فلومتر ورتکس (Vortex):
در این روش ابتدا با استفاده از یک مانع در سیال توربولانس یا آشفتگی ایجاد نموده و
فرکانس این آشفتگی نشانگر سرعت سیال می باشد.
فلومتر ورتکس
فلومتر های گردابی (vortex flowmeters) یک نوع از فلومتر هتی نوسانی ( Oscillatory
flowmeter) می باشند. این فلومتر ها از پدیده های فیزیکی ای استفاده می کنند که باعث
ایجاد تغییرات گسسته در برخی پارامترها می شود، به طوری که این پارامتر ها تابعی از
فلو عبوری از فلومتر می باشند.
فلومتر ورتکس تجهیزی برای اندازه گیری جریان سیال عبوری است که بهترین گزینه برای اندازه
گیری جریان است که در آن قطعات متحرک مشکلاتی را ایجاد می کند. آن ها در پروژه های
صنعتی، به صورت استیل برنجی یا تمام پلاستیکی موجود هستند. حساسیت به تغییرات در شرایط
فرآیند کم است و بدون قطعات متحرک سایش نسبتاً کمی در مقایسه با انواع دیگر فلومتر
ها دارد.
فلومتر ورتکس بر اساس اصل ریزش گردابی کار می کنند، جایی که یک گرداب نوسانی زمانی
رخ می دهد که سیالی مانند جریان آب از کنار یک بدنه بلوف (بر خلاف جریان ساده) عبور
کند. فرکانس گردش گرداب ها به اندازه و شکل بادی بستگی دارد. برای برنامه هایی که هزینه
های نگهداری کم اهمیت دارد، ایده آل است. فلومتر های ورتکس در اندازه های مختلف صنعتی
به صورت سفارشی ساخته شده اند و برای کاربرد های خاص نیاز به اندازه مناسب دارند.
مزایای فناوری Vortex ورتکس
فلومتر های ورتکس مزایای زیادی برای اندازه گیری جریان از جمله نصب آسان بدون خطوط
ایمپالس، عدم وجود قطعات متحرک برای نگهداری یا تعمیر، پتانسیل نشت کمتر و محدوده وسیع
دور ریختن ارائه می دهد. فلومتر های ورتکس همچنین مصرف برق بسیار پایینی دارند که امکان
استفاده در مناطق دور افتاده را فراهم می کند.
علاوه بر این، فلومتر ورتکس از این نظر منحصر به فرد است که می تواند مایعات، گازها،
بخار و برنامه های خورنده را در خود جای دهد. فلومتر های ورتکس نیز قادر به تحمل فشار
و دمای زیاد فرآیند هستند.
اثر فون کرمان
فلومتر ورتکس سرعت سیال را با استفاده از یک اصل عملکرد که به عنوان اثر فون کرمان
نامیده می شود، اندازه گیری می کند، که بیان می کند که وقتی جریان از یک بدن بلوف عبور
می کند، یک الگوی تکراری از گرداب های چرخان ایجاد می شود.
در فلومتر ورتکس، انسداد در مسیر جریان، که اغلب به عنوان نوار شیدر نامیده می شود،
به عنوان بدنه بلوف عمل می کند. میله ریزش باعث می شود که سیال فرایند جدا شده و مناطقی
از فشار متناوب متناوب را ایجاد کند که به عنوان گردابها در قسمت پشتی میلگرد ریخته
می شود.
اندازه گیری جریان
گردابها باعث می شوند که یک عنصر سنجش کوچک در پشت یا داخل نوار شیدر با فرکانس خاصی
به جلو و عقب نوسان کند. سرعت سیال کار مستقیماً متناسب با این فرکانس گردابهای ایجاد
شده توسط هندسه منحصر به فرد نوار ریختنی است. با سطح مقطع شناخته شده لوله، می توان
جریان حجمی را محاسبه کرد.
غالباً فلومتر های ورتکس از یک سنسور فشار و یا دما برای دستیابی به اندازه گیری جریان
جرمی جبران شده استفاده می کنند.
طراحی فلومتر ورتکس
فلومتر های ورتکس معمولاً از فولاد ضد زنگ 316 یا هستلوی Hastelloy ساخته شده است و
شامل بدنه بلاف، مجموعه حسگر گردابه و الکترونیک ترانسمیتر است، اگرچه دومی را می توان
از راه دور نیز نصب کرد. آن ها معمولاً در اندازه های فلنجی از 1/2 اینچ تا 12 اینچ
در دسترس هستند. هزینه نصب فلومتر های ورتکس با قیمت فلومتر های دهانه ای در اندازه
های کمتر از شش اینچ قابل رقابت است. فلومتر های بدنه ویفر (بدون فلنج) کمترین هزینه
را دارند، در حالی که فلومتر های فلنجی در صورتی که سیال فرآیند خطرناک باشد یا در
دمای بالا باشد ترجیح داده می شود.
