فلومتر توربینی

فلومتر توربینی (Turbine Flowmeter) یکی از ابزارهای دقیق و قابل‌اعتماد برای اندازه‌گیری دبی سیالات (حجم سیال عبوری در واحد زمان) است که به صورت درون‌خطی در مسیر لوله نصب می‌شود. این فلومتر از یک توربین چندپره‌ای در مسیر جریان بهره می‌گیرد که با عبور سیال به چرخش درمی‌آید و سرعت چرخش آن متناسب با سرعت جریان سیال است.

سپس یک سنسور الکترونیکی، چرخش توربین را به سیگنال الکتریکی پالس یا فرکانس تبدیل می‌کند و از روی تعداد پالس‌ها می‌توان نرخ جریان لحظه‌ای و حجم کل عبوری را با دقت بالا محاسبه کرد. فلومترهای توربینی به دلیل طراحی ساده و استحکام مکانیکی، همچنان در صنایع مختلف محبوب هستند و برای اندازه‌گیری جریان مایعات و گازهای تمیز به کار می‌روند.

در ادامه به طور کامل با نحوه عملکرد، مشخصات فنی، انواع مدل‌ها، مزایا و محدودیت‌ها و برندهای مطرح فلومتر توربینی آشنا می‌شویم.

این کنتورها در صنایع مختلف برای اندازه گیری جریان مایعات وگازها استفاده می شوند.

 

فلومتر توربینی چیست؟ (Turbine Flowmeter) (نحوه عملکرد و اجزای فلومتر توربینی)

فلومتر توربینی شامل یک لوله جریان است که با اتصالاتی در انتهای آن. یک روتور چرخان که بر روی آن چند پره مغناطیسی (پروانه) نصب شده است در داخل لوله قرار دارد. روتور توسط شفتی پشتیبانی می شود که بر روی تکیه گاه هایی در راستای جریان نصب شده است. تکیه گاه ها دارای یاتاقان های منحصر به فرد هستند. همانطور که سیال جریان می یابد، نیرویی بر روی بال های روتور اعمال می شود. زاویه و شکل بال ها نیروی افقی را به نیروی عمود تبدیل می کند و چرخش ایجاد می کند. بنابراین، چرخش روتور متناسب با نیروی اعمالی جریان است. به همین دلیل، به محض ایجاد نیروی رو به جلو، روتور بلافاصله می چرخد. از آنجایی که روتور به خودی خود نمی تواند از طریق سیال بچرخد، به محض توقف سیال، متوقف می شود.یک سنسور پیک آپ در بالای روتور نصب شده است. هنگامی که تیغه های مغناطیسی از کنار سنسور پیکاپ عبور می کنند، برای هر تیغه عبوری سیگنالی تولید می شود. این یک سیگنال پالسی متناسب با سرعت روتور ارائه می دهد و نشان دهنده پالس ها در واحد حجم است.به این صورت یک توربین فلومتر میزان دبی سیال عبوری را اندازه گیری میکند.تعداد پالس های الکترونیکی تولید شده توسط متر، در واحد حجم، به عنوان K-Factor شناخته می شود. هر فلومتر برای یافتن K-Factor منحصر به فرد خود کالیبره شده است، که در هنگام خرید همراه با فلومتر عرضه می شود.

این تجهیز دارای اجزای اصلی زیر است:

