های صنعتی ، برنجی یا ساخت پلاستیکی موجود هستند. حساسیت به تغییرات در شرایط فرآیند کم است و فاقد قطعات متحرک دارای ساییدگی نسبتاً کمی در مقایسه با سایر انواع فلومتر ها است.فلومتر های ورتکس  تحت اصل ریزش گرداب عمل می کنند ، جایی که گرداب های نوسانی هنگام عبور مایعاتی مانند آب از کنار جسم بلوف (در مقابل جریان ساده) اتفاق می افتد.فرکانس ریختن گردابه ها به اندازه و شکل بدنه بستگی دارد. برای کاربردهایی که هزینه نگهداری پایین مهم است ایده آل است. متر گرداب اندازه صنعتی به صورت سفارشی ساخته شده و برای کاربردهای خاص به اندازه گیری مناسب نیاز دارد.

تئودور فون کارمن ، فیزیکدان مجارستانی-آمریکایی ، اولین کسی است که در توصیف این اثر جایی که یک جسم غیر روان (که به آن جسم بلوف نیز گفته می شود) قرار گرفته در مسیر جریان سریع جریان ، باعث جدا شدن مایع از جسم می شود ، در دو طرف پایین دست آن ، و با جدا شدن لایه مرزی و برگشتن به خودش ، گرداب هایی تشکیل می شود (گرداب نامیده می شود). وی همچنین متذکر شد که فاصله گردابه ها ثابت است و فقط به اندازه سنگ تشکیل دهنده آن بستگی دارد. در کنار بدنه بلوف که گرداب در حال شکل گیری است ، سرعت سیال بیشتر و فشار کمتر است. وقتی گرداب در پایین دست حرکت می کند ، از نظر قدرت و اندازه رشد می کند و در نهایت جدا می شود یا خود را می ریزد. به دنبال آن یک گرداب در طرف دیگر بدن بلوف تشکیل می شود. گردابهای متناوب در فواصل مساوی فاصله دارند.

جریان سنج گرداب معمولاً از فولاد ضد زنگ 316 یا Hastelloy® ساخته شده است و شامل بدنه بلوف ، مونتاژ سنسور گرداب و الکترونیک فرستنده است ، اگرچه دومی را می توان از راه دور نیز نصب کرد. آنها به طور معمول در اندازه های فلنج از 1/2 اینچ تا 12 اینچ در دسترس هستند. هزینه نصب شده متر گرداب با اندازه گیری روزنه در اندازه های زیر شش اینچ قابل رقابت است. کنتورهای بدنه ویفر (بدون فلنج) کمترین هزینه را دارند ، در حالی که کنتورهای فلنج دار اگر مایع فرآیند خطرناک باشد یا در دمای بالا باشد ، ترجیح داده می شوند.

اشکال بدنه بلوف (مربع ، مستطیل ، t شکل ، ذوزنقه ای) و ابعاد برای دستیابی به خصوصیات مورد نظر آزمایش شده است. آزمایش نشان داده است که خطی بودن ، محدودیت تعداد کم رینولدز و حساسیت به  پروفیل سرعت فقط با شکل بدن بلوف اندکی متفاوت است. از نظر اندازه ، بدنه بلوف باید دارای پهنائی باشد که کسری از قطر لوله به اندازه کافی بزرگ باشد که کل جریان در ریختن آن مشارکت داشته باشد. دوم ، بدنه بلوف باید لبه های برجسته ای در سطح بالادست داشته باشد تا خطوط جداسازی جریان را بدون توجه به میزان جریان ، ثابت کند. سوم ، طول بدن بلوف در جهت جریان باید یک ضرب مشخص از عرض بدن بلوف باشد.

