اساس کار و انواع کاربرد فلومتر ورتکس

فلومترهای ورتکس از یک بدنه بلوف یا سیلندر نصب شده در یک قرقره لوله استفاده می کنند که گرداب های متناوب را در پشت سیلندر ایجاد می کند. فرکانس گرداب متناوب با سرعت سیال متناسب است. فلومتر ورتکس هیچ قطعه متحرکی برای نگهداری یا تعمیر ندارد و سیگنال به صورت الکترونیکی خوانده می شود. سپس به سادگی به فلو ریت تبدیل می شود. فلومتر Vortex با اکثر سیالات تمیز به خوبی کار می کند و محدوده کاربرد مشابهی با فلومتر DP دارد.

اساس کار فلومتر ورتکس

فلومتر ورتکس به فلومتر گردابی یا نوسانی نیز معروف است. از این نوع فلومتر ها برای اندازه گیری ارتعاشات گرداب های پایین دست ناشی از انسداد در جریان جاری استفاده می شود. هر انسداد دارای یک سرعت حیاتی جریان مایع است که در آن ریزش گرداب صورت می گیرد.

این ریزش گرداب در لحظه ای رخ می دهد که مناطق کم فشار متناوب در پایین دست ایجاد شود.
این مناطق فشار پراکنده، مانع را قادر می سازند تا به سمت منطقه کم فشار حرکت کند.
با استفاده از حسگرهایی که گرداب ها را اندازه گیری می کنند، سرعت فلو را می توان به راحتی تشخیص داد.

اجزای اصلی یک فلومتر ورتکس عبارتند از

• بدنه بلوفی که تمام نقاط سوراخی که جریان وجود دار را احاطه کرده است.
• سنسوری برای نشان دادن حضور گرداب و تولید یک ایمپالس الکتریکی.
• یک فرستنده تقویت کننده و تهویه سیگنال که خروجی متناسب با فلو ریت ارائه می دهد.

ویژگی های اصلی فلومتر Vortex

فلومتر ورتکس برای اندازه گیری میزان فلو یا کل فلو مناسب است. استفاده از این فلومتر ها معمولاً برای دوغاب (Slurries) یا مایعات با ویسکوزیته بالا ترجیح داده نمی شود. همچنین استفاده از آنها برای بچینگ یا سایر کاربردهای جریان متناوب هم پیشنهاد نمی شود.

از آنجایی که ویسکوزیته با کاهش عدد رینولدز افزایش می‌یابد، توانایی محدوده فلومتر ورتکس با افزایش ویسکوزیته کاهش می‌یابد. حداکثر حد ویسکوزیته، به عنوان تابعی از دقت و برد پذیری (Rangeability) مجاز، چیزی بین ۸ تا ۳۰ سانتی‌پوایز است.

• در مورد سرویس های گاز و بخار، می توان بردپذیری بهتر از ۲۰:۱ را به دست آورد. در حالی که در کاربردهای مایع با ویسکوزیته پایین، بردپذیری ارائه شده توسط یک فلومتر ورتکس با اندازه مناسب بیش از ۱۰:۱ است.
• در اعداد رینولدز بیش از ۳۰۰۰۰، خطا در اکثر فلومترهای Vortex، نیم الی ۱ درصد ریت است.
• خطای اندازه گیری ورتکس با کاهش عدد رینولدز، افزایش می یابد.
• فلومترهای ورتکس در اندازه های فلنج معمولی از ۱/۲ اینچ تا ۱۲ اینچ موجود هستند.

قیمت فلومتر ورتکس بدنه ویفر (یعنی فلومترهای کم فلنج در مقایسه با ورتکس های دارای فلنج)، ارزان است. با این حال، ورتکس های فلنجی برای کاربردهایی که سیال فرآیند خطرناک است یا در دمای بالا قرار دارد، ایده آل در نظر گرفته می شوند.

امروزه تقریباً تمام فلومتر های ورتکس از سنسورهای پیزوالکتریک یا نوع خازنی برای تعیین نوسان فشار در اطراف بدنه بلوف استفاده می کنند.

فرکانس ریزش ورتکس

فرکانس ریزش ورتکس، همان فرکانس ویبره ای ریزش ورتکس است. این پارامتر فرکانسی است که مستقیماً با سرعت جریان مایع در لوله و در نتیجه با ریت جریان حجمی متناسب است. این مقدار مستقل از خواص سیال مانند چگالی، ویسکوزیته، رسانایی و غیره است. با این تفاوت که جریان باید متلاطم باشد تا ریزش ورتکس رخ دهد. رابطه اصلی بین فرکانس ریزش ورتکس و سرعت سیال در زیر آورده شده است:

St = f(d/V)

در معادله فوق، St نشان‌دهنده عدد استروهال است که یک فاکتور کالیبراسیون بدون بُعد و معمولی است که برای متمایز کردن انواع اجسام بلوف استفاده می‌شود.