• توربین یا روتور پره‌دار: مهم‌ترین بخش داخلی فلومتر توربینی، یک چرخ پروانه‌ای چندپره (معمولاً از جنس فلزی مثل فولاد ضدزنگ) است که در مرکز لوله و در مسیر جریان نصب شده است. هنگام عبور سیال، نیروی سیال به پره‌های توربین برخورد کرده و آن را می‌چرخاند. سرعت چرخش روتور مستقیماً با سرعت سیال و نرخ جریان متناسب است.
• یاتاقان‌ها و محور: روتور توسط یاتاقان‌های دقیق پشتیبانی می‌شود تا اصطکاک کاهش یابد و روتور بتواند آزادانه بچرخد. کیفیت یاتاقان‌ها (مثلاً یاتاقان‌های سایشی یا بلبرینگی از جنس تنگستن کارباید یا سرامیک) تأثیر مستقیمی بر دوام و دقت فلومتر دارد.
• سنسور پیکاپ مغناطیسی یا الکترونیکی: بالای قسمت مکانیکی، یک حسگر قرار دارد که چرخش توربین را حس می‌کند. رایج‌ترین روش، استفاده از سنسور مغناطیسی یا اثر هال است؛ به این صورت که روی پره‌های توربین یک آهنربا یا جنس فرومغناطیس تعبیه شده و هر بار که پره از مقابل سنسور عبور می‌کند یک پالس الکتریکی تولید می‌شود. تعداد پالس‌های تولیدشده در واحد زمان بیانگر سرعت جریان خواهد بود. برخی مدل‌ها از سنسور القایی دو سیمه (خروجی AC متناسب با سرعت) و برخی دیگر از سنسور اثر هال سه سیمه (خروجی دیجیتال مربعی تمیزتر) برای شمارش چرخش‌ها استفاده می‌کنند.
• بدنه و اتصالات: بدنه فلومتر توربینی معمولاً از جنس فولاد ضدزنگ ساخته می‌شود تا در برابر فشار، خوردگی و دمای سیال مقاومت کند. بسته به کاربرد، متریال دیگری مانند فولاد کربنی، برنج، آلومینیوم یا حتی پلاستیک‌های مهندسی مقاوم نیز استفاده می‌شود. بدنه دارای اتصال فرآیندی مناسب (دنده‌ای، فلنجی، جوشی و… مطابق خط لوله) است و مسیر جریان را طوری هدایت می‌کند که سیال به‌صورت یکنواخت به توربین برخورد کند. اغلب یک پیکان جهت جریان روی بدنه حک می‌شود تا فلومتر در جهت صحیح نصب گردد.

پس از نصب فلومتر توربینی در خط، سیال با گذر از توربین باعث دوران روتور می‌شود. واحد الکترونیکی دستگاه با دریافت سیگنال پالس خام، آن را به دبی لحظه‌ای (مثلاً لیتر بر دقیقه) و حجم تجمعی تبدیل می‌کند. هر فلومتر توربینی دارای یک ضریب کالیبراسیون مخصوص (K-Factor) است که توسط کارخانه سازنده تعیین می‌شود و بیان می‌کند هر لیتر (یا واحد حجم مشخص) چند پالس تولید می‌کند. این ضریب برای تبدیل تعداد پالس‌ها به حجم جریان استفاده می‌شود. به همین دلیل فلومتر توربینی باید به دقت کالیبره شود و هر گونه تغییر در خواص سیال (مثلاً چگالی یا ویسکوزیته) یا شرایط نصب می‌تواند نیازمند تصحیح کالیبراسیون باشد.

 

