أصبحت مقاييس التدفق الدوامي خيارًا شائعًا لمجموعة واسعة من التطبيقات عندما يتعلق الأمر بقياس التدفق. سيوفر هذا الدليل فهمًا متعمقًا لمقاييس التدفق الدوامي، بما في ذلك مبادئ عملها وأنواعها ومزاياها وقيودها وتطبيقاتها المختلفة.
إذا كنت مهتمًا أيضًا بمقاييس التدفق المغناطيسي، فإليك المنشور الخاص بها: ما هو مقياس التدفق الكهرومغناطيسي وكيف يعمل
جدول المحتويات
ما هو مقياس التدفق الدوامي؟
مقياس التدفق الدوامي هو نوع من أجهزة قياس التدفق الذي يقيس معدل التدفق الحجمي للسوائل، مثل السوائل والغازات والبخار، من خلال الكشف عن الدوامات المنبعثة من جسم مخادع يتم إدخاله في مجرى التدفق. تشتهر هذه العدادات بدقتها وموثوقيتها وقدرتها على قياس نطاق واسع من معدلات التدفق، مما يجعلها مناسبة لمختلف الصناعات، بما في ذلك النفط والغاز والمعالجة الكيميائية وإدارة المياه ومياه الصرف الصحي وتوليد الطاقة.
مبادئ عمل أجهزة قياس التدفق الدوامي
يعتمد تشغيل مقياس التدفق الدوامي على الظاهرة المعروفة باسم تأثير فون كارمان. عندما يتدفق مائع عبر جسم مخادع - وهو جسم غير انسيابي - تتولد دوامات بالتناوب على جانبي الجسم. تُشكِّل هذه الدوامات نمطًا متكررًا يُعرف باسم شارع دوامة كارمان. يتناسب التردُّد الذي تندفع به هذه الدوامات طرديًّا مع سرعة سريان المائع.
إن العلاقة الأساسية بين تردد تسليط الدوامة (f)، وسرعة المائع (V)، وخصائص الجسم المنفوخ تُعطى برقم ستروهال (St):
ومن خلال قياس تواتر تساقط الدوامة يقوم مقياس التدفق بحساب سرعة المائع. ويوفر ضرب هذه السرعة في مساحة المقطع العرضي للأنبوب معدل التدفق الحجمي. تستخدم معظم مقاييس التدفق الدوامي مستشعرات كهرضغطية أو سعوية أو فوق صوتية للكشف عن تذبذبات الضغط الناتجة عن الدوامات المارة.
أنواع مقاييس التدفق الدوامي
يمكن تصنيف عدادات التدفق الدوامي إلى عدة أنواع بناءً على تصميمها وتركيبها وخصائصها المحددة. فيما يلي الأنواع الأكثر شيوعًا:
- مقاييس التدفق الدوامي المضمنة:
هذه هي أكثر أنواع مقاييس التدفق الدوامي شيوعًا، حيث يتم تركيب المقياس مباشرة في خط الأنابيب. يتم دمج جسم الخادع وأجهزة الاستشعار في جسم مقياس التدفق، والذي يكون حجمه مناسبًا لقطر خط أنابيب معين. وهي مناسبة لقياسات التدفق الدقيقة في كل من الأنابيب الصغيرة والكبيرة.
- مقاييس التدفق الدوامي الإدخالي:
تتميز مقاييس التدفق الدوامي الإدخالي بتصميم مسبار، حيث يتم إدخال جسم الخدعة والمستشعر في خط الأنابيب من خلال فتحة صغيرة. تُستخدم هذه العدادات عادةً في خطوط الأنابيب الكبيرة حيث يكون تركيب عداد مضمن غير عملي أو مكلفًا. وهي فعالة من حيث التكلفة ومناسبة لقياس التدفق في الأنابيب الكبيرة ذات النطاق الواسع من الأقطار.
