مقدمه ای بر فناوری جریان سنج Vortex

فلومترهای گردابی ابزارهای همه کاره ای هستند که برای اندازه گیری سرعت جریان مایعات، گازها و بخار با تشخیص گردابه های ریخته شده از بدنه بلوف قرار گرفته در مسیر جریان طراحی شده اند. این دستگاه ها از اثر فون کارمان استفاده می کنند، جایی که گرداب ها به طور متناوب در دو طرف بدنه بلوف با فرکانس متناسب با سرعت سیال ایجاد می شوند. این فرکانس توسط سنسورها شناسایی شده و به سیگنال های خروجی استاندارد شده مانند 4-20 میلی آمپر یا پروتکل های دیجیتال (HART، PROFIBUS) برای یکپارچه سازی با سیستم های کنترل تبدیل می شود. فلومترهای گردابی با کاربرد گسترده، قابلیت اطمینان بالا و حداقل نیازهای تعمیر و نگهداری مشخص می شوند و آنها را برای صنایع مختلف از جمله فرآوری شیمیایی، تولید برق، نفت و گاز و تصفیه آب مناسب می کند. طراحی قوی، عدم وجود قطعات متحرک، و مصونیت در برابر تغییرات خواص سیال تحت شرایط خاص به محبوبیت آنها در کاربردهای اندازه‌گیری جریان صنعتی کمک می‌کند.

اصول عملیاتی و مکانیزم های سنجش

شالوده عملیاتی فلومترهای گردابی در پدیده خیابان گرداب فون کارمان نهفته است. هنگامی که مایع از یک جسم بلوف (که به آن نوار ریزش نیز گفته می شود) عبور می کند، گرداب های متناوب در پایین دست تولید می کند. فرکانس ریزش گرداب (f) با سرعت سیال (v) نسبت مستقیم و با عرض بدنه بلوف (d) متناسب است، همانطور که در معادله توضیح داده شده است:

f=St×دvرا

جایی که St نشان‌دهنده عدد استروهال است، یک ثابت بدون بعد که در محدوده وسیعی از اعداد رینولدز ثابت می‌ماند. حسگرهای پیزوالکتریک یا خازنی تعبیه شده در متر، نوسانات فشار ناشی از ریزش گرداب را تشخیص داده و آنها را به سیگنال های الکتریکی تبدیل می کنند. تکنیک های پیشرفته پردازش سیگنال، از جمله الگوریتم های مبتنی بر تبدیل هیلبرت-هوانگ (HHT)، دقت تخمین فرکانس را افزایش می دهد و مقاومت در برابر لرزش خط لوله و تداخل آشفتگی سیال را بهبود می بخشد. فلومترهای گردابی مدرن از پردازنده های سیگنال دیجیتال (DSP) برای تهویه سیگنال بلادرنگ، جبران دما و قابلیت های خود تشخیصی استفاده می کنند.

مشخصات فنی کلیدی و ویژگی های عملکرد

فلومترهای گردابی چندین پارامتر عملکرد کلیدی را نشان می دهند که مناسب بودن آنها را برای کاربردهای خاص تعیین می کند. دقت اندازه گیری معمولاً برای مایعات به ± 0.5٪ - 1٪ و برای گازها و بخار ± 1.5٪ در شرایط مرجع می رسد. بردپذیری (نسبت چرخش) عموماً بین 10:1 تا 20:1 است و برخی از مدل‌ها تا 25:1 می‌رسند و امکان اندازه‌گیری مؤثر در نرخ‌های جریان متفاوت را فراهم می‌کنند. این ابزارها بسته به مدل و مصالح ساختمانی، در محدوده دمایی وسیع (مثلاً 200- تا 400+ درجه سانتیگراد) و درجه بندی فشار تا 420 بار کار می کنند. افت فشار تولید شده توسط گرداب سنج ها به طور کلی کمتر از دستگاه های فشار دیفرانسیل است اما بیشتر از فلومترهای مغناطیسی یا اولتراسونیک است. واحدهای مدرن دارای چندین گزینه خروجی از جمله ارتباطات آنالوگ 4-20 میلی آمپر، پالسی و دیجیتال از طریق HART، PROFIBUS، FOUNDATION Fieldbus یا Ethernet-APL هستند که امکان یکپارچه سازی یکپارچه با سیستم های اتوماسیون صنعتی را فراهم می کند.