مزایا فلومتر توربینی

• قیمت مناسب : نسبت به بقیه انواع دبی سنج، از جمله مغناطیسی ، ورتکس، آلتراسونیک و جرمی قیمت مناسبی دارد.
• دقت بالا: توربین‌فلو‌مترها در صورت کالیبراسیون صحیح و نصب مناسب، دارای دقت اندازه‌گیری بالایی هستند (در حد ±0.5% یا بهتر). این میزان دقت نسبت به بسیاری از تکنولوژی‌های مکانیکی دیگر (مثل روتامترها یا فلومترهای پروانه‌ای ساده) بالاتر است و حتی با فناوری‌های پیشرفته‌تر مانند اولتراسونیک یا ورتکس رقابت می‌کند.
• پاسخ‌دهی سریع: به دلیل جرم کم روتور و طراحی آیرودینامیک پره‌ها، فلومتر توربینی می‌تواند تغییرات دبی را تقریباً بی‌درنگ منعکس کند. با شروع جریان، توربین سریع به سرعت متناسب می‌رسد و سیگنال خروجی فوراً تغییر می‌کند. این ویژگی برای کاربردهای کنترلی که نیاز به مانیتورینگ لحظه‌ای دارند بسیار ارزشمند است.
• رنج وسیع کاربردسیالات:  فلومتر توربینی قادر به اندازه‌گیری انواع سیالات است، از مایعات کم‌ویسکوز (آب، سوخت‌ها، حلال‌ها) تا گازهای پرفشار (هوای فشرده، گاز طبیعی). البته برای گازها و سیالات با ویسکوزیته بالا ممکن است نیاز به مدل‌های مخصوص یا تصحیحات کالیبراسیون باشد، اما به طور کلی تطبیق‌پذیری این تجهیز بالا است.
• افت فشار نسبتاً کم: طراحی داخلی فلومتر توربینی مسیر جریان تقریباً مستقیمی دارد و توربین با انحنای مناسب پره‌ها، سیال را خیلی محدود نمی‌کند. در نتیجه افت فشار ایجادشده توسط این فلومتر کم بوده و در بسیاری موارد قابل اغماض است (مخصوصاً در مقایسه با اوریفیس پلیت‌ها یا فلومترهای نازل).
• ساختار ساده و دوام بالا: فلومتر توربینی اجزای متحرک کمی (فقط روتور و یاتاقان‌ها) دارد و طراحی آن نسبتاً ساده و جاافتاده است. همین سادگی منجر به اعتمادپذیری بالا و نیاز کم به نگهداری شده است. بسیاری از توربین‌فلو‌مترها سال‌ها بدون مشکل در سرویس باقی می‌مانند. در صورت استفاده از یاتاقان‌های مرغوب و سیال تمیز، سایش مکانیکی بسیار اندک خواهد بود. همچنین بدنه فلزی آنها در برابر شرایط سخت صنعتی (دما و فشار بالا) مقاوم است.
• نصب و راه‌اندازی آسان: این فلومترها به راحتی روی خط لوله نصب می‌شوند و نیاز به تغییر اساسی در مسیر لوله‌کشی ندارند. بسیاری از مدل‌ها ابعاد فشرده‌ای دارند و می‌توان آنها را هم در خطوط افقی و هم عمودی (با جریان رو به بالا) نصب کرد. خروجی الکتریکی استاندارد آنها نیز به سادگی به سیستم‌های کنترلی متصل می‌شود.
• تنوع گسترده ای از اتصالات : فلومتر توربینی دارای انواع اتصالات رزوه ای، فلنجی و کلمپی است.
• می توانند در محدوده وسیعی از دما و فشار کار کنند

 

