چه زمانی از فلومتر ورتکس استفاده کنیم؟

انتخاب فناوری اندازه‌گیری جریان مناسب برای خطوط فرآیند صنعتی مستلزم درک روشنی از ویژگی‌های سیال، شرایط عملیاتی، انتظارات تعمیر و نگهداری و اقتصاد کلی کارخانه است. در میان خانواده متنوع دستگاه های اندازه گیری جریان استنباطی، فلومتر گردابی جایگاه برجسته ای در کنترل فرآیند، مدیریت انرژی تاسیسات و شبکه های توزیع سیال دارد. این دستگاه بر اساس اصل فیزیکی بنیادی ریزش گردابی کار می کند، جایی که انسدادی که در یک جریان جاری قرار می گیرد، گرداب های متناوب را با سرعتی که مستقیماً متناسب با سرعت سیال است تولید می کند. درک دقیق زمان تعیین یک فلومتر گردابی بر روی فناوری‌های رقیب، مستلزم ارزیابی مکانیک سیالات، ویژگی‌های رسانه فرآیند، نیازهای سیستم مکانیکی و کل هزینه‌های مالکیت است.

مبانی ریزش گرداب و اصول عملیاتی

شالوده عملیاتی الف فلومتر گردابی متکی به پدیده ای است که در دینامیک سیالات به نام خیابان گرداب فون کارمن مشاهده می شود. هنگامی که یک جسم غیر ساده، که معمولا به عنوان یک بدنه بلوف یا میله شیدر نامیده می شود، در سراسر مسیر جریان در یک لوله قرار می گیرد، سیال نمی تواند به آرامی خطوط مانع را دنبال کند. هنگامی که مایع به بدنه بلوف نزدیک می شود، در اطراف لبه ها شکافته و شتاب می گیرد و یک لایه مرزی موضعی ایجاد می کند. این لایه مرزی از لبه‌های پایین دست انسداد جدا می‌شود و به گرداب‌های چرخشی موضعی معروف به گرداب می‌پیچد. این گرداب ها طرف های متناوب بدنه بلوف را در یک الگوی تناوبی در پایین دست میله ریزش برش می دهند و نوسانات فشار موضعی را در سیال فرآیند ایجاد می کنند.

سرعتی که این گردابه ها از طرف های متناوب میله ریزش می ریزند مستقیماً با سرعت متوسط ​​جریان جریان متناسب است. این رابطه در طیف وسیعی از سرعت‌های جریان قابل پیش‌بینی باقی می‌ماند، مشروط بر اینکه جریان متلاطم باشد. معادله اساسی ریاضی حاکم بر این فرآیند فرکانس ریزش را به سرعت سیال، عرض مشخصه بدنه بلوف و یک ثابت بدون بعد به نام عدد استروهال متصل می کند. فرمول به صورت زیر بیان می شود:

در این فرمول، f فرکانس ریزش گرداب را در هرتز نشان می دهد، St نشان دهنده عدد استروهال بدون بعد است، v سرعت سیال را در سطح مقطع لوله نشان می دهد و d نشان دهنده عرض میله شیدر رو به جریان ورودی است. در محدوده خاصی از اعداد رینولدز، معمولاً بین ده هزار تا هفت میلیون، عدد استروهال تقریباً ثابت می ماند. در نتیجه، فرکانس ریزش یک رابطه خطی با سرعت سیال، مستقل از چگالی، دما، فشار، یا ویسکوزیته در این مرزهای آشفته نشان می‌دهد.

برای تبدیل این نوسانات سیال به سیگنال های الکتریکی قابل استفاده، فلومترهای گردابی از فناوری های حسگر تخصصی واقع در پشت یا ادغام شده در بدنه بلوف استفاده می کنند. سنسورهای پیزوسرامیک اغلب مورد استفاده قرار می‌گیرند، زیرا مستقیماً به تفاوت‌های نیروی مکانیکی کوچک ایجاد شده توسط مراکز گردابی متناوب فشار پایین که از کنار میله ریزش عبور می‌کنند پاسخ می‌دهند. با تشکیل و جدا شدن هر گرداب، نیروی جانبی ظریفی بر بدنه حسگر وارد می‌کند. عنصر پیزوالکتریک این کرنش فیزیکی را به یک پالس ولتاژ متناوب تبدیل می کند. پیکربندی‌های حسگر جایگزین شامل پرتوهای اولتراسونیک است که در مسیر جریان در پایین دست میله شیدر ارسال می‌شوند، جایی که گرداب‌های عبوری سیگنال اولتراسونیک را تعدیل می‌کنند، یا حسگرهای حرارتی که تغییرات اتلاف حرارتی دوره‌ای را تشخیص می‌دهند. الکترونیک پردازش سیگنال مدرن متعاقباً این پالس‌های فرکانس خام را به اندازه‌گیری جریان حجمی تبدیل می‌کند و از الگوریتم‌های فیلتر پیشرفته برای جداسازی سیگنال‌های ریزش معتبر از نویز مکانیکی یا آشفتگی هیدرولیکی اطراف استفاده می‌کند.

