فلومتر توربین چیست؟

فلومتر توربین از یک چرخ توربین با چرخش آزاد برای اندازه گیری سرعت سیال استفاده می کند، دقیقاً مانند یک آسیاب بادی مینیاتوری که در جریان نصب میشود.

جریان سنج توربین

هدف اساسی طراحی دبی سنج توربین این است که عنصر توربین تا حد امکان آزادانه بچرخد، بنابراین هیچ گشتاوری برای حفظ چرخش توربین مورد نیاز نخواهد بود.

اگر این هدف محقق شود، پره های توربین به سرعت چرخشی (نوک) متناسب مستقیم با سرعت خطی سیال دست خواهند یافت، خواه آن سیال گاز باشد یا مایع:

رابطه ریاضی بین سرعت سیال و سرعت نوک توربین – با فرض شرایط بدون اصطکاک – نسبتی است که توسط مماس زاویه پره توربین تعریف شده است:

کلاس

برای زاویه تیغه ۴۵ درجه، این رابطه ۱:۱ است، با سرعت نوک با سرعت سیال برابر است.

زوایای تیغه کوچکتر (هر تیغه به موازات بردار سرعت سیال نزدیکتر است) باعث می شود که سرعت نوک نسبت کسری از سرعت سیال باشد.

دریافت سرعت نوک توربین با استفاده از حسگر مغناطیسی بسیار آسان است و هر بار که یکی از پره های توربین فرومغناطیسی از کنار آن عبور می کند، یک پالس ولتاژ ایجاد می کند.

به طور سنتی، این سنسور چیزی نیست جز یک سیم پیچ سیم در مجاورت یک آهنربای ثابت، که به آن سیم پیچ یا سیم پیچ برداشته می‌گویند، زیرا عبور پره‌های توربین را «انتخاب» (حس می‌کند).

همچنین ببینید: انیمیشن جریان سنج توربین

شار مغناطیسی از طریق مرکز سیم پیچ افزایش و کاهش می یابد، زیرا عبور پره های توربین فولادی یک بی میلی متفاوت (“مقاومت” در برابر شار مغناطیسی ایجاد می کند و باعث ایجاد پالس های ولتاژی برابر فرکانس می شود. تعداد تیغه هایی که در هر ثانیه عبور می کنند. فرکانس این سیگنال است که نشان دهنده سرعت سیال است، و بنابراین نرخ جریان حجمی.

ساخت جریان سنج توربین

یک مدل نمایشی برش سنج توربین در عکس زیر نشان داده شده است. سنسور تیغه ممکن است بیرون زده از بالای لوله جریان، درست بالای چرخ توربین دیده شود:

به مجموعه‌های پره‌های «تهویه‌کننده جریان» بلافاصله قبل و بعد از چرخ توربین در عکس توجه کنید. همانطور که می توان انتظار داشت، کنتورهای جریان توربین به چرخش در جریان سیال فرآیند بسیار حساس هستند.

به منظور دستیابی به دقت بالا، مشخصات جریان نباید در مجاورت توربین بچرخد، مبادا چرخ توربین سریعتر یا کندتر بچرخد تا نشان دهنده سرعت باشد. یک سیال مستقیم.

حداقل طول لوله مستقیم با ۲۰ قطر لوله در بالادست و ۵ قطر لوله در پایین دست برای جریان سنج های توربین به منظور دفع چرخش ناشی از اختلالات لوله کشی معمول است.

دنده‌های مکانیکی و کابل‌های دوار نیز از گذشته برای اتصال چرخ توربین دبی سنج توربین به نشانگرها استفاده می‌شده است. این طرح‌ها از اصطکاک بیشتری نسبت به طرح‌های الکترونیکی («سیم‌پی‌کاپ») رنج می‌برند،

که به طور بالقوه منجر به خطای اندازه‌گیری بیشتر می‌شود (جریان کمتر از آنچه که وجود دارد نشان داده شده است، زیرا چرخ توربین در اثر اصطکاک کند می‌شود).

اما یکی از مزیت های دبی سنج های مکانیکی توربین، توانایی حفظ کل مصرف گاز با چرخاندن یک کیلومتر شمار ساده است توتالایزر.

این طرح اغلب زمانی استفاده می‌شود که هدف فلومتر ردیابی کل مصرف گاز سوخت (مثلاً گاز طبیعی مورد استفاده در یک مرکز تجاری یا صنعتی) برای صورت‌حساب باشد.

در یک دبی سنج توربین الکترونیکی، جریان حجمی به طور مستقیم و خطی با فرکانس خروجی سیم پیچ پیکاپ متناسب است. ممکن است این رابطه را در قالب یک معادله بیان کنیم:

کلاس

کجا،

f = فرکانس سیگنال خروجی (هرتز، معادل پالس در ثانیه)

Q = سرعت جریان حجمی (به عنوان مثال گالن در ثانیه)

k = ضریب “K” عنصر توربین (به عنوان مثال پالس در هر گالن)

تحلیل ابعادی اعتبار این معادله را تایید می کند.