معایب جریان سنج توربینی

• حساسیت به سیالات کثیف و ذرات معلق: شاید بزرگ‌ترین ضعف فلومتر توربینی این باشد که در برابر ناخالصی‌های سیال بسیار حساس است. وجود ذرات جامد یا حتی مایعات بسیار چسبنده می‌تواند توربین را گیر کند یا به پره‌ها آسیب بزند. در سیالات دو فازی (مایع همراه گاز یا جامد) نیز عملکرد آن مختل می‌شود. بنابراین این تجهیز برای سیالات تمیز و فیلترشده مناسب است و برای مثلا فاضلاب خام یا دوغاب‌ها توصیه نمی‌شود. (در صورت امکان، با نصب صافی قبل از آن میتوان استفاده کرد)
• نیاز به جریان آرام و پایدار: فلومتر توربینی برای دستیابی به دقت اعلام‌شده، نیازمند جریان آرام (لامینار یا تقریباً بدون آشفتگی شدید) است. وجود آشفتگی، تلاطم شدید یا جریان‌های گردابی (مثلاً پس از شیرها، خم‌ها یا پمپ‌ها) باعث خطا در اندازه‌گیری می‌شود. به همین دلیل الزام طول لوله مستقیم در ورودی/خروجی و استفاده از صاف‌کننده جریان (Straightener vanes) در برخی مواقع ضروری است. همچنین اگر دبی سیال دائماً نوسان کند (جریان غیرمستمر) ممکن است خوانش پایداری حاصل نشود.
• عملکرد ضعیف در دبی‌های بسیار کم: هر فلومتر توربینی یک آستانه شروع دارد؛ یعنی تا زمانی که نیروی سیال بر اصطکاک یاتاقان‌ها غلبه نکند، توربین نمی‌چرخد یا سیگنال قابل اعتمادی نمی‌دهد. در دبی‌های خیلی کم (زیر رنج توصیه‌شده)، توربین ممکن است به اندازه کافی نچرخد یا لغزش داشته باشد که منجر به خطای مثبت یا عدم حرکت می‌شود. بنابراین برای جریان‌های بسیار اندک، شاید نیاز به تکنولوژی‌های دیگری (مانند فلومترهای جابجایی مثبت یا التراسونیک داپلر حساس) باشد.
• تأثیر ویسکوزیته و خواص سیال: تغییر در ویسکوزیته (گرانروی) سیال می‌تواند دقت فلومتر توربینی را تحت تأثیر قرار دهد. توربین‌ها معمولاً برای یک محدوده ویسکوزیته مشخص طراحی و کالیبره می‌شوند (مثلاً برای مایعات رقیق شبیه آب). اگر سیال غلیظ‌تر شود، اصطکاک بیشتر شده و توربین کندتر از حد انتظار می‌چرخد (خطای منفی ایجاد می‌کند) و برعکس. همچنین تغییر چگالی سیال (مثلاً در گازها با فشارهای مختلف) نیز ضریب K را کمی تغییر می‌دهد. بنابراین برای سیالات با ویسکوزیته متغیر یا گازهای فشرده، باید ضرایب تصحیح در نظر گرفت یا از فلومترهای تطبیق‌یافته با آن شرایط استفاده کرد.
• سایش مکانیکی و نیاز به کالیبراسیون دوره‌ای: هر دستگاه مکانیکی با قطعات متحرک، دچار سایش تدریجی می‌شود. در فلومتر توربینی نیز فرسودگی یاتاقان‌ها یا خراشیدگی پره‌ها در طول زمان می‌تواند ضریب کالیبراسیون را کمی تغییر دهد و دقت را کم کند. بنابراین لازم است هر چند وقت یکبار دستگاه تحت کالیبراسیون مجدد قرار گیرد و در صورت لزوم قطعات داخلی آن (خصوصاً یاتاقان‌ها) تعویض یا تعمیر شوند. این موضوع یک هزینهٔ نگهداری محسوب می‌شود که در برخی دیگر از تکنولوژی‌های بدون قطعه متحرک (مثل کوریولیس یا مگنتیک) وجود ندارد. با این حال دوره کالیبراسیون معمول توربین‌فلو‌متر ممکن است یک‌سال یا بیشتر باشد که برای بسیاری از کاربردها قابل قبول است.
• محدودیت در سیالات دوفازی و بخار: فلومتر توربینی برای بخار آب خیلی مناسب نیست، چون سرعت بسیار بالا و تراکم پایین بخار باعث فرسایش سریع پره‌ها و نویز سیگنال می‌شود (همچنین دمای بالای بخار به یاتاقان‌ها آسیب می‌زند). در سیالات دوفازی (مایع همراه حباب‌های گاز یا برعکس) نیز سیگنال خروجی پایدار نخواهد بود. در چنین مواردی تکنولوژی‌های دیگر توصیه می‌شود.

با در نظر گرفتن موارد فوق، می‌توان گفت فلومتر توربینی در شرایط ایده‌آل (سیال تمیز، جریان پایدار در محدوده کالیبره) یکی از دقیق‌ترین و اقتصادی‌ترین گزینه‌ها برای اندازه‌گیری دبی است. اما در شرایط غیرایده‌آل (سیال ناخالص، نوسانات زیاد، دما/فشار بسیار بالا یا بسیار پایین)، ممکن است کارایی مطلوب را نداشته باشد و نیاز به ابزار دیگری باشد. مهندسان ابزار دقیق معمولاً این ملاحظات را هنگام انتخاب نوع فلومتر مدنظر قرار می‌دهند.