کاربردهای صنعتی اولیه برای فلومترهای گردابی

شناسایی سناریوهای ایده آل برای استقرار یک فلومتر گردابی شامل بررسی محیط های فرآیندی است که در آن ویژگی های فیزیکی آن با نیازهای عملیاتی مطابقت دارد. برخی محیط‌های فرآیند و محیط‌های گیاهی به طور نامتناسبی از مکانیک ذاتی اندازه‌گیری ریزش گردابی سود می‌برند.

اندازه گیری بخار اشباع و فوق گرم

شبکه‌های تولید و توزیع بخار یکی از برجسته‌ترین بخش‌های کاربردی برای فلومترهای گردابی هستند. بخار یک سیال چالش برانگیز برای اندازه گیری دقیق به دلیل دمای عملیاتی بالا، فشارهای بالا و شوک حرارتی بالقوه است. دبی سنج های مکانیکی با اجزای دوار در سرویس بخار به دلیل روانکاری ضعیف سیال و تنش های انبساط حرارتی مداوم، سایش سریعی را متحمل می شوند. صفحات روزنه ای و سایر دستگاه های فشار دیفرانسیل در طول زمان تغییر شکل فیزیکی دائمی یا فرسایش لبه را تجربه می کنند که منجر به رانش تدریجی کالیبراسیون و تلفات انرژی پایدار در سراسر عنصر اولیه می شود.

فلومترهای گردابی در کاربردهای اندازه گیری بخار عالی هستند زیرا میله ریزش جامد و غیر متحرک در معرض قرار گرفتن مداوم در برابر بخار فوق گرم و اشباع بدون تخریب مکانیکی مقاومت می کند. رابطه خطی بین سرعت سیال و فرکانس ریزش امکان اندازه گیری دقیق جریان حجمی در شرایط مختلف بار دیگ را فراهم می کند. هنگامی که با جبران فشار و دما پویا ادغام می شود، فلومترهای گردابی چند متغیره مستقیماً جریان جرمی بخار را با استفاده از جداول بخار زمان واقعی برنامه ریزی شده در سیستم عامل فرستنده محاسبه می کنند. این قابلیت واحدهای گرداب را به یک انتخاب استاندارد برای اندازه گیری خروجی دیگ بخار، تخصیص بخار دپارتمان، حلقه های گرمایش حرارتی منطقه ای و هدرهای بخار صنعتی تبدیل می کند.

توزیع گاز صنعتی و هوای فشرده

اندازه‌گیری رسانه‌های گازی به ابزارهایی نیاز دارد که مقاومت هیدرولیکی پایینی داشته باشند و در عین حال دقت را در نوسانات گسترده فشار و دما حفظ کنند. سیستم های توزیع هوای فشرده، خطوط گاز صنعتی مانند نیتروژن، آرگون، اکسیژن و دی اکسید کربن، و همچنین خطوط سوخت گاز طبیعی، اغلب از فلومترهای گردابی برای نظارت بر تاسیسات و حسابداری هزینه استفاده می کنند.

در سرویس هوای فشرده، تشخیص نشت و ارزیابی کارایی کمپرسور نیاز به اندازه‌گیری قابل اعتماد جریان در پروفیل‌های تقاضای متغیر دارد. گرداب سنج ها اندازه گیری های پایداری را بدون تحمیل افت فشار عظیم مرتبط با عناصر اولیه مکانیکی یا محدود کننده ارائه می کنند. از آنجایی که گازها دارای چگالی کم هستند، سرعت جریان بالا برای تولید انرژی دفع گرداب کافی برای فعال کردن حسگرهای داخلی ضروری است. در جریان های گازی با سرعت بالا، فلومترهای گردابی زمان پاسخ سریع، پایداری طولانی مدت استثنایی و انباشت حجمی قابل اعتماد را بدون نیاز به کالیبراسیون مجدد مکانیکی دوره ای ارائه می دهند.

نظارت بر مایعات و میعانات تمیز با ویسکوزیته کم

در حالی که فلومترهای گردابی به طور گسترده برای گازها و بخارات استفاده می شوند، آنها به همان اندازه برای اندازه گیری مایعات تمیز با ویسکوزیته پایین مناسب هستند. آب دیونیزه، برگشت میعانات دیگ بخار، سیالات انتقال حرارت، هیدروکربن های سبک، حلال ها و شبکه های توزیع آب شهری کاربردهای مایع ایده آلی را نشان می دهند. مورد نیاز سیال کلیدی برای اندازه گیری دقیق گرداب مایع این است که ویسکوزیته سینماتیکی به اندازه کافی کم باشد تا جریان آشفته کاملاً توسعه یافته در سرعت های عملیاتی را امکان پذیر کند.

