ابزارانفارسیانگلیسی
تلگرام03136411197
اینستاگرام
ابزار دقيق » فلومتر »فلومتر توربینی

فلومتر توربینی
Turbine Flowmeter

مقدمه


فلومتر توربینی چیست؟ : نوعی دبی سنج سرعت هستند که در انواع کاربردهای صنعتی - از جمله هوافضا، برودتی و انتقال سیال برای اندازه گیری با دقت بالا کاربرد گسترده ای یافته اند. دبی سنج توربینی که توسط راینهارد وولتمن در قرن هجدهم اختراع شد، برای استفاده در مایعات و گازها قابل اعتماد است. معمولا مدل توربینی شامل یک روتور چند پره است که در زوایای قائم نسبت به جریان سیال نصب شده و در جریان سیال بر روی یک یاتاقان آزادانه معلق است. قطر روتور کمی کمتر از قطر داخلی محفظه اندازه گیری است و سرعت چرخش آن متناسب با دبی حجمی است. چرخش توربین را می‌توان توسط دستگاه‌های حالت جامد (رلوکتانس، اندوکتانس، خازنی و پیک‌آپ با اثر هال) یا توسط حسگرهای مکانیکی (دنده یا درایوهای مغناطیسی) تشخیص داد. در رلوکتانس پیک آپ، سیم پیچ یک آهنربای دائمی است و پره های توربین از ماده ای ساخته شده اند که جذب آهنربا می شود. با عبور هر تیغه از سیم پیچ، ولتاژی در سیم پیچ ایجاد می شود (شکل زیر). هر پالس حجم مجزای مایع را نشان می دهد. تعداد پالس ها در واحد حجم را ضریب K متر می گویند.


رلوکتانس پیک آپ

در پیک‌آپ القایی، آهنربای دائمی در روتور تعبیه شده است، یا تیغه‌های روتور از مواد مغناطیسی دائمی ساخته شده‌اند (شکل زیر). همانطور که هر تیغه از سیم پیچ عبور می کند، یک پالس ولتاژ تولید می کند. در برخی از طرح ها، تنها یک تیغه مغناطیسی است و پالس نشان دهنده چرخش کامل روتور است. خروجی‌های رلوکتانس و سیم‌پیچ‌های پیک‌آپ القایی، امواج سینوسی پیوسته با فرکانس قطار پالس متناسب با نرخ جریان هستند. در نرخ های جریان پایین، خروجی (ارتفاع پالس ولتاژ) ممکن است در حد 20 میلی ولت پیک به پیک باشد. انتقال چنین سیگنال ضعیفی در فواصل طولانی توصیه نمی شود. بنابراین، فاصله بین پیکاپ و لوازم الکترونیکی نمایشگر یا پیش تقویت کننده باید کوتاه باشد

اندوکتانس پیک آپ

حسگرهای خازنی با تولید یک سیگنال RF که با حرکت پره های روتور دامنه مدوله می شود، موج سینوسی تولید می کنند. به جای کویل های پیک آپ، از ترانزیستورهای اثر هال نیز می توان استفاده کرد. این ترانزیستورها زمانی که در حضور میدان مغناطیسی با قدرت بسیار کم (در حد 25 گاوس) باشند، حالت خود را تغییر می دهند. در این دبی سنج های توربین، آهنرباهای بسیار کوچکی در نوک پره های روتور تعبیه شده است. روتورها معمولاً از مواد غیر مغناطیسی مانند پلی پروپیلن، رایتون یا PVDF (Kynar) ساخته می شوند. سیگنال خروجی از یک سنسور اثر هال یک قطار پالس موج مربعی است که در فرکانس متناسب با دبی حجمی است. از آنجایی که سنسورهای اثر هال فاقد کشش مغناطیسی هستند، می‌توانند با سرعت جریان کمتر (0.2 فوت بر ثانیه) نسبت به طرح‌های پیک‌آپ مغناطیسی (0.5-1.0 فوت در ثانیه) کار کنند. علاوه بر این، سنسور اثر هال سیگنالی با دامنه بالا (معمولاً یک موج مربعی 10.8 ولتی) ارائه می‌کند که اجازه می‌دهد تا فاصله 3000 فوتی بین سنسور و لوازم الکترونیکی بدون تقویت وجود داشته باشد. در صنعت توزیع آب، دبی سنج های توربین با محرک مکانیکی از نوع Woltman همچنان استاندارد هستند. این توربین مترها از یک قطار دنده ای برای تبدیل چرخش روتور به چرخش شفت عمودی استفاده می کنند. شفت بین لوله اندازه گیری و بخش رجیستر از طریق یک جعبه پرکننده مکانیکی عبور می کند و یک مجموعه رجیستر مکانیکی چرخ دنده ای را می چرخاند تا سرعت جریان را نشان دهد و یک شمارنده توتالایزر مکانیکی را فعال کند. اخیراً، صنعت توزیع آب یک درایو مغناطیسی را به عنوان پیشرفتی در مقایسه با متر توربین‌های محرک مکانیکی با تعمیر و نگهداری بالا اتخاذ کرده است. این نوع کنتور دارای یک دیسک آب بندی بین محفظه اندازه گیری و رجیستر می باشد. در سمت محفظه اندازه گیری، شفت عمودی به جای چرخ دنده، آهنربا را می چرخاند. در سمت رجیستر، یک آهنربای مخالف برای چرخاندن چرخ دنده نصب شده است. این اجازه می دهد تا یک رجیستر کاملاً مهر و موم شده با مکانیزم مکانیکی درایو استفاده شود.

