فلومتر ورتکس (Vortex Flowmeter) یکی از انواع فلومترهای صنعتی است که برای اندازه‌گیری دبی سیالات (مایعات، گازها یا بخارها) استفاده می‌شود. این فلومتر از پدیده‌ی “ول چرخشی” (Vortex Shedding) بهره می‌برد، که در آن جریان سیال با برخورد به یک مانع (معمولاً به‌صورت یک پره یا برجستگی نصب‌شده در جریان) باعث ایجاد چرخش‌های گردابی یا ورتکس می‌شود. این گرداب‌ها به‌طور مستقیم با سرعت جریان سیال ارتباط دارند و برای اندازه‌گیری دبی سیال استفاده می‌شوند.
اصول کار فلومتر ورتکس
فلومتر ورتکس بر اساس پدیده‌ی “ول چرخشی” یا “شیدینگ ورتکس” عمل می‌کند. زمانی که سیال از مقابل یک مانع عبور می‌کند (معمولاً یک لوله یا برجستگی نصب‌شده در مسیر جریان)، سیال به‌طور نوسانی و متناوب به دو طرف مانع تقسیم می‌شود و “گرداب‌ها” یا “ور تکس‌ها” در دو طرف آن تولید می‌شود. این گرداب‌ها در یک الگوی مشخص با فاصله معین از یکدیگر تولید می‌شوند.
- تولید ورتکس: وقتی سیال از مانع عبور می‌کند، در پشت آن، گرداب‌ها به‌طور دوره‌ای تشکیل می‌شوند. این گرداب‌ها به‌طور متناوب از دو طرف مانع رها می‌شوند.
- تشخیص ورتکس: سنسورهایی در نزدیکی مانع نصب می‌شوند که می‌توانند تعداد گرداب‌های ایجادشده در واحد زمان را اندازه‌گیری کنند.
- محاسبه دبی: سرعت تولید ورتکس‌ها به‌طور مستقیم با سرعت جریان سیال ارتباط دارد. با شمارش تعداد ورتکس‌ها در یک دوره زمانی معین و استفاده از یک الگوریتم مشخص، می‌توان دبی جریان سیال را محاسبه کرد.
فرکانس تولید ورتکس‌ها با سرعت جریان سیال متناسب است و این فرکانس می‌تواند برای اندازه‌گیری دبی جریان استفاده شود.
ویژگی‌های فلومتر ورتکس
- دقت بالا: فلومتر ورتکس معمولاً دقت بالایی در اندازه‌گیری دبی جریان سیالات دارد و برای بسیاری از کاربردهای صنعتی مناسب است.
- اندازه‌گیری بدون تماس: این فلومترها نیازی به تماس مستقیم با سیال ندارند و از این رو برای سیالات خورنده، چسبناک یا سمی مناسب هستند.
- انعطاف‌پذیری بالا: فلومتر ورتکس می‌تواند برای انواع مختلف سیالات (مایعات، گازها و بخارها) استفاده شود.
- قابلیت اندازه‌گیری دبی حجمی: این فلومترها قادر به اندازه‌گیری دبی حجمی سیال در سیستم‌های لوله‌کشی هستند.
- ساختار ساده و پایدار: فلومترهای ورتکس از ساختار ساده‌ای برخوردارند و به‌طور معمول به‌دلیل طراحی بدون اجزای متحرک، نگهداری کمتری نیاز دارند.
مزایای فلومتر ورتکس
- طراحی ساده و پایدار: فلومترهای ورتکس از طراحی ساده‌ای برخوردارند و نیازی به اجزای متحرک پیچیده ندارند. این ویژگی باعث می‌شود که این فلومترها برای استفاده در محیط‌های صنعتی سخت بسیار مناسب باشند.
- پاسخ‌دهی سریع: این فلومترها معمولاً به تغییرات جریان سیال به‌سرعت واکنش نشان می‌دهند و به‌راحتی می‌توانند نوسانات جریان را اندازه‌گیری کنند.
- دقت بالا: فلومترهای ورتکس می‌توانند دبی جریان را با دقت بالا اندازه‌گیری کنند، به‌ویژه در جریان‌های با سرعت بالا و در شرایط ثابت.
- مناسب برای سیالات مختلف: فلومترهای ورتکس برای اندازه‌گیری دبی انواع سیالات، از جمله مایعات، گازها و بخارها، مناسب هستند.