سایر پارامترها هم به شرح زیر هستند:

• F = فرکانس ریزش ورتکس
• d = عرض بدنه بلوف
• V = سرعت متوسط ​​سیال

عدد استروهال به طور کلی به عنوان نسبت فاصله بین ریزش ورتکس (l) و عرض بدنه بلوف (d) تعریف می شود. اگر تعداد استروهال دو جسم مختلف بلوف برابر باشد، اساس کار آن‌ها یک روش خواهد بود.

نصب و راه اندازی فلومتر ورتکس

اگر فلومتر ورتکس در جهت عمودی نصب شود، می توانید دستورالعمل های زیر را اجرا کنید:

برای گاز یا بخار، فلو را رو به بالا یا پایین نصب کنید. برای مایعات فلو را رو به بالا نصب کنید. برای بخار و سیالات با محتوای جامد کم، توصیه می شود فلومتر را همراه با تجهیزات الکترونیک در کنار لوله نصب کنید.

• محدوده اندازه موجود:۵ تا ۱۲ اینچ (۱۳ تا ۳۰۰ میلی متر).
• فشار طراحی: ۲۰۰۰ PSIG (138 بار)
• دمای طراحی: – ۳۳۰ تا ۷۵۰ درجه فارنهایت (- ۲۰۱ تا ۴۰۰ درجه سانتیگراد)
• مواد ساخت و ساز: عمدتا فولاد ضد زنگ، برخی از پلاستیک.
• عدم دقت:۵ تا ۱ درصد ریت برای مایعات، ۱ تا ۱٫۵ درصد ریت برای گازها و بخار با خروجی پالس. برای خروجی های آنالوگ، ۰٫۱٪ از مقیاس کامل را اضافه کنید.
• قیمت فلومتر ورتکس در این بخش: واحدهای پلاستیکی و پروب بین ۲۵۰ تا ۱۵۰۰ دلار قیمت دارند. واحدهای فولاد ضد زنگ در اندازه های کوچک حدود ۲۵۰۰ دلار قیمت دارند. هزینه انواع نصب و درج حدود ۳۰۰۰ دلار است.

مزایای استفاده از فلومتر ورتکس

• فلومتر ورتکس فاقد قطعات متحرک است و جزء اندازه گیری کننده آن، ساختاری ساده، عملکردی قابل اعتماد و عمری طولانی دارد.
• فلومتر گردابی محدوده اندازه گیری وسیعی دارد. نسبت چرخش به طور کلی می تواند به ۱:۱۰ برسد.
• دبی حجمی فلومتر گردابی تحت تأثیر پارامترهای حرارتی مانند دما، فشار، چگالی یا ویسکوزیته سیال مورد اندازه گیری قرار نمی گیرد.
• جریان مایعات، گازها یا بخارات را اندازه گیری می کند، کاربردهای بسیار گسترده ای دارد
• باعث کاهش فشار کمی می شود.
• دقت بالا و نگهداری کم

معایب فلومتر ورتکس

معایب فلومتر ورتکس در دو مورد خلاصه می شوند:

• افت فشار کم تا متوسط ​​به دلیل انسداد در مسیر جریان
• برای دبی بسیار کم مناسب نیست.

محدودیت های استفاده از این نوع فلومترها

در بررسی محدودیت ها، این فلومتر ها محدودیت های تقریبا زیادی دارند:

• عملکرد ضد لرزش ضعیفی دارد. ارتعاشات خارجی می تواند باعث خطاهای اندازه گیری در فلومتر ورتکس شود. حتی ممکن است به درستی کار نکنند.
• شوک با سرعت فلو بالای سیال باعث ایجاد ارتعاش در بدنه Vortex می شود که دقت اندازه گیری را کاهش می دهد.
• نمی توان مدیا های کثیف را اندازه گیری کرد.
• هنگام نصب فلومتر ورتکس، نیاز به لوله مستقیم زیاد احساس می شود.
• برای اندازه گیری سیالات با عدد رینولدز کم، مناسب نیستند.
• فاکتور کم سنجش (در مقایسه با فلومتر توربین)
• برای فلو ضربانی مناسب نیست.

