درباره فلومترهای توربینی
فلومترهای توربینی از انرژی مکانیکی سیال یا گاز عبوری برای چرخاندن یک روتور (چرخنده) توربین درون جریان سیال داخل کنتور استفاده میکنند. چرخشهای روتور اندازهگیری و محاسبه میشوند تا اندازهگیری نسبی متناسب با سرعت جریان سیال را ارائه دهند. این اصل به خوبی اثبات شده است و لیست موارد کاربرد آن بسیار گسترده است.
نحوه عملکرد فلومترهای توربینی
سیال یا گاز جاری با پره های (تیغه های) روتور توربین درگیر شده و باعث می شود آنها با سرعت زاویه ای متناسب با سرعت جریان سیال بچرخند. سرعت زاویه ای چرخش منجر به ایجاد یک سیگنال الکتریکی (معمولاً از نوع موج سینوسی AC) در پیکاپ (گیرنده) می شود که روی بدنه فلومتر توربین قرار دارد اما به طور معمول با سیال خیس نمی شود. مجموع سیگنال الکتریکی پالس زننده (ضربه ای) مستقیماً به کل جریان، بر اساس داده های کالیبراسیون (تطبیق) ایجاد شده برای آن فلومتر توربین خاص مرتبط است. فرکانس سیگنال مستقیماً به سرعت جریان سیال مربوط می شود. روتور (یا روتورهای دوتایی) تنها قسمت متحرک فلومتر است.
شکل 1: ساختار معمولی فلومتر توربینی
تاریخچه فلومتر توربینی
فلومتر جریان محوری (محور طولی) توربینی در سال 1790 توسط رینهارد ولتمن اختراع شد و یک فلومتر دقیق و قابل اعتماد برای بسیاری از مایعات و گازها است. این فلومتر از یک لوله جریان با اتصالات انتهایی و یک روتور/پروانه چند تیغه ای مغناطیسی با گردش آزاد تشکیل شده است که در داخل لوله، هم جهت با جریان، نصب می شود. روتور توسط یک محور پشتیبانی می شود که روی ستون ها یا تکیه گاه های داخلی نصب شده قرار می گیرد.
نقش اجزای داخلی فلومتر توربینی
-
ستون ها (تکیه گاه ها): در فلومترهای توربینی، ستون ها به گونه ای طراحی شده اند که علاوه بر پشتیبانی از روتور، جریان را نیز راست و یکنواخت کنند (اصلاح کننده جریان عمل می کنند)، این کار باعث تثبیت جریان و به حداقل رساندن اثرات منفی تلاطم و چرخش سیال می شود. ستون ها همچنین محل قرارگیری یاتاقان ها هستند و به سیال اجازه می دهند بوشن ها (یاتاقان های چرب اغلب برای گاز استفاده می شوند) را روغن کاری کند – که طول عمر فلومتر را افزایش می دهد. ستون ها معمولاً توسط حلقه های قفل یا فنرهای حلقوی در هر انتها در جای خود نگه داشته می شوند.
-
روتور: روتور روی یک محور قرار گرفته است که به نوبه خود توسط دو ستون در جریان معلق نگه داشته می شود. با جریان یافتن سیال، نیرویی به “بال های” روتور اعمال می شود. زاویه و شکل بال ها یا تیغه ها نیروی افقی را به نیروی عمودی تبدیل می کند که باعث چرخش می شود. بنابراین، چرخش روتور با نیروی اعمال شده جریان متناسب است. به همین دلیل، به محض اینکه سیال نیروی رو به جلو ایجاد کند، روتور بلافاصله شروع به چرخش می کند. از آنجایی که روتور نمی تواند به تنهایی در سیال بچرخد، به محض اینکه حرکت سیال متوقف شود، متوقف خواهد شد. این امر زمان پاسخ بسیار سریعی را تضمین می کند و فلومتر توربینی را برای کاربردهای حجمی با سرعت کم تا متوسط مناسب می سازد.
-
پیکاپ (گیرنده): یک سنسور گیرنده بالای روتور نصب می شود که معمولاً در بدنه کنتور فرو رفته است، اما همچنان پشت یک “پنجره” از مواد قرار دارد، بنابراین امکان طراحی مدل های فشار بالا را فراهم می کند. هنگامی که تیغه های مغناطیسی از کنار سنسور گیرنده القایی عبور می کنند، برای هر تیغه عبوری یک سیگنال ایجاد می شود. این یک سیگنال پالس (ضربه ای) متناسب با سرعت روتور را ارائه می دهد و نشان دهنده پالس ها بر واحد حجمی و در نتیجه سرعت جریان سیال نیز می باشد. (کالیبراسیون کنتور و در واقع چندین نقطه کالیبراسیون برای یک جدول خطی سازی برای اطمینان از دقت واقعی کنتور ضروری است)
مزایا
- قابلیت اندازهگیری مایعات رقیق و همچنین ویسکوز (مدلهای ویژه برای ویسکوزیته بالا)
- اندازهگیری دقیق و تکرارپذیر با قیمت نسبتاً پایین
- مدلهای دو روتوره با دقت بسیار بالا موجود است
- مدلهای فشار بالا موجود است
- مدلهای جریان گاز به طور گسترده برای کاربردهای انتقال تحویل گاز استفاده میشود
- محدوده تورنداون خوب
- انتخاب گستردهای از مواد
- طیف وسیعی از اندازهها و اتصالات موجود
- مدلهای بهداشتی با تاییدیههای بهداشتی موجود
- مناسب برای کاربردهای دما بالا
- افت فشار کم در سراسر بدنه کنتور
- مدلهای تایید شده توسط مقیاس و اندازهگیری موجود
- مناسب برای مناطق خطرناک
- هزینه مالکیت کم / طراحی اثبات شده
- نصب آسان
- طراحی ساده و اثبات شده امکان تعمیر در محل را تسهیل میکند
- نمایشگر یکپارچه یا از راه دور، حتی مدلهای با باتری قابل حمل
معایب
- جریانهای ضربانی تحمل نمیشوند و بر قرائتها تأثیر میگذارد
- تحت تأثیر پروفیل جریان (نیاز به تهویه جریان به عنوان مثال، طول لوله مستقیم یا دیفیوزر)
- برای مایعات حاوی هوای مخلوط مناسب نیست زیرا منجر به قرائت اشتباه میشود
- برای مایعات مستعد بریدن مناسب نیست
- برای مایعات حاوی ذرات جامد یا آلودگی مناسب نیست (نیاز به فیلتر کردن دارد)
- در اندازههای بزرگ بسیار سنگین هستند
- سیالات ویسکوز برای اندازهگیری مناسب نیستند
- برای جلوگیری از کاویتاسیون به فشار پسار ثابت نیاز دارد
- حساس به تغییرات ویسکوزیته سیال
کاربردهای معمولی
- فلومترهای توربینی اغلب برای اندازهگیری سوختهای فله و روغنهای سبک مناسب هستند. سایر صنایع که از این فلومترها استفاده میکنند عبارتند از هوافضا، آب، شیمیایی، دارویی و مواد غذایی و آشامیدنی.
- علاوه بر اندازهگیری مواد شیمیایی، آب و سوخت، از آنها در عملیات حفاری نفت یا برای اندازهگیری گازهای بسیار سرد استفاده میشود.
- توربینهای جریان بهداشتی با تاییدیه 3A به طور گسترده برای اندازهگیری استفاده میشود.