اکثر ورتکس ها از حسگرهای پیزوالکتریک یا نوع خازنی برای تشخیص نوسان فشار در اطراف بدنه بلوف استفاده می کنند. این آشکارسازها با یک سیگنال خروجی ولتاژ پایین که فرکانس مشابه نوسان دارد ، به نوسان فشار پاسخ می دهند. چنین سنسورهایی مدولار ، ارزان قیمت هستند ، به راحتی تعویض می شوند و می توانند در دامنه وسیعی از دما کار کنند - از مایعات برودتی گرفته تا بخار بیش از حد گرم. سنسورها می توانند در داخل بدنه کنتور یا خارج قرار بگیرند. حسگرهای مرطوب مستقیماً توسط نوسانات فشار گرداب تحت فشار قرار می گیرند و در موارد سخت شده محصور می شوند تا در برابر اثرات خوردگی و فرسایش مقاومت کنند.

سنسورهای خارجی ، به طور معمول فشارهای پیزوالکتریک ، ریزش گردابه را به طور غیر مستقیم از طریق نیروی وارد شده به میله ریخته گر احساس می کنند. سنسورهای خارجی برای کاهش هزینه های تعمیر و نگهداری در برنامه های بسیار فرسایشی / خورنده ترجیح داده می شوند ، در حالی که سنسورهای داخلی دامنه مناسب تری دارند (حساسیت جریان کم بهتر). همچنین نسبت به ارتعاشات لوله حساسیت کمتری دارند. محفظه الکترونیکی معمولاً دارای درجه انفجار و ضد آب است و شامل ماژول فرستنده الکترونیکی ، اتصالات خاتمه دهنده و به طور اختیاری یک نشانگر سرعت جریان و / یا توتالایزر است.

گرداب سنجهای هوشمند سیگنال خروجی دیجیتالی را ارائه می دهند که اطلاعاتی بیش از سرعت جریان را در خود دارد. ریزپردازنده در جریان سنج می تواند به طور خودکار شرایط کافی لوله مستقیم ، اختلاف بین قطر سوراخ و لوله جفت گیری ، انبساط حرارتی بدنه بلوف و تغییرات فاکتور K را هنگامی که تعداد رینولدز به زیر 10 هزار کاهش می یابد اصلاح کند.فرستنده های هوشمند همچنین با زیرروالهای تشخیصی برای م componentلفه سیگنال یا سایر خرابی ها ارائه می شوند. فرستنده های هوشمند می توانند آزمایش های معمول را برای شناسایی مشکلات هم با کنتور و هم با برنامه شروع کنند. این آزمونهای درخواستی همچنین می توانند در تأیید ISO 9000 کمک کنند.برخی از فلومترهای گرداب می توانند جریان جرم را تشخیص دهند. یکی از این طراحی ها همزمان فرکانس گرداب و قدرت پالس گرداب را اندازه گیری می کند. از این قرائت ها می توان چگالی سیال فرآیند را تعیین کرد و جریان جرم را تا 2٪ دهانه محاسبه کرد. طرح دیگری با چندین سنسور ارائه شده است تا نه تنها فرکانس گرداب ، بلکه دما و فشار مایع فرآیند را نیز تشخیص دهد. بر اساس این داده ها ، هم چگالی و هم میزان جریان جرم را تعیین می کند. این متر هنگام اندازه گیری جریان جرمی مایعات ، 25/1 درصد دقت میزان و برای گازها و بخار 2 درصد دقت سرعت را ارائه می دهد. اگر به دلایل دیگر آگاهی از فشار و دما فرآیند دارای اهمیت باشد ، این متر جایگزینی راحت و کم هزینه برای نصب فرستنده های جداگانه فراهم می کند.