با استفاده از واحدهای GPS (گالن در ثانیه) و پالس در هر گالن، می بینیم که حاصل ضرب این دو کمیت در واقع پالس در ثانیه (معادل سیکل در ثانیه یا هرتز) است:

کلاس

با استفاده از جبر برای حل جریان (Q)، می بینیم که ضریب فرکانس و ضریب k است که یک دبی حجمی را برای یک دبی سنج توربین به دست می دهد:

کلاس

خطی بودن ذاتی یک دبی سنج توربین یک مزیت فوق العاده نسبت به عناصر جریان غیرخطی مانند لوله های ونتوری و صفحات روزنه ای است زیرا این خطی بودن منجر به نسبت کاهش بسیار بیشتر برای اندازه گیری دقیق جریان می شود. .

در مقایسه با مترهای معمولی نوع روزنه ای که معمولاً به نسبت چرخش در بهترین حالت ۴:۱ است، توربین مترها معمولاً از نسبت چرخش ۱۰:۱ فراتر می روند.

اگر فرکانس سیگنال پیکاپ مستقیماً نرخ جریان حجمی را نشان می‌دهد،

تعداد کل پالس‌های انباشته شده در هر بازه زمانی معین، مقدار حجم سیال (V) عبور داده شده از توربین‌سنج را نشان می‌دهد. در همان بازه زمانی.

ممکن است این را به صورت جبری به عنوان حاصل ضرب متوسط ​​نرخ جریان (Q)، فرکانس متوسط ​​(f)، ضریب k و زمان بیان کنیم:

کلاس

روش پیچیده تری برای محاسبه حجم کل عبور شده از یک توربین متر نیاز به محاسبه دارد که تغییر در حجم را به عنوان انتگرال زمانی فرکانس سیگنال لحظه ای و ضریب k در یک دوره زمانی نشان می دهد. از t = 0 تا t = T:

کلاس

ممکن است به سادگی با استفاده از یک مدار شمارنده دیجیتال برای جمع کردن پالس های خروجی توسط سیم پیچ و یک ریزپردازنده برای محاسبه حجم در هر واحد اندازه گیری که مناسب بدانیم، تقریباً به همان نتیجه برسیم.

همانطور که در مورد عنصر جریان صفحه روزنه ای، استانداردهایی برای استفاده از فلومترهای توربین به عنوان ابزار اندازه گیری دقیق در کاربردهای جریان گاز، به ویژه انتقال گاز طبیعی تهیه شده است.

انجمن گاز آمریکا استانداردی به نام گزارش شماره ۷ منتشر کرده است که نصب دبی سنج های توربین را برای اندازه گیری جریان گاز با دقت بالا به همراه ریاضیات مرتبط برای محاسبه دقیق جریان مشخص می کند.

نرخ بر اساس سرعت توربین، فشار گاز و دمای گاز.

تعادل فشار و دما به دبی مترهای توربین در کاربردهای جریان گاز مربوط می شود زیرا چگالی گاز تابعی قوی از فشار و دما است.

خود چرخ توربین فقط سرعت گاز را حس می کند،

بنابراین این عوامل دیگر باید برای محاسبه دقیق جریان جرمی (یا جریان حجمی استاندارد؛ به عنوان مثال SCFM) در نظر گرفته شوند.

در برنامه های کاربردی با دقت بالا، تعیین ضریب k برای کالیبراسیون دبی سنج توربین.

تغییرات تولیدی از فلومتر به فلومتر دیگر، تکرار دقیق ضریب k را به چالش می‌کشد،

بنابراین یک فلومتر که برای اندازه‌گیری با دقت بالا تعیین شده است،

باید در برابر یک “تأیید کننده جریان” در آزمایشگاه کالیبراسیون آزمایش شود تا به طور تجربی ضریب k آن تعیین شود.

در صورت امکان، بهترین راه برای آزمایش ضریب k جریان سنج برای اتصال پروور به کنتور در محل مورد استفاده است. به این ترتیب، هر گونه اثرات ناشی از لوله کشی قبل و بعد از فلومتر در ضریب k اندازه گیری شده گنجانده می شود.

مقالاتی که ممکن است دوست داشته باشید:

انواع دبی سنج

متر جریان مخروطی V

جریان سنج هدف

MCQ در سنسورهای جریان

در صورت هرگونه سوال و نظر با مجموعه پرگاران تماس حاصل فرمایید.

جهت کسب اطلاعات بیشتر اینجا کلیک کنید.