- مقاييس التدفق الدوامي المشبكي:
وهي مقاييس تدفق دوامة غير تدخلية يتم تثبيتها على الجزء الخارجي من الأنبوب. وتستخدم أجهزة استشعار بالموجات فوق الصوتية للكشف عن تساقط الدوامة وهي مثالية للتطبيقات التي لا يمكن فيها قطع التدفق أو حيث لا يمكن اختراق مادة الأنبوب. تُستخدم عادةً في إعدادات قياس التدفق المؤقت أو عند تعديل الأنظمة الحالية.
مزايا أجهزة قياس التدفق الدوامي
تقدم أجهزة قياس التدفق الدوامي العديد من المزايا التي تجعلها الخيار المفضل في العديد من التطبيقات الصناعية:
- تعدد الاستخدامات:
يمكن لمقاييس التدفق الدوامي قياس تدفق السوائل والغازات والبخار، مما يجعلها متعددة الاستخدامات لمختلف التطبيقات.
- دقة وتكرار عاليان:
توفر هذه العدادات قياسات تدفق دقيقة وقابلة للتكرار بأقل قدر من الانجراف بمرور الوقت، مما يجعلها موثوقة للعمليات الحرجة.
- صيانة منخفضة:
مع عدم وجود أجزاء متحركة، تتطلب عدادات التدفق الدوامي صيانة أقل مقارنةً بأجهزة قياس التدفق الأخرى مثل التوربينات أو عدادات الإزاحة الإيجابية. وهذا يقلل أيضًا من مخاطر البلى والتلف، مما يزيد من عمرها الافتراضي.
- نطاق واسع من معدلات التدفق:
مقاييس التدفق الدوامي قادرة على قياس نطاق واسع من معدلات التدفق، من السرعات المنخفضة إلى العالية، مما يجعلها مناسبة للمتطلبات الصناعية المختلفة.
- غير متأثر بخصائص السوائل:
لا تتأثر دقة القياس في مقاييس التدفق الدوامي بشكل كبير بالتغيرات في خواص السوائل مثل اللزوجة أو الكثافة أو درجة الحرارة، مما يجعلها قوية في ظروف المعالجة المتغيرة.
- مناسبة لتطبيقات درجات الحرارة العالية والضغط العالي:
صُممت العديد من مقاييس التدفق الدوامي لتحمل درجات الحرارة والضغوط العالية، مما يجعلها مثالية للتطبيقات التي تتضمن البخار والسوائل الساخنة.
حدود أجهزة قياس التدفق الدوامي
على الرغم من مزاياها العديدة، إلا أن أجهزة قياس التدفق الدوامي لها بعض القيود التي يجب أخذها في الاعتبار عند اختيارها لتطبيق معين:
- الحد الأدنى من متطلبات التدفق:
أجهزة قياس التدفق الدوامي لها حد أدنى للتدفق لا يمكنها قياس التدفق تحته بدقة. وهذا يجعلها غير مناسبة لمعدلات التدفق المنخفضة جدًا أو التطبيقات التي يمكن أن يكون التدفق فيها متقطعًا أو منخفضًا للغاية.
- الحساسية للاهتزاز:
يمكن أن تكون هذه العدادات حساسة لاهتزازات الأنابيب، مما قد يتسبب في حدوث أخطاء في قياس التدفق. هناك حاجة إلى التركيب والدعم المناسبين لتقليل تأثير الاهتزازات.
- انخفاض الضغط:
يؤدي وجود جسم مخادع في مجرى التدفق إلى انخفاض الضغط، والذي يمكن أن يكون مصدر قلق في بعض التطبيقات. عادة ما يكون انخفاض الضغط هذا صغيرًا ولكن يجب أن يؤخذ في الحسبان في الأنظمة الحساسة لفقد الضغط.
- متطلبات الأنابيب المستقيمة:
لتحقيق قياسات دقيقة، تتطلب عدادات التدفق الدوامي طولًا معينًا من الأنابيب المستقيمة في أعلى وأسفل المقياس. وهذا يمكن أن يحد من تركيبها في المساحات التي لا تتوفر فيها أنابيب مستقيمة.