از آنجا که با افزایش ویسکوزیته ، تعداد رینولدز کاهش می یابد ، با افزایش ویسکوزیته ، از دامنه پذیری فلومتر گرداب رنج می برد. حداکثر حد ویسکوزیته ، به عنوان تابعی از دقت و دامنه مجاز ، بین 8 تا 30 سانتی متر است. اگر اندازه گیری گرداب به درستی برای برنامه کاربردی باشد ، می توان دامنه ای بهتر از 20: 1 را برای سرویس بخار و بخار و بیش از 10: 1 را برای برنامه های کاربردی مایع با ویسکوزیته پایین انتظار داشت.عدم صحت اکثر مترهای گرداب برای اعداد رینولدز بالای 30000-1٪ 0/5 درصد است. با کاهش تعداد رینولدز خطای اندازه گیری افزایش می یابد. در تعداد رینولدز کمتر از 10،000 خطا می تواند به 10٪ جریان واقعی برسد.در حالی که اکثر جریان سنج ها در تقریباً جریان صفر به برخی نشانه ها ادامه می دهند ، گرداب سنج دارای نقطه برش است. در زیر این سطح ، خروجی کنتور به طور خودکار در صفر گیر می شود (4 میلی آمپر برای فرستنده های آنالوگ). این نقطه قطع مربوط به عدد رینولدز در کمتر از 10000 است. اگر حداقل دبی که فرد باید اندازه گیری کند حداقل دو برابر جریان قطع است ، مشکلی ایجاد نمی کند. از طرف دیگر ، اگر اطلاعات کم جریان در هنگام راه اندازی ، خاموش شدن یا سایر شرایط ناراحت کننده مورد نظر باشد ، هنوز هم می تواند یک اشکال باشد.

متر گرداب معمولاً برای دسته بندی یا سایر کاربردهای جریان متناوب توصیه نمی شود. این به این دلیل است که تنظیم میزان جریان دریبل ایستگاه دسته ای می تواند به زیر حد حداقل تعداد رینولدز متر برسد. هرچه دسته كل كمتر باشد ، احتمالاً خطای حاصله قابل توجه تر خواهد بود. گازهای کم فشار (چگالی کم) نبض فشار کافی قوی ایجاد نمی کنند ، به خصوص اگر سرعت مایعات کم باشد. بنابراین ، احتمالاً در چنین سرویس هایی دامنه سنج کنتور ضعیف است و جریان کم قابل اندازه گیری نیست. از طرف دیگر ، اگر کاهش دامنه قابل قبول باشد و اندازه گیری کنتور برای جریان طبیعی به درستی باشد ، می توان جریان سنج گرداب را نیز در نظر گرفت.

اگر مایعات فرآیند مانند بدن و لجن و دوغاب تمایل به پوشاندن یا جمع شدن بر روی بدنه بلوف داشته باشد ، در نهایت عامل K متر تغییر می کند. فلومترهای ریزش گرداب برای چنین کاربردهایی توصیه نمی شوند. اگر ، اگر یک مایع کثیف فقط مقادیر متوسطی از مواد جامد غیرپوششی داشته باشد کاربرد قابل قبول است. این امر با آزمایش 2 ساله روی دوغاب سنگ آهک نشان داده شد. در پایان آزمایش ، مشخص شد که عامل K فقط 0.3٪ نسبت به کالیبراسیون اصلی کارخانه تغییر کرده است ، اگرچه بدنه بلوف و جریان لوله به شدت زخم و سوراخ شده است. هنگام اندازه گیری جریان چند فاز (ذرات جامد در گاز یا مایع ؛ حباب های گاز در مایع ؛ قطرات مایع در گاز) ، به دلیل عدم توانایی متر در تمایز بین مراحل ، دقت گرداب کاهش می یابد. بخار مرطوب و بی کیفیت یکی از این موارد است: فاز مایع باید به طور همگن در بخار پراکنده شود و از خطوط جریان عمودی باید جلوگیری شود تا از شل شدن جلوگیری کند. وقتی لوله به صورت افقی باشد ، فاز مایع احتمالاً در کف لوله حرکت می کند و بنابراین باید قسمت داخلی لوله را در پایین باز نگه داشت. با نصب افقی بدنه بلوف می توان به این مهم دست یافت. عدم دقت اندازه گیری در چنین کاربردهایی حدود 5٪ جریان واقعی است ، اما با تکرارپذیری مناسب. افت فشار دائمی از طریق یک گرداب متر تقریباً نیمی از صفحه سوراخ است ، تقریباً دو سر سرعت. (یک سر سرعت به عنوان V2 / g تعریف می شود ، جایی که V سرعت جریان است و g ثابت جاذبه در واحدهای سازگار است.) اگر لوله و متر به اندازه مناسب و در یک اندازه باشند ، افت فشار فقط ممکن است باشد چند psi با این حال ، کوچک سازی (نصب کنتور کوچکتر از اندازه خط) به منظور افزایش رینولدز می تواند افت سر را به بیش از 10 psi برساند. همچنین باید اطمینان حاصل شود که فشار انقباض ورید به زیر فشار بخار سیال فرآیند نزول نمی کند ، زیرا این امر باعث ایجاد حفره می شود. به طور طبیعی ، اگر فشار برگشتی به کنتور زیر فشار بخار باشد ، مایع فرآیند چشمک می زند و قرائت کنتور معنی دار نخواهد بود.

