مقياس الدوامات هو نوع من مقاييس التدفق الحجمي، يعتمد على ظاهرة طبيعية تحدث عند تدفق سائل حول جسم مائل. تعمل مقاييس التدفق الدوامي وفقًا لمبدأ تساقط الدوامات، حيث تتساقط الدوامات (أو الدوامات) بالتناوب مع الجسم. يتناسب تردد تساقط الدوامات طرديًا مع سرعة السائل المتدفق عبر المقياس.
تُعد عدادات التدفق الدوامية الأنسب لقياسات التدفق حيثما يُمثل إدخال الأجزاء المتحركة مشكلة. وهي متوفرة بمواصفات صناعية، أو مصنوعة من النحاس، أو مصنوعة بالكامل من البلاستيك. تتميز بحساسية منخفضة لتغيرات ظروف العملية، ونظرًا لعدم وجود أجزاء متحركة، فإن معدل التآكل فيها منخفض نسبيًا مقارنةً بأنواع عدادات التدفق الأخرى.
تصميم مقياس تدفق الدوامة
يُصنع مقياس تدفق الدوامة عادةً من الفولاذ المقاوم للصدأ 316 أو هاستيلوي، ويتضمن هيكلًا مائلًا، ومجموعة مستشعر دوامة، ووحدة إلكترونية لجهاز الإرسال - مع إمكانية تركيب هذا الأخير عن بُعد (الشكل 2). تتوفر هذه الأجهزة عادةً بأحجام شفة تتراوح من ½ بوصة إلى 12 بوصة. تُنافس تكلفة تركيب عدادات الدوامة تكلفة عدادات الفتحة التي تقل أحجامها عن ست بوصات. عدادات هيكل الرقاقة (بدون شفة) هي الأقل تكلفة، بينما تُفضل العدادات ذات الشفة إذا كان سائل العملية خطرًا أو ذا درجة حرارة عالية.
تم اختبار أشكال وأبعاد أجسام الجرف (مربع، مستطيل، على شكل حرف T، شبه منحرف) لتحقيق الخصائص المطلوبة. أظهرت الاختبارات أن الخطية، وانخفاض حد رقم رينولدز، والحساسية لتشويه مسار السرعة لا تختلف إلا قليلاً باختلاف شكل جسم الجرف. من حيث الحجم، يجب أن يكون عرض جسم الجرف جزءًا كبيرًا بما يكفي من قطر الأنبوب ليشارك التدفق بأكمله في عملية الطرح. ثانيًا، يجب أن يكون لجسم الجرف حواف بارزة على سطحه العلوي لتثبيت خطوط فصل التدفق، بغض النظر عن معدل التدفق. ثالثًا، يجب أن يكون طول جسم الجرف في اتجاه التدفق مضاعفًا معينًا لعرضه.
اليوم، تستخدم غالبية عدادات الدوامات مستشعرات كهرضغطية أو سعوية لكشف تذبذب الضغط حول جسم الجرف. تستجيب هذه الكاشفات لتذبذب الضغط بإشارة خرج منخفضة الجهد بنفس تردد التذبذب. تتميز هذه المستشعرات بكونها معيارية، وغير مكلفة، وسهلة الاستبدال، ويمكن تشغيلها في نطاق واسع من درجات الحرارة - من السوائل المبردة إلى البخار شديد الحرارة. يمكن وضع المستشعرات داخل جسم العداد أو خارجه. تتأثر المستشعرات المبللة مباشرةً بتقلبات ضغط الدوامات، وهي مغلفة بأغلفة صلبة لمقاومة آثار التآكل والانجراف.
تستشعر المستشعرات الخارجية، عادةً مقاييس الانفعال الكهرضغطية، تساقط الدوامات بشكل غير مباشر من خلال القوة المؤثرة على قضيب التساقط. تُفضّل المستشعرات الخارجية في التطبيقات شديدة التآكل لتقليل تكاليف الصيانة، بينما توفر المستشعرات الداخلية مدىً أفضل (حساسية تدفق أفضل). كما أنها أقل حساسية لاهتزازات الأنابيب. عادةً ما يكون غلاف الإلكترونيات مقاومًا للانفجار والعوامل الجوية، ويحتوي على وحدة الإرسال الإلكترونية، ووصلات التوصيل، بالإضافة إلى مؤشر معدل التدفق و/أو مُجمّع اختياريًا.
أنماط مقياس تدفق الدوامة
توفر عدادات الدوامات الذكية إشارة خرج رقمية تحتوي على معلومات أكثر من مجرد معدل التدفق. يستطيع المعالج الدقيق في مقياس التدفق التصحيح تلقائيًا لحالات عدم استقامة الأنابيب، وللاختلافات بين قطر التجويف وقطر الماتين.
التطبيقات والقيود
لا يُنصح عادةً باستخدام عدادات الدوامات في عمليات الدفعات أو تطبيقات التدفق المتقطع الأخرى. ويرجع ذلك إلى أن ضبط معدل تدفق التنقيط في محطة الدفعات قد يكون أقل من الحد الأدنى لرقم رينولدز للعداد. كلما صغرت الدفعة الإجمالية، زادت احتمالية حدوث خطأ أكبر.
لا تُنتج الغازات منخفضة الضغط (منخفضة الكثافة) نبضة ضغط قوية بما يكفي، خاصةً إذا كانت سرعات السوائل منخفضة. لذلك، من المرجح أن تكون مدى العداد في مثل هذه الخدمات ضعيفًا، ولن يكون من الممكن قياس التدفقات المنخفضة. من ناحية أخرى، إذا كانت مدى العداد المنخفض مقبولًا وكان حجمه مناسبًا للتدفق الطبيعي، فلا يزال من الممكن استخدام مقياس التدفق الدوامي.
وقت النشر: ٢١ مارس ٢٠٢٤