مشخصات فنی  فلومتر های vortex

• سیال اندازه گیری: مایع، گاز، بخار اشباع، بخار فوق گرم (از فلو چند فازی و چسب اجتناب کنید)
• دمای فرآیند: -۲۹ تا ۲۵۰ درجه سانتیگراد
• فشار فرآیند: – ۰٫۱ مگاپاسکال با توجه به درجه بندی فلنج

قطر در ورتکس های مختلف:

• ویفر: – ۱۵ تا ۱۰۰ میلی متر
• فلنج: – ۱۵ تا ۴۰۰ میلی متر

دقت در محیط های مختلف:

• مایع: ±۷۵ درصد خواندن (بستگی به عدد رینولدز دارد)
• گاز، بخار: ±۰٪ از خواندن (بستگی به سرعت جریان دارد)

سیگنال خروجی: خروجی آنالوگ، خروجی تماس ترانزیستور (خروجی همزمان امکان پذیر است)

نوع ارتباط: HART 7 / HART 5، BRAIN، FOUNDATION Fieldbus

نوع حفاظت شده در برابر انفجار: TIIS Ex d، FM Ex d / Ex ia، ATEX Ex db / Ex ia، CSA Ex d / Ex ia، IECEx Ex db / Ex ia

راهنمای نصب و راه اندازی فلومتر ورتکس

ابتدا بیایید به این سوال پاسخ دهیم که چرا اندازه طول های مستقیم فلومتر مهم هستند؟

مانند بسیاری از دستگاه های فلو، یک فلومتر Vortex به یک پروفایل سرعت فلو به خوبی توسعه یافته و متقارن نیاز دارد. این پروفایل اگر بخواهد دقت و تکرارپذیری خوبی داشته باشد، باید بدون هرگونه اعوجاج یا چرخش باشد.

برای دستیابی به دقت و تکرارپذیری خوب، قرار دادن دستگاه در فاصله ای از منابع تلاطم، نوعی تمرین استاندارد است. منابع متداول تلاطم عبارتند از: پمپ ها، ولوها، تغییر جهت خط (یعنی خمیدگی)، تغییر در اندازه خط و غیره.

طول های مستقیم فلومتر چگونه تعریف می شوند؟

اکثر تولید کنندگان حداقل فاصله را برای محصولات خاص خود در اختیار کاربر قرار می دهند.
این فواصل که به آنها طول مستقیم گفته می شود، در قطر لوله (D) نشان داده شده است.
به عنوان مثال،
۱۰D به این معنی است که دبی سنج را ده برابر قطر داخلی لوله دور از منبع تلاطم قرار دهید.

از آنجایی که تلاطم در بالادست و پایین دست می تواند دقت را کاهش دهد، سازندگان الزامات طول مستقیم را برای بالادست و پایین دست ورتکس هم فراهم می کنند.

سازندگان مختلف ادعا می کنند که نیازهای متفاوتی را با طول های مستقیم کمتر دارند.
این خود به عنوان یک مزیت برای کاربر نهایی شناخته می شود.
در حالت ایده‌آل، فرستنده فلو باید تا حد امکان با طول لوله مستقیم بالادست و پایین دست، ترجیحاً بیشتر (اصلا کمتر نباشد) از مقدار توصیه شده توسط سازنده قرار گیرد.

جمع بندی بررسی فلومتر ورتکس

به دست آوردن طول های مستقیم لازم می تواند دشوار باشد.
به خصوص در کارخانه هایی با سیستم های فشرده این مورد بیشتر احساس می شود.
بنابراین لازم به یادآوری است که فلومتر های ورتکس را می توان به صورت عمودی، افقی یا در هر زاویه ای نصب کرد.
البته تا زمانی که آنها در حالت سیل نگه داشته شوند.
بنابراین در صورت نصب عمودی، سعی کنید فلو رو به بالا داشته باشید.

اگر فشار و دما را جبران می کنید، ۳ تا ۴ قطر لوله بین کنتور و شیرهای فشار پایین دست بگذارید.
علاوه بر این، ترموول ها باید کوچک باشند و ۵ تا ۶D پایین دست کنتور قرار بگیرند.
به عنوان یک قاعده کلی، طول مستقیم باید تقریباً همان چیزی باشد که برای نصب اوریفیس با نسبت بتا ۰٫۷ لازم است.
برای فهم بیشتر این موضوع درباره اساس کار فلومتر ورتکس، می توانید تصویر زیر را ببینید.