از مزایای اصلی فلومتر های ورتکس ، حساسیت کم آنها به تغییرات شرایط فرآیند و سایش کم نسبت به روزنه ها یا کنتورهای توربین است. همچنین ، هزینه های اولیه و نگهداری کم است. به همین دلایل ، استقبال گسترده تری در بین کاربران پیدا کرده اند.

هنگام نصب جریان سنج گرداب در فرآیند موجود که دامنه جریان مشخص نیست ، توصیه می شود ابتدا اندازه گیری تقریبی (با استفاده از دستگاه های اولتراسونیک pitot قابل حمل یا گیره) انجام شود. در غیر این صورت ، هیچ تضمینی برای کارکرد یک گرداب اندازه خط وجود ندارد. دستگاه گرداب به پروفیل سرعت جریان متقارن و کاملاً متقارن و عاری از هرگونه تحریف یا چرخش نیاز دارد. این امر برای شرطی سازی جریان استفاده از لوله کشی مستقیم و پایین و پایین دست را ضروری می کند. طول مستقیم لوله باید همان اندازه متر باشد و طول آن باید تقریباً همان اندازه مورد نیاز برای نصب روزنه با نسبت بتا 0.7 باشد. اکثر سازندگان فلومتر کوریولیس حداقل 30 قطر لوله در پایین دست شیرآلات کنترل و 3 تا 4 قطر لوله بین متر و شیرهای فشار پایین دست را توصیه می کنند. عناصر دما باید کوچک و در قطر 5 تا 6 پایین دست قرار داشته باشند. تقریباً نیمی از کل نصب گرداب ها به لوله کشی فرآیند بزرگ توسط کاهنده ها و انبساط های متحدالمرکز احتیاج دارند. حتی اگر صاف کننده های جریان نصب شده باشند ، باز هم به برخی از لوله های مستقیم (آرامش بخش) احتیاج است. کنتورهای گرداب را می توان به صورت عمودی ، افقی یا در هر زاویه ای نصب کرد ، به شرطی که زیر آب بمانند. کنتور را می توان با نصب آن در یک خط جریان عمودی به سمت بالا ، آب گرفتگی نگه داشت. هنگام نصب فلومتر در یک جریان پایین یا افقی ، لوله کشی پایین دست باید بالا نگه داشته شود. می توان از شیرهای چک استفاده کرد تا در صورت عدم جریان ، لوله کشی پر از مایع شود. اگر تعویض سنسور در طراحی خاص نیاز به توقف جریان و باز شدن روند داشته باشد ، به شیرهای بلوکی و بای پس نیاز است. فلنج های جفت گیری (طبق برنامه 40 یا برنامه 80 لوله کشی جفت گیری) باید قطر و سوراخ صاف اندازه گیری جریان جریان داشته باشند. فلنج های گردنی جوش داده شده ترجیح داده می شوند و نباید از فلنج های کاهنده استفاده کرد. سطح داخلی لوله جفت گیری باید از مقیاس آسیاب ، گودال ها ، سوراخ ها ، امتیازات تغییر شکل و دست اندازها برای فاصله 4 قطر بالادست و 2 قطر پایین دست متر باشد. سوراخ های کنتور ، واشرها و لوله کشی مجاور باید با دقت در یک راستا قرار بگیرند تا مانع یا مرحله ای از بین برود. لرزش بیش از حد لوله را می توان با پشتیبانی از لوله گذاری در دو طرف متر ، یا چرخش کنتور به طوری که سنسور از سطح لرزش خارج شود ، از بین برد. سر و صدای فرآیند ناشی از پچ پچ شیر ، تله های بخار ، یا پمپ ها می تواند در شرایط جریان صفر باعث قرائت زیاد یا قرائت غیر صفر شود. بیشتر تجهیزات الکترونیکی کنتور تنظیمات فیلتر نویز را افزایش می دهند ، اما افزایش کاهش صدا معمولاً باعث کاهش حساسیت به جریان کم متر می شود. یک گزینه این است که کنتور را به قسمت پر سر و صدایی از فرآیند منتقل کنید.