 

محدودیت های فلومتر توربینی

• برای جلوگیری از کاویتاسیون نیاز به فشار معکوس ثابت دارند.
• دقت آنها تحت تاثیر معکوس وجود حباب در مایعات قرار میگیرد.
• توربین مترها را فقط می توان با مایعات و گازهای تمیز استفاده کرد (ممکن است نیاز به نصب صافی در بالادست جریان برای جلوگیری از آسیب ناشی از ذرات باشد) باید از استفاده در سیالات کثیف خودداری شود تا احتمال سایش دبی سنج و آسیب یاتاقان کاهش یابد.
• برای اندازه گیری سیالات خیلی خورنده کاربرد کمتری دارند.برای سیالات با خورندگی خیلی بالا میتوان از فلومتر مغناطیسی داخل تفلون (به شرط داشتن هدایت الکتریکی)، فلومتر ورتکس و فلومتر جرمی کوریولیس که داخل آنها معمولا از جنس استیل  316L هستند استفاده کرد.
• برای دقت به پروفیل جریان متلاطم (سرعت سیال ثابت در قطر لوله) نیاز دارد.
• به تغییرات ویسکوزیته سیال حساس است
• نیاز به یک لوله مستقیم قبل و بعد از آن جهت از بین رفتن جریانهای چرخشی وجود
• ممکن است با سیالات با ویسکوزیته بالا که در آنها جریان دارای پروفیل سرعت است به درستی عمل نکند

برای سیالات با ویسکوزیته بالا میتوان از فلومتر مغناطیسی (به شرط داشتن هدایت الکتریکی)، فلومتر جرمی کوریولیس، فلومتر آلتراسونیک و یا فلومترگیربکسی استفاده کرد.

 

انواع و مدل‌های مختلف فلومتر توربینی

فلومترهای توربینی را می‌توان بر اساس معیارهای مختلفی دسته‌بندی کرد. در این بخش، مهم‌ترین انواع و مدل‌ها را معرفی می‌کنیم:

• فلومتر توربینی در خط (Inline): این رایج‌ترین نوع نصب فلومتر توربینی است که دستگاه به صورت کامل در خط لوله قرار می‌گیرد و قطر داخلی آن معادل قطر لوله می‌باشد. مدل‌های اینلاین دارای بدنه یکپارچه با اتصالات (دنده‌ای یا فلنجی) هستند و مستقیماً جایگزین یک تکه از لوله می‌شوند. برای سایزهای کوچک و متوسط معمولاً از فلومتر اینلاین استفاده می‌شود چون نصب آسان و دقت بالایی دارد. شکل‌های فوق نمونه‌ای از مدل اینلاین را با اتصالات فلنجی و دنده‌ای نشان می‌دهند. در کاربردهای انتقال دقیق (مثلاً خطوط فروش فرآورده نفتی) همواره از فلومتر توربینی اینلاین استفاده می‌شود تا کل جریان لوله را اندازه بگیرد.
• فلومتر توربینی اینزرشن یا تزریقی (Insertion): در سایزهای بزرگ‌تر که استفاده از فلومتر اینلاین یکپارچه هزینه‌بر یا دشوار است، از نوع نفوذی یا درج‌شونده استفاده می‌شود. در این مدل، یک توربین کوچکتر روی یک پروب قرار دارد که از طریق یک اتصال روی دیواره لوله وارد جریان می‌شود. عمق فروبردن پروب طوری تنظیم می‌شود که توربین در ناحیه‌ای از لوله قرار گیرد که سرعت جریان نماینده میانگین باشد. فلومترهای نفوذی مزیت اقتصادی دارند زیرا بدون نیاز به قطع کامل خط لوله در سایزهای مثلاً 24 یا 30 اینچ می‌توان جریان را اندازه گرفت. اما دقت آنها کمی کمتر از اینلاین است و نصب دقیق پروب (در مرکز لوله و رو به جریان) برای عملکرد صحیح حیاتی است.
• فلومتر توربینی کامپکت و مجزا: از نظر طراحی سیستمی، برخی فلومترهای توربینی به صورت کامپکت (یکپارچه) عرضه می‌شوند؛ یعنی سنسور توربینی و ترانسمیتر الکترونیکی در یک بدنه واحد ترکیب شده و یک دستگاه آماده با نمایشگر محلی یا خروجی mA 4-20 تحویل می‌شود. این مدل‌ها نصب و راه‌اندازی سریعی دارند و برای کاربردهای عمومی بسیار محبوبند. در مقابل، مدل‌های ترانسمیتر جداشونده وجود دارد که سنسور توربینی در خط لوله نصب شده ولی واحد الکترونیکی (نمایشگر/ترانسمیتر) به صورت جدا و با کابل به سنسور متصل است. این جداسازی برای مواقعی مفید است که دمای سیال بالا است یا فضا برای نصب نمایشگر روی خط محدود می‌باشد. به عنوان مثال در اندازه‌گیری سوخت داغ، ممکن است سنسور توربینی روی خط باشد اما ترانسمیتر در فاصله‌ای دورتر نصب شود تا از حرارت در امان باشد.
• خروجی‌ها و رابط‌های فلومتر توربینی: انواع مدل‌ها از نظر نوع خروجی سیگنال نیز تقسیم‌بندی می‌شوند. برخی مدل‌های ساده تنها خروجی پالس خام ارائه می‌دهند که نیاز به یک مبدل یا نمایشگر خارجی دارد. برخی دیگر دارای خروجی آنالوگ یا دیجیتال داخلی هستند. برای مثال، مدل‌هایی با خروجی 4-20 میلی‌آمپر به طور خودکار سیگنال استاندارد جریانLoop را متناسب با دبی ایجاد می‌کنند که مستقیماً به PLC وصل می‌شود. یا مدل‌های پیشرفته‌تر با پورت RS485 و پروتکل Modbus امکان اتصال چندین دستگاه روی شبکه و انتقال دیجیتال داده‌ها را فراهم می‌کنند. انتخاب نوع خروجی به سیستم کنترل کاربر و ترجیحات او بستگی دارد. همچنین نمایشگر محلی یک گزینه دیگر است؛ برخی فلومترهای توربینی نمایشگر LCD روی خود دارند که علاوه بر خروجی الکتریکی، قرائت مستقیم در محل را ممکن می‌کند (برای اپراتورها جهت مشاهده سریع).
• انواع ویژه بر اساس سیال: گرچه اصول کار همه توربین‌فلو‌مترها مشابه است، ولی طراحی برخی مدل‌ها برای سیالات مشخص بهینه شده است. به عنوان نمونه فلومتر توربینی گاز دارای توربین سبکتری است و معمولاً درون آن راست‌کننده جریان (صفحات شبكه‌ای) تعبیه شده تا پروفیل سرعت گاز را پیش از توربین یکنواخت کند. همچنین بدنه آنها ممکن است طویل‌تر باشد تا حجم‌گیری بهتری صورت گیرد. یا فلومتر توربینی مایع ویسکوز ممکن است پره‌های با زاویه متفاوت داشته باشد که برای سیالات غلیظ دقت را بالاتر ببرد. بنابراین هنگام انتخاب، به نوع سیالی که هر مدل برای آن طراحی شده باید دقت کرد. اکثر سازندگان مشخص می‌کنند که مدل مربوطه برای “مایعات با ویسکوزیته زیر X سانتی‌پوآز” یا “گاز تا سرعت Y” مناسب است.

به طور خلاصه، طیف مدل‌های فلومتر توربینی بسیار متنوع است و همین امر به کاربر اجازه می‌دهد دستگاهی متناسب با نیاز دقیق خود انتخاب کند. اگر محیط نصب دارای محدودیت فضا باشد، مدل کامپکت یا حتی نسخه‌های عمودی (با نمایشگر 90 درجه نسبت به لوله) موجود است. اگر خروجی هوشمند نیاز باشد، مدل‌های دیجیتال و هوشمند در دسترس‌اند. حتی فلومترهای توربینی ضد انفجار (با محفظه EX d) برای مناطق خطرناک نفت و گاز ارائه می‌شوند که خیال کاربر را از بابت ایمنی راحت می‌کنند. شکل و ساختار توربین (پره مستقیم یا مارپیچ) نیز ممکن است در مدل‌های مختلف کمی تفاوت داشته باشد اما اثر کلی یکسان است.