خطوط میعانات مایع در تاسیسات حرارتی یک مورد استفاده فوق العاده قوی را نشان می دهد. سیستم‌های برگشتی میعانات اغلب دارای سنبله‌های جریان متناوب، دمای سیال بالا و فشار خط نوسان هستند. توربین های مایع سنتی تحت این شرایط نامنظم دچار شکست سریع یاتاقان می شوند، در حالی که فلومترهای الکترومغناطیسی نمی توانند سیالات آلی غیر رسانا یا آب دیونیزه شده با خلوص بالا را اندازه گیری کنند. فلومترهای گردابی مستقل از رسانایی الکتریکی سیال عمل می کنند و چرخه حرارتی را بدون سایش مکانیکی تحمل می کنند، که آنها را برای اندازه گیری برگشت میعانات و حلقه های انتقال حرارت مایع بسیار قابل اعتماد می کند.

مدیریت انرژی حرارتی و ردیابی بازده بویلر

ابتکارات بهره وری انرژی در تاسیسات صنعتی به شدت به اندازه گیری دقیق انرژی حرارتی بستگی دارد که اغلب واحد حرارتی بریتانیا یا اندازه گیری کالری نامیده می شود. در این سیستم‌ها، اندازه‌گیری سرعت سیال باید با خوانش دماهای تفاضلی در یک بار گرمایش یا سرمایش برای محاسبه انتقال انرژی حرارتی خالص ترکیب شود.

فلومترهای گرداب مجهز به سنسورهای دمایی یکپارچه و ورودی‌های آشکارساز دمای مقاومت خارجی، راه‌حلی ساده و تک نقطه‌ای برای نظارت بر انرژی حرارتی ارائه می‌کنند. در حلقه‌های گرمایش آب گرم، مدارهای خنک‌کننده آب سرد و سیستم‌های روغن حرارتی، ورتکس‌متر چند متغیره سرعت سیال را اندازه‌گیری می‌کند و همزمان دمای عرضه و برگشت را حس می‌کند. ریزپردازنده داخلی از این ورودی ها در کنار جداول آنتالپی سیال برای محاسبه تحویل توان حرارتی در زمان واقعی و مصرف کل انرژی استفاده می کند. این قابلیت با بی نیازی از فرستنده های جریان جداگانه، فرستنده های دما و رایانه های جریان، هزینه های نصب را کاهش می دهد.

شرایط فنی کلیدی برای انتخاب فلومتر گرداب

انتخاب یک فلومتر گردابی نسبت به فناوری جایگزین توسط پارامترهای عملیاتی خاص در سیستم لوله کشی دیکته می شود. هنگامی که معیارهای مکانیکی، سیال و اقتصادی خاصی همگرا می شوند، فناوری گرداب مزایای عملکردی مشخصی را ارائه می دهد.

سرعت سیال و الزامات عدد رینولدز

پنجره عملیاتی یک جریان سنج گردابی اساساً با سرعت سیال و عدد رینولدز مرتبط در داخل لوله تعریف می شود. یک پروفیل جریان آشفته کاملاً توسعه یافته برای ریزش گردابی پایدار و قابل پیش بینی الزامی است. از نظر عملی، این نیاز به عدد رینولدز بیش از ده هزار تا بیست هزار دارد، بسته به هندسه خاص میله شیدر و بدنه متر.

هنگامی که شرایط فرآیند سرعت سیال را در محدوده توصیه شده حفظ می کند، معمولاً بین نقطه صفر پنج متر در ثانیه و هفت متر در ثانیه برای مایعات، یا بین پنج متر در ثانیه تا هشتاد متر در ثانیه برای گازها و بخار، گرداب سنج ها خطی برتری را ارائه می دهند. ثابت متر، که به عنوان تعداد گرداب های تولید شده در واحد حجم سیال تعریف می شود، در کل این محدوده عملیاتی آشفته ثابت باقی می ماند. مهندسان باید دبی سنج های گردابی را زمانی انتخاب کنند که سرعت خط به راحتی از حداقل آستانه لازم برای شروع ریزش گرداب فراتر رود و اطمینان حاصل شود که تغییرات عملیاتی عادی در ناحیه خطی مدرج دستگاه باقی می ماند.