فرکانس ریزش گرداب مستقیماً با سرعت مایع در لوله متناسب است و بنابراین با سرعت جریان حجمی متناسب است. فرکانس ریزش مستقل از ویژگی های سیال مانند تراکم ، ویسکوزیته ، رسانایی و غیره است ، با این تفاوت که جریان باید برای آشفتگی گرداب متلاطم باشد. رابطه بین فرکانس گرداب و سرعت مایع:

St = f (d / V)

در جایی که St عدد Strouhal است ، f فرکانس ریزش گرداب ، d عرض بدنه بلوف و V متوسط ​​سرعت مایع است. مقدار عدد Strouhal به صورت تجربی تعیین می شود و به طور کلی ثابت می شود که در طیف وسیعی از اعداد رینولدز ثابت است. عدد Strouhal نسبت فاصله بین ریزش گرداب (l) و عرض بدن بلوف (d) را نشان می دهد که حدود شش است از آنجا که دبی حجمی Q محصول میانگین سرعت مایع و سطح مقطع موجود برای جریان (A) است:

Q = AV = (A f d B) / St.

که در آن B عامل انسداد است ، که به عنوان ناحیه باز باقی مانده توسط بدنه بلوف تقسیم شده توسط منطقه سوراخ کامل لوله تعریف می شود. این معادله ، به نوبه خود ، می تواند به صورت زیر بازنویسی شود:

Q = fK

که در آن K ضریب متر است ، برابر با محصول (A f d B). همانند توربین و فلومترهای تولید کننده فرکانس دیگر ، فاکتور K را می توان به صورت پالس در واحد حجم (پالس در هر گالن ، پالس در فوت مکعب و غیره) تعریف کرد. بنابراین ، می توان با شمارش پالس ها در واحد زمان ، دبی را تعیین کرد. فرکانسهای گرداب از یک تا هزار پالس در ثانیه بسته به سرعت جریان ، شخصیت سیال فرآیند و اندازه متر بستگی دارد. در سرویس گاز ، فرکانس ها 10 برابر بیشتر از موارد استفاده در مایعات هستند.

عامل K توسط سازنده ، معمولاً با کالیبراسیون آب در آزمایشگاه جریان تعیین می شود. از آنجا که ضریب K برای کاربردهای مایع ، گاز و بخار یکسان است ، مقدار تعیین شده از کالیبراسیون آب معتبر استبرای هر مایعات دیگر ضریب کالیبراسیون (K) در اعداد متوسط ​​رینولدز به وضوح لبه یا سایر تغییرات ابعادی که بر مترهای روزنه لبه مربع تأثیر می گذارد حساس نیست.اگرچه معادلات گرداب در مقایسه با معادلات صفحات دهانه نسبتاً ساده است ، اما قوانین و ملاحظات زیادی باید در خاطر داشته باشید. سازندگان نرم افزار رایانه ای رایگان را برای اندازه گذاری ارائه می دهند ، بدین وسیله کاربر خصوصیات سیال (چگالی ، ویسکوزیته و دامنه جریان دلخواه) را وارد می کند و برنامه به طور خودکار متر را اندازه می کند.نیروی تولید شده توسط پالس فشار گرداب تابعی از تراکم سیال است که در مربع سرعت سیال ضرب می شود. نیاز به وجود جریان آشفته و نیروی کافی برای تحریک سنسور ، محدوده اندازه گیری متر را تعیین می کند. این نیرو باید به اندازه کافی بالا باشد تا از سر و صدا قابل تشخیص باشد. به عنوان مثال ، یک 2-در معمولی. گرداب سنج دارای دامنه جریان آب 12 تا 230 گرم در دقیقه است. اگر تراکم یا گرانروی سیال با آب متفاوت باشد ، دامنه متر تغییر می کند.به منظور به حداقل رساندن نویز اندازه گیری ، مهم است که یک متر را انتخاب کنید که به اندازه کافی جریانهای حداکثر و حداکثر فرآیند اندازه گیری شده را کنترل کند. توصیه می شود حداقل دبی که باید اندازه گیری شود حداقل دو برابر حداقل دبی قابل اندازه گیری توسط متر باشد. حداکثر ظرفیت کنتور باید حداقل پنج برابر حداکثر دبی پیش بینی شده باشد.