- غير مناسب للسوائل عالية اللزوجة:
لا تُعد مقاييس التدفق الدوامي مثالية لقياس تدفق السوائل عالية اللزوجة، حيث إن اللزوجة العالية تعيق تكوين الدوامات مما يؤدي إلى قياسات غير دقيقة.
تطبيقات أجهزة قياس التدفق الدوامي
تُستخدم مقاييس التدفق الدوامي في مجموعة كبيرة من الصناعات نظرًا لتعدد استخداماتها وموثوقيتها. وتشمل بعض التطبيقات الشائعة ما يلي:
- صناعة النفط والغاز:
تُستخدم مقاييس التدفق الدوامي على نطاق واسع في صناعة النفط والغاز لقياس تدفق الغاز الطبيعي والبخار والسوائل في مختلف العمليات. وهي مفيدة بشكل خاص في قياس تدفق البخار لعمليات الاستخلاص المعزز للنفط.
- صناعة الكيماويات والبتروكيماويات:
في المصانع الكيميائية، تُستخدم مقاييس التدفق الدوامي لقياس تدفق مختلف المواد الكيميائية والغازات والسوائل. إن قوتها وتوافقها مع أنواع السوائل المختلفة تجعلها خيارًا ممتازًا لمثل هذه التطبيقات.
- إدارة المياه ومياه الصرف الصحي:
تُستخدم عدادات التدفق الدوامي بشكل شائع في محطات معالجة المياه ومياه الصرف الصحي لقياس تدفق المياه والعجائن والسوائل الأخرى. وهي مفيدة بشكل خاص لمراقبة التدفق في الأنابيب الكبيرة والقنوات المفتوحة.
- التدفئة والتهوية وتكييف الهواء وأتمتة المباني:
في أنظمة التدفئة والتهوية وتكييف الهواء (HVAC)، تُستخدم عدادات التدفق الدوامي لقياس تدفق الماء والبخار والهواء لإدارة الطاقة بكفاءة وتحسين النظام.
- توليد الطاقة:
تُستخدم عدادات التدفق الدوامي على نطاق واسع في محطات توليد الطاقة لقياس تدفق البخار ومياه التبريد، وكذلك الغاز الطبيعي، في التوربينات والغلايات. وهي فعالة بشكل خاص في تطبيقات درجات الحرارة العالية والضغط العالي.
- صناعة الأغذية والمشروبات:
في صناعة الأغذية والمشروبات، تُستخدم مقاييس التدفق الدوامي لقياس تدفق السوائل مثل الماء والعصائر والسوائل الأخرى. وهي مفضلة لتصميماتها الصحية وتوافقها مع عمليات التنظيف المكاني (CIP).
- صناعة الأدوية:
تُستخدم مقاييس التدفق الدوامي لقياس تدفق السوائل والغازات المختلفة في عمليات تصنيع المستحضرات الصيدلانية. تساعد دقتها وموثوقيتها في الحفاظ على التحكم الدقيق في تدفق السوائل في التطبيقات الحرجة.
تعد مقاييس التدفق الدوامي أداة قيمة في التطبيقات الصناعية الحديثة نظرًا لتعدد استخداماتها ودقتها وموثوقيتها. وبفضل قدرتها على قياس تدفق السوائل والغازات والبخار، فإنها توفر مجموعة من الفوائد، بما في ذلك انخفاض الصيانة والدقة العالية والملاءمة للبيئات القاسية. ومع ذلك، من الضروري مراعاة قيودها، مثل الحساسية للاهتزازات والحاجة إلى الحد الأدنى من معدلات التدفق، عند اختيار مقياس التدفق الدوامي لتطبيق معين.
بشكل عام، لا تزال أجهزة قياس التدفق الدوامي خيارًا شائعًا لقياس التدفق في مختلف الصناعات، من النفط والغاز إلى الأغذية والمشروبات. من خلال فهم مبادئ عملها وأنواعها ومزاياها وحدودها، يمكن للصناعات الاستفادة من هذه الأجهزة لتحقيق قياس التدفق الفعال والدقيق، مما يضمن التحكم الأمثل في العملية والأداء الأمثل.
اترك تعليقاً