درجه حرارت و فشار زیاد فرآیند

محیط های فرآیندی که با تغییرات حرارتی شدید یا فشارهای استاتیکی بالا مشخص می شوند، چالش های مهمی را برای بسیاری از فناوری های اندازه گیری جریان ایجاد می کنند. کنتورهای الکترومغناطیسی توسط محدودیت های دمایی مواد داخلی داخلی آنها مانند پلی اورتان، لاستیک یا فلوروپلیمرها محدود می شوند. فلومترهای توربین تحت شیب شدید حرارتی، اتصال مکانیکی یا خستگی یاتاقان تسریع شده را تجربه می کنند.

فلومترهای گردابی با استفاده از بدنه‌های فلزی جامد، معمولاً از فولاد ضد زنگ ریخته‌گری شده، Hastelloy یا فرمول‌های آلیاژی با دمای بالا، بدون مهر و موم داخلی یا واشرهای الاستومری در معرض مسیر سیال ساخته می‌شوند. عناصر حسگر یا در پشت دیافراگم فلزی مهر و موم شده ایزوله شده اند یا در خود میله ریزش فلزی تعبیه شده اند. این طراحی ساختاری فلومترهای گردابی استاندارد را قادر می سازد تا به طور مداوم در دمای فرآیند از سطوح برودتی زیر منفی دویست درجه سانتیگراد تا دمای بالای فرآیند بیش از چهارصد درجه سانتیگراد کار کنند. درجه بندی فشار استاتیک در درجه اول فقط با مشخصات استاندارد فلنج محدود می شود و ورتکس متر را برای خطوط بخار فشار قوی و گاز مناسب می کند.

تقاضا برای بدون قطعات متحرک و حداقل تعمیر و نگهداری

در صنایع فرآیندی مستمر مانند پالایش شیمیایی، تولید برق، و تولید خمیر و کاغذ، تعطیلی تعمیر و نگهداری برنامه‌ریزی نشده بسیار پرهزینه است. فلومترهایی که شامل قطعات متحرک داخلی مانند چرخ دنده ها، پروانه ها یا روتورهای توربین هستند، در معرض سایش فیزیکی، افزایش اصطکاک یاتاقان، ناهماهنگی مکانیکی و آسیب تیغه ها از مواد جامد به داخل می باشند.

فلومترهای گردابی فاقد اجزای داخلی متحرک در جریان سیال هستند. بدنه بلوف به طور دائم در بدنه متر ریخته گری یا جوش داده می شود و در طول عمر عملیاتی خود ثابت می ماند. از آنجایی که فرکانس ریزش کاملاً به ابعاد فیزیکی میله ریزشکن و قطر داخلی لوله بستگی دارد که هر دو ثابت می مانند، دریفت کالیبراسیون در شرایط عملیاتی معمولی رخ نمی دهد. تأسیساتی که به دنبال افزایش چرخه های کالیبراسیون مجدد ابزار به پنج سال یا بیشتر هستند، یا کسانی که به دنبال کاهش برنامه های معمول تعمیر و نگهداری مکانیکی هستند، فلومترهای گردابی را گزینه ای بسیار قابل اعتماد می دانند.

نیاز برای نسبت چرخش گسترده و تکرارپذیری

نسبت چرخش، که به عنوان نسبت حداکثر دبی قابل اندازه‌گیری به حداقل دبی قابل اندازه‌گیری در سطوح دقت مشخص تعریف می‌شود، تعیین می‌کند که یک فلومتر چقدر با تغییرات فصلی یا چرخه تولید کنار می‌آید. سیستم‌های فشار دیفرانسیل سنتی که از صفحات دهانه ثابت استفاده می‌کنند، معمولاً نسبت‌های برگشتی محدودی را بین سه به یک و پنج به یک ارائه می‌دهند، زیرا سیگنال فشار دیفرانسیل با سرعت به صورت درجه دوم کاهش می‌یابد.

فلومترهای گردابی نسبت‌های خطی چرخش ده به یک، پانزده به یک، یا حتی بیست به یک را برای کاربردهای گاز و بخار ارائه می‌کنند، مشروط بر اینکه حداقل نرخ جریان یک عدد رینولدز را بالاتر از مرز آشفته پایین‌تر ایجاد کند. این محدوده عملیاتی گسترده به یک گردابه‌سنج منفرد اجازه می‌دهد تا هم پیک تقاضای تولید و هم جریان‌های پایه ابزار کم پیک را به دقت ردیابی کند. همراه با تکرارپذیری اندازه گیری استثنایی از نقطه صفر یا منفی دو درصد برای مایعات و مثبت یا منفی نقطه صفر پنج درصد برای گازها، گرداب سنج ها عملکرد ثابتی را در پوشش های عملیاتی گسترده ارائه می دهند.

تجزیه و تحلیل مقایسه ای با فن آوری های اندازه گیری جریان جایگزین

ارزیابی گزینه‌های اندازه‌گیری جریان مستلزم مقایسه فلومترهای گردابی با سایر اصول اندازه‌گیری اولیه برای شناسایی شکاف‌های عملکرد، محدودیت‌های مکانیکی و معاوضه اقتصادی است.

