מהו מד זרימת וורטקס?

מד וורטקס הוא סוג של מד זרימה נפחי המשתמש בתופעה טבעית המתרחשת כאשר נוזל זורם סביב עצם צוקי. מדי זרימת וורטקס פועלים לפי עקרון שחרור הוורטקס, שבו מערבולות (או מערבולות) נפלטות לסירוגין במורד הזרם של העצם. תדירות שחרור הוורטקס היא ביחס ישר למהירות הנוזל הזורם דרך המונה.

מדי זרימה מסוג Vortex מתאימים ביותר למדידות זרימה בהן הכנסת חלקים נעים מהווה בעיות. הם זמינים בדרגה תעשייתית, פליז או מפלסטיק כולו. הרגישות לשינויים בתנאי התהליך נמוכה, ועם היעדר חלקים נעים, הבלאי יחסית נמוך בהשוואה לסוגים אחרים של מדי זרימה.

עיצוב מד זרימת וורטקס

מד זרימת מערבולת עשוי בדרך כלל מפלדת אל-חלד 316 או Hastelloy וכולל גוף בלוף, מכלול חיישן מערבולת ואלקטרוניקה של המשדר - אם כי ניתן להתקין את האחרון גם מרחוק (איור 2). הם זמינים בדרך כלל בגדלי אוגן מ-½ אינץ' עד 12 אינץ'. עלות ההתקנה של מדי מערבולת תחרותית עם זו של מדי פתח בגדלים מתחת ל-6 אינץ'. מדי גוף פרוסות (ללא אוגן) הם בעלי העלות הנמוכה ביותר, בעוד שמדי אוגן עדיפים אם נוזל התהליך מסוכן או נמצא בטמפרטורה גבוהה.

צורות גוף הצוק (מרובע, מלבני, בצורת T, טרפז) ומידותיו נבדקו כדי להשיג את המאפיינים הרצויים. בדיקות הראו כי ליניאריות, מגבלת מספר ריינולדס נמוך ורגישות לעיוות פרופיל המהירות משתנות רק במעט עם צורת גוף הצוק. בגודל, גוף הצוק חייב להיות ברוחב שהוא חלק גדול מספיק מקוטר הצינור כך שכל הזרימה תשתתף בנשירה. שנית, גוף הצוק חייב להיות בעל קצוות בולטים על פני השטח במעלה הזרם כדי לקבע את קווי הפרדת הזרימה, ללא קשר לקצב הזרימה. שלישית, אורך גוף הצוק בכיוון הזרימה חייב להיות כפולה מסוימת מרוחב גוף הצוק.

כיום, רוב מדי הוורטקס משתמשים בחיישנים פיאזואלקטריים או קיבוליים כדי לזהות את תנודת הלחץ סביב גוף הבלוף. גלאים אלה מגיבים לתנודת הלחץ עם אות פלט במתח נמוך בעל אותה תדר כמו התנודה. חיישנים כאלה הם מודולריים, זולים, קלים להחלפה ויכולים לפעול על פני טווח רחב של טמפרטורות - מנוזלים קריוגניים ועד קיטור מחומם יתר על המידה. ניתן למקם חיישנים בתוך גוף המונה או מחוצה לו. חיישנים רטובים נמצאים תחת לחץ ישיר מתנודות לחץ המערבולת ומאובזרים במארזים מוקשים כדי לעמוד בפני השפעות קורוזיה ושחיקה.

חיישנים חיצוניים, בדרך כלל מדי מאמץ פיזואלקטריים, חשים את פליטת המערבולת בעקיפין דרך הכוח המופעל על מוט הפליטה. חיישנים חיצוניים עדיפים ביישומים ארוזיביים/קורוזיביים מאוד כדי להפחית את עלויות התחזוקה, בעוד שחיישנים פנימיים מספקים טווח טוב יותר (רגישות טובה יותר לזרימה). הם גם פחות רגישים לתנודות בצינור. מארז האלקטרוניקה מדורג בדרך כלל כעמיד בפני פיצוץ ומזג אוויר, ומכיל את מודול המשדר האלקטרוני, חיבורי סיום, ובאופן אופציונלי מחוון קצב זרימה ו/או סך הכל.

סגנונות מד זרימת וורטקס

מדי מערבולת חכמים מספקים אות פלט דיגיטלי המכיל מידע נוסף מאשר רק קצב זרימה. המיקרו-מעבד במד הזרימה יכול לתקן באופן אוטומטי תנאי צינור ישר לא מספקים, עבור הבדלים בין קוטר הקדח לקוטר המדידה.

יישומים ומגבלות

מדי וורטקס אינם מומלצים בדרך כלל ליישומי מינון או זרימה לסירוגין אחרים. הסיבה לכך היא שהגדרת קצב הזרימה בטפטוף של תחנת המינון יכולה לרדת מתחת למגבלת מספר ריינולדס המינימלית של המד. ככל שהמינון הכולל קטן יותר, כך השגיאה המתקבלת צפויה להיות משמעותית יותר.

גזים בלחץ נמוך (צפיפות נמוכה) אינם מייצרים פולס לחץ חזק מספיק, במיוחד אם מהירויות הנוזל נמוכות. לכן, סביר להניח שבשירותים כאלה טווח הפעולה של המד יהיה ירוד וזרימות נמוכות לא יהיו ניתנות למדידה. מצד שני, אם טווח הפעולה המופחת מקובל והמד בגודל הנכון לזרימה רגילה, עדיין ניתן לשקול את מד הזרימה מסוג מערבולת.