- عدم افت فشار: فلومترهای ورتکس برای اندازه‌گیری جریان، هیچ‌گونه افت فشار قابل‌توجهی ایجاد نمی‌کنند و عملکرد جریان سیستم را مختل نمی‌سازند.
معایب فلومتر ورتکس
- حساسیت به تغییرات دما و فشار: فلومترهای ورتکس در برابر تغییرات دما و فشار حساس هستند. در نتیجه، ممکن است نیاز به تنظیمات و تصحیح مقادیر داشته باشند.
- مناسب نبودن برای سیالات چسبناک: در صورت استفاده از فلومتر ورتکس برای سیالات چسبناک یا سیالاتی با ویسکوزیته بالا، دقت اندازه‌گیری کاهش می‌یابد.
- نیاز به لوله صاف و بدون تلاطم: برای اندازه‌گیری دقیق، جریان سیال باید در لوله صاف و بدون تلاطم باشد. اگر جریان دچار چرخش یا تلاطم شدید شود، این امر می‌تواند دقت اندازه‌گیری را تحت تأثیر قرار دهد.
- محدودیت در اندازه‌گیری جریان‌های بسیار کم: فلومترهای ورتکس برای جریان‌های بسیار کم مناسب نیستند و در چنین شرایطی ممکن است دقت کمتری داشته باشند.
انواع فلومتر ورتکس
- فلومتر ورتکس نوع توربینی (Turbine Vortex Flowmeter):
- در این نوع فلومتر، از تیغه‌های توربینی برای تولید و شبیه‌سازی جریان استفاده می‌شود که باعث ایجاد گرداب‌ها یا ورتکس‌ها می‌شود.
- فلومتر ورتکس دیجیتال (Digital Vortex Flowmeter):
- این نوع فلومترها به‌طور معمول از سیستم‌های دیجیتال برای پردازش سیگنال‌های تولید شده از ورتکس‌ها و نمایش دبی جریان استفاده می‌کنند.
- فلومتر ورتکس صنعتی (Industrial Vortex Flowmeter):
- این فلومترها معمولاً برای اندازه‌گیری جریان در صنایع بزرگ مانند صنایع نفت و گاز، پتروشیمی، تولید انرژی و صنایع شیمیایی استفاده می‌شوند.
کاربردهای فلومتر ورتکس
- صنایع نفت و گاز: برای اندازه‌گیری دبی گازها و سیالات در خطوط انتقال نفت و گاز.
- صنایع شیمیایی: برای اندازه‌گیری دبی جریان مواد شیمیایی در فرآیندهای تولید و واکنش.
- صنایع پتروشیمی: برای اندازه‌گیری دبی گازها، مایعات و بخار در فرآیندهای تولید مواد پتروشیمی.
- صنایع دارویی: در اندازه‌گیری دقیق جریان مواد دارویی و شیمیایی در فرآیندهای تولید دارو.
- صنایع غذایی و نوشیدنی: برای اندازه‌گیری دبی مایعات در خطوط تولید و بسته‌بندی مواد غذایی و نوشیدنی.
- نیروگاه‌ها: برای اندازه‌گیری دبی بخار، آب، و سیالات مختلف در فرآیندهای تولید انرژی.
- آب و فاضلاب: برای اندازه‌گیری دبی آب و فاضلاب در سیستم‌های تصفیه و انتقال.
سازندگان مطرح فلومتر ورتکس
- Emerson (Micro Motion)
- Endress+Hauser (Proline)
- Yokogawa (Rotamass)
- Siemens (SITRANS)
- KROHNE (OPTIMASS)
- Brooks Instrument
نکات نصب فلومتر ورتکس
- نصب در محل مناسب: نصب فلومتر ورتکس باید در مکانی باشد که جریان یکنواخت و بدون تلاطم باشد تا دقت اندازه‌گیری حفظ شود.
- ترتیب صحیح لوله‌ها: برای دقت بالاتر، باید اطمینان حاصل شود که لوله‌ها به‌طور مناسب و بدون هیچ‌گونه مانعی نصب شوند.
- نصب سنسورها: سنسورهای ورتکس باید در مکانی مناسب نصب شوند تا قادر به شبیه‌سازی دقیق و شمارش گرداب‌ها باشند.