مقایسه با دستگاه های فشار دیفرانسیل

اندازه‌گیری فشار تفاضلی، با استفاده از صفحات روزنه‌ای، لوله‌های ونتوری یا لوله‌های پیتوت همراه با فرستنده‌های فشار، در طول تاریخ به عنوان یک روش استاندارد برای اندازه‌گیری جریان گاز و بخار عمل می‌کرده است. با این حال، فلومترهای گردابی مزایای واضحی نسبت به دستگاه‌های فشار تفاضلی در چندین معیار عملیاتی ارائه می‌دهند.

سیستم‌های صفحه اوریفیس به دلیل انقباض ناگهانی جریان، افت فشار دائمی قابل توجهی را در شبکه لوله‌کشی ایجاد می‌کنند که منجر به تلفات مداوم انرژی از افزایش توان پمپاژ یا فشار می‌شود. فلومترهای گردابی به طور قابل توجهی افت فشار دائمی کمتری ایجاد می کنند زیرا بدنه بلوف تنها کسری از کل مقطع لوله را اشغال می کند. علاوه بر این، تاسیسات فشار دیفرانسیل به خطوط ضربه ای، منیفولدهای اولیه، منیفولدهای سه سوپاپ و فرستنده فشار دیفرانسیل نیاز دارند. این خطوط ضربه ای مستعد یخ زدگی، گرفتگی، نشت یا به دام انداختن چگالش هستند و نیاز به توجه مداوم به تعمیر و نگهداری دارند. یک فلومتر گردابی عنصر اولیه و حسگر را در یک محفظه خطی ادغام می کند و خطوط ضربه و مسیرهای نشت مرتبط با آنها را حذف می کند.

مقایسه با متر توربین

فلومترهای توربین، سرعت جریان را با استفاده از روتور چند پره ای که مستقیماً در جریان جریان معلق است، اندازه گیری می کنند. در حالی که توربین‌سنج‌ها دقت عالی و زمان‌های واکنش سریع را در مایعات تمیز و سبک ارائه می‌دهند، آسیب‌پذیری‌های مکانیکی متمایزی را در مقایسه با فلومترهای گردابی ارائه می‌کنند.

یاتاقان های چرخان توربین متر در معرض سایش مکانیکی ناشی از چرخش مداوم، عملکرد ساینده ذرات سیال و خوردگی شیمیایی هستند. در سرویس بخار یا گاز، جریان‌های گذرا سریع می‌توانند به روتور توربین سرعت بیشتری دهند و باعث خستگی مکانیکی یا تخریب فاجعه‌بار تیغه شوند. در مقابل، فلومتر گردابی شامل هیچ قطعه متحرکی برای فرسودگی یا افزایش سرعت نیست. در حالی که یک توربین متر ممکن است در شرایط آزمایشگاهی ایده آل دقت اولیه کمی بالاتری ارائه دهد، گرداب سنج کالیبراسیون کارخانه خود را در طول سال ها عملیات سخت صنعتی بدون تخریب مکانیکی حفظ می کند.

مقایسه با فلومترهای الکترومغناطیسی و التراسونیک

فلومترهای الکترومغناطیسی برای اندازه گیری مایع بسیار موثر هستند و افت فشار صفر و انسداد صفر را در مسیر جریان ارائه می دهند. با این حال، کنتورهای الکترومغناطیسی کاملاً بر اساس قانون القای الکترومغناطیسی فارادی عمل می‌کنند، که لازم است سیال فرآیند دارای رسانایی الکتریکی معمولاً بیشتر از پنج میکروزیمنس بر سانتی‌متر باشد. فلومترهای الکترومغناطیسی نمی توانند حلال های آلی غیر رسانا، آب دیونیزه شده، هیدروکربن ها یا هر گاز و بخار را اندازه گیری کنند. فلومترهای گردابی مستقل از رسانایی سیال عمل می کنند و آنها را برای مایعات غیر رسانا، گازها و خطوط بخار که در آن کنتورهای الکترومغناطیسی نمی توانند کار کنند، مناسب می کند.

فلومترهای التراسونیک، به ویژه پیکربندی های زمان عبور، قابلیت های اندازه گیری جریان غیر نفوذی را ارائه می دهند و در بسیاری از انواع سیالات به طور موثر عمل می کنند. با این حال، بخار با دمای بالا و سیستم‌های گاز فشار بالا چالش‌های فنی قابل توجهی را برای مبدل‌های اولتراسونیک به دلیل تضعیف سیگنال صوتی، تخریب مبدل حرارتی و الزامات پیچیده اتصال صوتی ایجاد می‌کنند. فلومترهای گردابی درون خطی اغلب راه حلی قوی تر، ساده تر و از نظر اقتصادی جذاب برای تاسیسات حرارتی با دمای بالا و خطوط توزیع بخار صنعتی در مقایسه با سیستم های فراصوتی با دمای بالا ارائه می دهند.