اشکال بدن بلاف (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 بدنه بلاف اندکی متفاوت است. از نظر اندازه،
بدنه بلاف باید عرضی داشته باشد که به اندازه کافی کسری از قطر لوله باشد که کل جریان
در ریزش شرکت کند. ثانیاً، بدنه بلاف 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 بلاف
در جهت جریان باید مضربی معین از عرض بدنه بلاف باشد.
اکثر فلومتر های ورتکس از حسگر های پیزوالکتریک یا نوع خازنی برای تشخیص نوسان فشار
در اطراف بدنه بلاف استفاده می کنند. این آشکارساز ها به نوسان فشار با یک سیگنال خروجی
ولتاژ پایین پاسخ می دهند که فرکانس مشابه نوسان دارد. چنین حسگر هایی مدولار، ارزان،
به راحتی تعویض می‌شوند و می‌توانند در طیف وسیعی از محدوده های دما کار کنند و از
مایعات برودتی گرفته تا بخار فوق گرم را مورد سنجش قرار دهند. سنسور ها می توانند
در داخل بدنه کنتور یا بیرون قرار گیرند. حسگر های خیس شده مستقیماً توسط نوسانات فشار
گردابه ها تحت فشار قرار می گیرند و در محفظه های سخت شده قرار می گیرند تا در برابر
خوردگی و اثرات فرسایش مقاومت کنند.
حسگر های خارجی، معمولاً گیج های فشار پیزوالکتریک، ریزش گرداب را به‌طور غیرمستقیم
از طریق نیروی اعمال‌شده بر میله ریزش حس می‌کنند. سنسور های خارجی در کاربرد های بسیار
فرسایشی و یا حتی خورنده برای کاهش هزینه های نگهداری ترجیح داده می‌شوند، در حالی
که حسگر های داخلی محدوده بهتری را ارائه می‌دهند (حساسیت جریان کم بهتر). 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 ترانسمیتر الکترونیکی، اتصالات پایانه، و در
صورت تمایل یک نشانگر نرخ جریان و یا کل ساز است.
انواع مختلف فلومتر های ورتکس
فلومتر های ورتکی 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 بلاف و تغییرات ضریب
K را زمانی که عدد رینولدز به زیر 10000 می رسد، تصحیح کند.
ترانسمیتر های هوشمند نیز با زیر برنامه های تشخیصی برای سیگنال دهی قطعات یا سایر
خرابی‌ها ارائه می‌شوند. ترانسمیتر های هوشمند می‌توانند روال های آزمایشی را برای
شناسایی مشکلات مربوط به کنتور و برنامه آغاز کنند. این تست های درخواستی همچنین می‌توانند
به تأیید ISO 9000 کمک کنند.
برخی از فلومتر های ورتکس می توانند جریان جرمی را تشخیص دهند. یکی از این طراحی ها
فرکانس گردابی را اندازه گیری می کند و قدرت پالس گرداب به طور همزمان تشخیص می دهند.
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 سنسور های 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 گاز ها 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 ترانسمیتر های جداگانه ارائه
می دهد.
موارد استفاده مشترک فلومتر ورتکس
فلومتر ورتکس برای کاربردهای گوناگون در طیف وسیعی از صنایع از جمله نفت و گاز، پالایش،
شیمیایی و پتروشیمی و غذا و نوشیدنی مناسب است. فلومتر های ورتکس همچنین در کاربردهای
مربوط به بخار از جمله تزریق بخار و اندازه گیری بخار برای سیستمهای انرژی منطقه و
کارخانه های صنعتی برتری دارند.
ایمنی فلومتر ورتکس
برای اندازه گیری های مربوط به ایمنی در برنامه های SIS، فلومتر دو و چهار گرداب با
سنسورهای اضافی و مستقل و وسایل الکترونیکی برای جلوگیری از حالت های متداول خرابی
و خاموش شدن جعلی بسیار مهم است. طراحی فلومتر Vortex بدون گرفتگی و بدون نشت در کاربردهای
شیمیایی خطرناک، به ویژه در مواردی که انتشار گازهای فراری نگران کننده است، ایده آل
است.
فلومتر های ورتکس Redundant برای کاربردها و تاسیسات بحرانی
فلومتر های ورتکس چهارگانه و دوتایی گرداب، آخرین راه حل اضافی را برای ایمنی و نیازهای
ضروری ارائه می دهند.