ورتکس سنجهای هوشمند سیگنال خروجی دیجیتالی را ارائه می دهند که اطلاعاتی بیش از سرعت جریان را در خود دارد. ریزپردازنده در جریان سنج می تواند به طور خودکار شرایط کافی لوله مستقیم ، اختلاف بین قطر سوراخ و لوله جفت گیری ، انبساط حرارتی بدنه بلوف و تغییرات فاکتور K را هنگامی که تعداد رینولدز به زیر 10 هزار کاهش می یابد اصلاح کند.فرستنده های هوشمند همچنین با زیرروالهای تشخیصی برای م componentلفه سیگنال یا سایر خرابی ها ارائه می شوند. فرستنده های هوشمند می توانند آزمایش های معمول را برای شناسایی مشکلات هم با کنتور و هم با برنامه شروع کنند. این آزمونهای درخواستی همچنین می توانند در تأیید ISO 9000 کمک کنند.برخی از فلومترهای گرداب که اخیراً معرفی شده اند می توانند جریان جرم را تشخیص دهند. یکی از این طراحی ها همزمان فرکانس گرداب و قدرت پالس گرداب را اندازه گیری می کند. از این قرائت ها می توان چگالی سیال فرآیند را تعیین کرد و جریان جرم را تا 2٪ دهانه محاسبه کرد.طراحی جدیدتر جدید با چندین سنسور ارائه شده است تا نه تنها فرکانس گرداب ، بلکه دما و فشار سیال فرآیند را نیز تشخیص دهد. بر اساس این داده ها ، هم چگالی و هم میزان جریان جرم را تعیین می کند. این متر هنگام اندازه گیری جریان جرمی مایعات ، 25/1 درصد دقت میزان و برای گازها و بخار 2 درصد دقت سرعت را ارائه می دهد. اگر به دلایل دیگر آگاهی از فشار و دما فرآیند دارای اهمیت باشد ، این امر مهم است فلومتر  یک جایگزین مناسب و کم هزینه برای نصب فرستنده های جداگانه فراهم می کند.

لازم به ذکر است که نسخه ها و مدل های مختلفی از این محصولات در بازار موجود است که هر کدام از آنها قیمت های متفاوتی دارند. این تفاوت قیمتی ممکن است کار شما را برای انتخاب سخت تر کند و به همین دلیل باید سعی کنید از افراد متخصص و آشنا به این دستگاه ها کمک بگیرید. در آخر امیدواریم که این مطلب به شناخت شما نسبت به فلومتر ورتکس کمک کرده باشد و حداقل موارد عمومی مرتبط با این مبحث را درک کرده باشید. انتخاب و خرید  فلومتر ورتکس و همچنین نصب آن در فرایند یک موضوع تخصصی است که باید به کمک کارشناسان حرفه ای و افراد آموزش دیده انجام گیرد. تیم فنی مهندسی اینسترو کنترل آماده است اگرسوالی دارید یا در موارد خاصی دچار ابهام شده‌اید، می توانید با کارشناسان ما در تماس باشید.