ماتریس مقایسه کمی فن‌آوری‌های فلومتر

ماتریس زیر یک ارزیابی مقایسه ای از فناوری های اندازه گیری جریان اولیه در پارامترهای عملیاتی اصلی را بدون تعیین پارامترهای مدل دقیق ارائه می دهد.

ملاحظات مهندسی انتقادی و معیارهای انتخاب

در حالی که فلومترهای گردابی همه کاره هستند، محدودیت های مهندسی خاص باید در مرحله انتخاب و طراحی سیستم رعایت شود تا از عملکرد دقیق و قابل اطمینان اطمینان حاصل شود.

چیدمان لوله و الزامات اجرای مستقیم بالادست

ایجاد یک الگوی ریزش گردابی قابل پیش بینی نیاز به یک پروفیل سرعت کاملاً توسعه یافته و متقارن دارد که وارد بدنه کنتور می شود. جریان چرخشی، پروفیل‌های سرعت تحریف‌شده، یا آشفتگی موضعی ایجاد شده توسط پیکربندی‌های لوله‌کشی بالادست، مستقیماً با تشکیل گرداب تداخل می‌کنند و باعث خطاهای اندازه‌گیری یا از دست دادن کامل سیگنال می‌شوند.

برای ایجاد یک پروفیل جریان ایده آل، فلومترهای گردابی به طول قابل توجهی از لوله مستقیم و بدون مانع در بالادست و پایین دست ابزار نیاز دارند. یک نصب استاندارد معمولاً به حداقل پانزده تا بیست قطر لوله مستقیم در بالادست متر و پنج قطر لوله در پایین دست نیاز دارد. هنگامی که لوله‌کشی بالادست شامل هندسه پیچیده‌ای مانند دو زانویی خارج از صفحه، دریچه‌های کاهنده فشار، یا شیرهای کنترل تا حدی باز باشد، جریان مستقیم بالادست مورد نیاز می‌تواند تا سی و پنج یا چهل قطر لوله گسترش یابد.

هنگامی که محدودیت‌های فضا مانع از ارائه طول لوله مستقیم اجباری می‌شود، مهندسان باید تهویه‌کننده جریان یا صاف‌کننده‌های جریان صفحه سوراخ‌دار در بالادست متر نصب کنند. تهویه‌کننده‌های جریان، چرخش‌های آشفته بزرگ را می‌شکنند و پروفیل سرعت را در یک فاصله فیزیکی کوتاه صاف می‌کنند و امکان اندازه‌گیری دقیق گرداب در لغزش‌های لوله‌کشی فشرده را فراهم می‌کنند.

مرزهای ویسکوزیته و محدودیت های چند فازی

ویسکوزیته سیال تأثیر فیزیکی مستقیمی بر روی عدد رینولدز و جدا شدن لایه مرزی در سراسر میله ریزش دارد. با افزایش ویسکوزیته سیال، نیروهای کششی چسبناک بر نیروهای اینرسی تسلط پیدا می کنند و تشکیل گردابه های متمایز را کاهش می دهند.

هنگام اندازه گیری سیالات چسبناک، حداقل سرعت سیال مورد نیاز برای دستیابی به عدد رینولدز پایدار به طور چشمگیری افزایش می یابد. به عنوان یک قاعده کلی، فلومترهای گردابی برای سیالاتی با ویسکوزیته سینماتیکی زیر ده تا سی سانتی استوک بهینه هستند. مایعات با ویسکوزیته بالاتر باعث می شود فرکانس ریزش غیر خطی شود یا به طور کلی متوقف شود و فلومتر را بی اثر می کند.

سیالات چند فازی مرز عملیاتی دقیق دیگری را نشان می دهند. فلومترهای ورتکس برای سیالات تک فاز طراحی شده اند. وجود بخار مرطوب با انتقال قطرات مایع بالا، حباب های هوای حباب شده در خطوط مایع، یا دوغاب ذرات سنگین، تولید گرداب را مخدوش می کند. قطرات مایعی که به میله ریزش برخورد می‌کنند، سنبله‌های فشار کاذب ایجاد می‌کنند، در حالی که حباب‌های گاز در حین تشکیل گرداب فشرده می‌شوند و پالس‌های فشار مورد نیاز حسگرهای پیزوالکتریک را کاهش می‌دهند. مهندسان فرآیند باید از طریق زهکشی مناسب خط، به دام انداختن بخار یا حذف هوا اطمینان حاصل کنند که سیال در نقطه نصب کنتور تک فاز باقی می ماند.