سناریوهای کاربردی در سراسر صنایع

فلومترهای گردابی عملکردهای حیاتی را در بخش های صنعتی متعددی انجام می دهند. در فرآوری شیمیایی، جریان های خوراک مواد خام، ورودی های راکتور و انتقال محصول نهایی را با سازه های فولادی ضد زنگ تمام جوش داده شده که محیط های خورنده را مدیریت می کنند، اندازه گیری می کنند. تاسیسات تولید برق از این کنتورها برای اندازه‌گیری جریان بخار در سیستم‌های دیگ بخار و کنترل آب تغذیه استفاده می‌کنند، جایی که توانایی آن‌ها در تحمل دما و فشار بالا عملکرد قابل اعتماد را تضمین می‌کند. صنعت نفت و گاز از گرداب سنج ها برای نظارت بر گاز سوخت، اندازه گیری آب تولیدی، و حسابداری گاز مشعل استفاده می کند و از حداقل نیازهای نگهداری آنها در مکان های دورافتاده بهره می برد. کاربردهای HVAC شامل اندازه گیری جریان آب سرد و گرم برای سیستم های مدیریت انرژی است. علاوه بر این، گرداب سنج ها به طور موثر جریان هوای فشرده و گاز صنعتی را در تاسیسات تولیدی نظارت می کنند و داده های دقیقی را برای بهینه سازی فرآیند و تخصیص هزینه ارائه می دهند.

دستورالعمل‌های نصب و بهترین روش‌ها

نصب مناسب برای عملکرد بهینه فلومتر گردابی حیاتی است. الزامات لوله مستقیم بالادست و پایین دست معمولاً بین 10 تا 30 قطر لوله بسته به اختلالات جریان ناشی از زانویی، شیرها یا پمپ ها متغیر است. کنتور باید به گونه‌ای باشد که شرایط لوله را برای کاربردهای مایع حفظ کند، با توجه ویژه به اجتناب از حفره‌های هوا در تاسیسات افقی. برای اندازه گیری بخار و گاز، تاسیسات باید جریان رو به پایین را در لوله های عمودی اولویت بندی کنند تا از تجمع میعانات جلوگیری شود. حلقه های زمین یا الکترودهای زمین هنگام اندازه گیری سیالات با رسانایی پایین برای دفع بارهای الکترواستاتیک توصیه می شود. برای جلوگیری از خطاهای اندازه گیری، ناهماهنگی لوله ها باید به حداقل برسد و برای جلوگیری از فشار مکانیکی روی محفظه کنتور، پشتیبانی باید ارائه شود. شیرهای جداسازی و خطوط لوله بای پس تعمیر و نگهداری را بدون وقفه در فرآیند تسهیل می کنند، در حالی که آب بندی مناسب و ورودی های مجرای حفاظت از محیط زیست مطابق با طبقه بندی منطقه را تضمین می کند.

مزایا و محدودیت ها در کاربردهای صنعتی

فلومترهای گردابی مزایای قابل توجهی از جمله حداقل تعمیر و نگهداری به دلیل عدم وجود قطعات متحرک، کاربرد وسیع در انواع سیالات و پایداری بدون تغییر در چگالی، فشار یا دما در هنگام اندازه گیری جریان حجمی ارائه می دهند. ساخت ساده آنها قابلیت اطمینان بالا و عمر طولانی را ارائه می دهد، با قابلیت های ارتباط دیجیتال مدرن که امکان تشخیص پیشرفته و پیکربندی از راه دور را فراهم می کند. با این حال، این مترها به حداقل سرعت سیال برای حفظ ریزش گردابی نیاز دارند (معمولاً 0.3-0.5 متر بر ثانیه برای مایعات، 3-5 متر بر ثانیه برای گازها)، که کارایی آنها را در نرخ های جریان بسیار کم محدود می کند. همچنین در کاربردهایی با ارتعاش لوله قابل توجه یا جایی که سیال حاوی ذرات بیش از حدی است که ممکن است بدن بلوف را بپوشاند، مستعد خطاهای اندازه گیری هستند. درک این محدودیت ها برای انتخاب مناسب متر و موفقیت برنامه ضروری است.

تحولات آینده و روندهای فناوری

فن‌آوری فلومتر Vortex با ظهور چندین روند قابل توجه به تکامل خود ادامه می‌دهد. تکنیک‌های پردازش سیگنال دیجیتال پیشرفته نسبت سیگنال به نویز را بهبود می‌بخشد، برد قابل استفاده و ایمنی ارتعاشی را افزایش می‌دهد. قابلیت‌های چند پارامتری اکنون شامل اندازه‌گیری یکپارچه دما و فشار برای محاسبه جریان جرم و نظارت بر انرژی است. ارتباطات به سمت پروتکل‌های Ethernet-APL و بی‌سیم برای ادغام آسان‌تر با معماری‌های صنعتی اینترنت اشیا (IIoT) پیش می‌رود. عیب‌یابی پیشرفت کرده است و شامل قابلیت‌های تشخیص بخار مرطوب و نظارت بر عملکرد در زمان واقعی است که از استراتژی‌های تعمیر و نگهداری پیش‌بینی پشتیبانی می‌کند. سازندگان همچنین در حال توسعه طرح های تخصصی برای کاربردهای چالش برانگیز هستند، از جمله نسخه های پرفشار برای تولید نفت و گاز و مدل های بهداشتی برای صنایع دارویی و غذایی.

-Endress+Hauser

-آلن برادلی

-یوکوگاوا

-MTL

-P+F

-محصولات بیشتر