به صورت خلاصه فلومترهای توربینی مکانیزم ساده ای دارند و از یک توربین با پره های مشخص تشکیل شده که در کنار یک سنسور برای مثال پراکسیمتی سوئیچ با هر گردش توربین در اثر عبور جریان و فلو تعدادی پالس تولید میکنند که با کالیبرۀ دستگاه بر اساس مقدار فلو و تعداد پالس ایجاد شده رنج فلومتر بدست می آید .

تغییرات طراحی و ساخت

بیشتر کنتورهای توربین صنعتی از فولاد زنگ نزن آستنیتی (301، 303، 304SS) ساخته می شوند، در حالی که کنتورهای توربین در نظر گرفته شده برای سرویس آب شهری برنز یا چدن هستند. روتور و مواد بلبرینگ برای مطابقت با سیال فرآیند و سرویس انتخاب می شوند. روتورها اغلب از فولاد ضد زنگ و یاتاقان هایی از گرافیت، کاربید تنگستن، سرامیک یا در موارد خاص از یاقوت مصنوعی یا یاقوت کبود ترکیب شده با کاربید تنگستن ساخته می شوند. در تمام موارد، یاتاقان ها و شفت ها به گونه ای طراحی شده اند که حداقل اصطکاک و حداکثر مقاومت در برابر سایش را ایجاد کنند. برخی از طرح های مقاوم در برابر خوردگی از مواد پلاستیکی مانند PVC ساخته شده اند. توربین مترهای کوچک معمولاً توربین های بارستوک نامیده می شوند زیرا در اندازه های 3/4 اینچ تا 3 اینچ از ستون شش ضلعی فولاد ضد زنگ ماشین کاری می شوند. توربین توسط یک یاتاقان بین دو مجموعه آویز آویزان می شود که برای تنظیم جریان نیز عمل می کند. مناسب برای فشار بالا (تا 5000 psig).


دقت فلومتر توربینی


شکل زیر یک منحنی کالیبراسیون توربین متر معمولی را نشان می دهد که رابطه بین جریان و ضریب K (پالس/گالن) را توصیف می کند. دقت کنتورهای توربین معمولاً بر حسب درصد نرخ واقعی (% AR) داده می شود. این متر خاص دارای باند تحمل خطی ± 0.25٪ در محدوده جریان 10:1 و خطی ±0.15٪ در محدوده 6:1 است. تکرارپذیری از ± 0.2٪ تا 0.02 ±٪ در محدوده خطی است.


دقت فلومتر توربینی

از آنجا که ناهماهنگی های جزئی در فرآیند تولید وجود دارد، تمام کنتورهای جریان توربین قبل از حمل و نقل کالیبره می شوند. ضریب K حاصل در پالس در واحد حجم در مشخصات خطی بیان شده متفاوت خواهد بود. با این حال، ثبت چندین K-factor برای بخش‌های مختلف محدوده جریان و تغییر الکترونیکی از یکی به دیگری با تغییر جریان اندازه‌گیری شده امکان‌پذیر است. به طور طبیعی، ضریب K فقط برای سیالی که متر برای آن کالیبره شده است قابل اعمال است. مترهای توربین بارستوک معمولاً خطی تا 0.25% AR در محدوده جریان 10:1 هستند. خطی بودن مترهای بزرگتر ± 0.5% AR در محدوده جریان 10:1 است. کنتورهای توربین دارای یک غیرخطی معمولی (قوز توربین متر، نشان داده شده در شکل 2) در 25-30 درصد پایین محدوده خود هستند. نگه داشتن حداقل مقدار جریان بالاتر از این ناحیه، خطی بودن را در محدوده 0.15٪ در توربین مترهای کوچک و 0.25٪ در توربین مترهای بزرگتر مجاز می کند. اگر بازه 10:1 کافی نباشد، برخی از دبی سنج‌های توربین می‌توانند تا 100:1 چرخش را در صورت کاهش دقت به 1% مقیاس کامل (FS) ارائه دهند.


برای انتخاب چنین فلومتری موارد زیر را در نظر داشته باشید .

  1. رنج فلو
  2. نحوه اتصال
  3. نوع کانکشن
  4. چگالی یا ویسکوزیته سیال
  5. شرایط دمائی سیال
  6. فشار کاری سیال
  7. ماهیت سیال از نظر خورندگی