کاهش ارتعاشات مکانیکی و نویز فرآیند

از آنجایی که حسگرهای گرداب پیزوالکتریک نوسانات فشار میکروسکوپی ناشی از عبور گرداب ها را تشخیص می دهند، می توانند ارتعاشات مکانیکی منتقل شده از طریق شبکه لوله کشی کارخانه را نیز حس کنند. ارتعاش لوله که از پمپ های رفت و برگشتی مجاور، کمپرسورهای هوا، یا ماشین آلات صنعتی سنگین منشأ می گیرد، می تواند سیگنال های فرکانس کاذب را به الکترونیک حسگر وارد کند که منجر به قرائت جریان مصنوعی در زمانی که سیال فرآیند ساکن است یا با سرعت کم حرکت می کند، می شود.

فلومترهای گردابی مدرن از طرح‌های پیچیده حسگر دوگانه و الگوریتم‌های پردازش سیگنال دیجیتال برای کاهش اثرات ارتعاش استفاده می‌کنند. سیستم‌های حسگر دوگانه از یک سنسور مرجع جدا شده از نیروهای سیال برای اندازه‌گیری ارتعاش فیزیکی لوله استفاده می‌کنند و این سیگنال مکانیکی را به صورت الکترونیکی از سنسور جریان اولیه کم می‌کنند. علاوه بر این، پردازنده‌های سیگنال دیجیتال پیشرفته از فیلتر تطبیقی، ردیابی باند فرکانس ریزش مورد انتظار و حذف نویز باند استفاده می‌کنند. هنگام نصب ورتکس متر در محیط های با ارتعاش بالا، مهندسان باید از تکیه گاه های محکم لوله و آویزهای میرایی ارتعاش در بالادست و پایین دست بدنه کنتور برای ایمن سازی خط استفاده کنند.

سنجش چند متغیره و مکانیک جبران جریان جرم

برای رسانه های تراکم پذیر مانند بخار و گازهای صنعتی، اندازه گیری جریان حجمی به تنهایی اغلب برای مدیریت انرژی یا حسابداری تراز جرم کافی نیست. حجم گاز با تغییرات دمای کار و فشار استاتیک به طور چشمگیری تغییر می کند، همانطور که توسط قانون گاز ایده آل و معادلات تراکم پذیری گاز واقعی توضیح داده شده است.

فلومترهای گردابی چند متغیره یک میله ریزش سرعت، یک آشکارساز دمای مقاومت پلاتین ساخته شده و یک مبدل فشار داخلی را در یک اتصال فرآیند یکپارچه می کنند. رایانه جریان داخلی از ورودی‌های دما و فشار زمان واقعی برای ارزیابی مداوم چگالی سیال با استفاده از الگوریتم‌های جدول بخار ASME یا محاسبات ضریب تراکم‌پذیری برای گازهای صنعتی استاندارد استفاده می‌کند. این ادغام چند متغیره خروجی‌های جریان جرم مستقیم را بدون نیاز به فرستنده‌های خارجی، رایانه‌های جریان مجزا، یا سیم‌کشی میدان پیچیده فراهم می‌کند، و به طور قابل‌توجهی دقت اندازه‌گیری جرم کل را بهبود می‌بخشد در حالی که هزینه نصب کلی را کاهش می‌دهد.

بهترین روش های نصب و اندازه گیری

دستیابی به عملکرد بهینه از یک فلومتر گردابی مستلزم رعایت پروتکل های اندازه گیری دقیق و دستورالعمل های دقیق نصب میدانی است.

روش اندازه گیری سرعت جریان در مقابل اندازه خط لوله

یک نظارت مهندسی متداول در هنگام انتخاب گرداب متر، تعیین اندازه ابزاری است که به سادگی با اندازه خط لوله موجود مطابقت دارد. بزرگ کردن یک فلومتر گردابی بر اساس ابعاد خط لوله اغلب منجر به عملکرد ضعیف، به ویژه در دبی‌های پایین می‌شود.

اگر یک خط موجود برای توان عملیاتی واقعی بزرگتر باشد، سرعت سیال ممکن است از حداقل آستانه لازم برای ایجاد ریزش گردابی پایدار پایین بیاید و متر را در اندازه‌گیری دبی‌های پایین‌تر ناتوان کند. روش صحیح مهندسی تعیین اندازه فلومتر گردابی را بر اساس سرعت های محاسبه شده سیال به جای قطر اسمی لوله تعیین می کند. در بسیاری از موارد، بدنه گرداب سنج بهینه یک اندازه کوچکتر از لوله‌کشی فرآیند اطراف است، که به کاهش‌دهنده‌های لوله هم‌مرکز در بالادست و انبساط‌کننده‌های پایین‌دست بدنه متر برای تسریع سرعت سیال در ناحیه ریزش خطی نیاز دارد.

جلوگیری از کاویتاسیون در سرویس مایع و تنظیم قطع جریان کم

در کاربردهای مایع، سرعت سیال با عبور از اطراف انسداد بدنه بلوف افزایش می‌یابد و باعث افت موضعی فشار خط ساکن بلافاصله در مجاورت میله شیدر می‌شود. اگر فشار خط استاتیک کمتر از فشار بخار مایع باشد، تبخیر فلاش موضعی رخ می دهد و حباب های بخار را تشکیل می دهد. هنگامی که این حباب ها به سمت پایین دست به سمت مناطق با فشار بالاتر حرکت می کنند، به شدت فرو می ریزند، فرآیندی مخرب که به عنوان کاویتاسیون شناخته می شود.

کاویتاسیون به شدت به نوار ریزشکن داخلی و عناصر حسگر آسیب می رساند، در حالی که نویز صوتی شدید ایجاد می کند که اندازه گیری گرداب را کاملاً مخدوش می کند. برای جلوگیری از کاویتاسیون، مهندسان باید فشار معکوس پایین دست کافی را در سیستم لوله کشی حفظ کنند. حداقل فشار مورد نیاز خط پایین دست را می توان با استفاده از فشار بخار سیال و افت فشار کل در سراسر کنتور محاسبه کرد. علاوه بر این، تنظیم یک پارامتر قطع جریان کم مناسب در الکترونیک فرستنده از تجمع جریان کاذب ناشی از جریان های همرفت حرارتی یا اغتشاش سیال طولانی در هنگام خاموش شدن پمپ های فرآیند جلوگیری می کند.

محاسبات افت فشار و ضربه هیدرولیک

اگرچه فلومترهای گردابی نسبت به صفحات روزنه استاندارد افت فشار دائمی قابل توجهی کمتری را القا می کنند، اما وجود میله ریزش در جریان جریان باعث ایجاد کشش هیدرولیکی می شود. مهندسان باید این افت فشار دائمی را در مرحله طراحی سیستم محاسبه کنند تا اطمینان حاصل شود که سر پمپ یا فشار منبع گاز کافی در پایین دست باقی می ماند.

افت فشار غیر قابل جبران در یک فلومتر گردابی تابعی از چگالی سیال، سرعت و ضریب درگ ویژه طراحی بدنه بلوف است. در سیستم‌های بخار با سرعت بالا یا حلقه‌های گاز کم فشار، افت فشار بیش از حد می‌تواند فرآیندهای پایین دستی را کاهش دهد یا ظرفیت توزیع کل را کاهش دهد. ابزارهای نرم‌افزار اندازه‌گیری ارائه شده توسط سازندگان فلومتر به مهندسان فرآیند اجازه می‌دهد تا افت فشار را در نرخ‌های جریان مختلف مدل‌سازی کنند و تعادلی بهینه بین حفظ سرعت لازم برای ریزش و به حداقل رساندن مصرف کل انرژی ایجاد کنند.

الزامات نصب فیزیکی و جهت گیری

جهت نصب فیزیکی یک فلومتر گردابی بر دقت اندازه گیری و قابلیت اطمینان مکانیکی بلند مدت، بسته به محیط فرآیندی که اندازه گیری می شود، تأثیر می گذارد.

برای سرویس مایع، لوله کشی عمودی با جریان سیال رو به بالا به شدت توصیه می شود. این جهت گیری عمودی به سمت بالا تضمین می کند که لوله همیشه کاملاً پر از مایع باقی می ماند و از تجمع حباب های هوای حباب شده در بالای بدنه کنتور جلوگیری می کند. اگر خطوط مایع افقی هستند، قطعات الکترونیکی فرستنده باید در کنار یا پایین نصب شوند تا از جمع شدن گاز به درون حفره حسگر جلوگیری شود.

در سرویس گاز و بخار، جهت نصب افقی معمول است. برای خطوط بخار با دمای بالا، گرداب سنج اغلب با سر فرستنده به طرفین یا معکوس به سمت پایین نصب می شود. این موقعیت معکوس به میعانات اجازه می دهد تا در گردنه ایزوله جمع شود و یک مانع حرارتی تشکیل دهد که از محفظه حساس فرستنده الکترونیکی در برابر دمای شدید فرآیند محافظت می کند. خطوط افقی که بخار اشباع را حمل می‌کنند باید دارای تله‌های بخار قوی باشند که مستقیماً در بالادست مسیر مستقیم متر نصب شده‌اند تا به طور مداوم میعانات مایع را حذف کرده و از آسیب چکش آب به میله ریزش جلوگیری کنند.