 

کاربردهای فلومتر توربینی در صنایع مختلف

توربین میتر یک دستگاه اندازه گیری جریان جابجایی محبوب است که می تواند در طیف گسترده ای از صنایع نفت، گاز و پتروشیمی،آب و فاضلاب، کارخانه های شیمیایی، مواد غذایی، داروسازی و … هم برای مایعات و هم برای گازها استفاده شود. آنها توانایی اندازه گیری محدوده جریان گسترده را با دقت خوب و قیمت اقتصادی دارند. کاربرد آنها فقط به این دلیل محدود می شود که باید با مایعات تمیز و غیر خورنده استفاده شوند. این دبی سنج توانایی اندازه گیری انواع سیالات تراکم پذیر با ویسکوزیته و چگالی نسبتا پایین را دارد.

برخی از مهم‌ترین کاربردهای آن عبارت‌اند از:

• صنایع نفت، گاز و پتروشیمی: اندازه‌گیری جریان نفت خام، فراورده‌های نفتی (بنزین، گازوئیل، سوخت جت)، گاز طبیعی و مایعات هیدروکربنی در خطوط لوله انتقال و واحدهای پالایش. توربین‌فلو‌مترها سال‌ها برای اندازه‌گیری حجم انتقالی (Custody Transfer) استفاده می‌شدند و هنوز هم در کاربردهای بسیاری نظیر سنجش سوخت هواپیما، اندازه‌گیری گاز مایع (LPG) و … حضور دارند. البته در اندازه‌گیری گاز باید اثر تراکم‌پذیری و تصحیحات دما و فشار لحاظ شود.
• صنایع شیمیایی و پتروشیمی: کنترل دبی انواع مایعات شیمیایی (حلال‌ها، مونومرها، آب‌های صنعتی) که سیالات تمیز و نسبتاً کم‌ویسکوز هستند. به علت پاسخ سریع، فلومتر توربینی برای کنترل فرایندی و دبی‌سنجی لحظه‌ای در این صنایع مناسب است.
• آب و فاضلاب و تاسیسات: در شبکه‌های توزیع آب تصفیه‌شده، چاه‌ها و ایستگاه‌های پمپاژ ممکن است از فلومتر توربینی برای اندازه‌گیری جریان آب تمیز استفاده شود. (برای سیالات دارای ذرات معلق یا پساب، توربینی توصیه نمی‌شود). همچنین در سیستم‌های آبیاری، فلومترهای توربینی کوچک جهت اندازه‌گیری دقیق حجم آب مصرفی کاربرد دارند.
• صنایع غذایی و دارویی: برخی مدل‌های بهداشتی (Sanitary) فلومتر توربینی با بدنه استیل 316 و اتصالات کلمپی برای اندازه‌گیری موادی چون شیر، آب‌میوه، نوشیدنی‌ها یا داروهای مایع به کار می‌روند. طراحی این مدل‌ها به گونه‌ایست که تمیزکاری (CIP) به آسانی انجام شود.
• نیروگاه‌ها و صنایع انرژی: اندازه‌گیری جریان سوخت مایع، آب تغذیه بویلرهای بخار، و پایش مصرف سوخت دیزل ژنراتورها از دیگر موارد استفاده است.
• کاربردهای هوافضا و نظامی: به دلیل پاسخ دینامیک بالا، در تست موتورهای جت، راکت‌ها و همچنین در سیستم سوخت‌رسانی وسایل نقلیه نظامی از فلومترهای توربینی دقیق (مثلاً ساخت Hoffer) استفاده می‌شود.

به طور کلی هر جا نیاز به دقت قابل ملاحظه، زمان پاسخ کوتاه و ساختار نسبتاً ساده و مقاوم برای اندازه‌گیری جریان سیال تمیز باشد، فلومتر توربینی گزینه مطلوبی است. در بخش‌های بعدی خواهیم دید این تجهیز چه مشخصات فنی دارد و در چه شرایطی بهترین عملکرد را خواهد داشت.

 

مشخصات فنی و ویژگی‌های فلومتر توربینی

فلومترهای توربینی در اندازه‌ها، جنس‌ها و رنج‌های کاری مختلفی تولید می‌شوند تا نیازهای گوناگون صنعتی را پوشش دهند. در این بخش به مهم‌ترین مشخصات فنی این دستگاه و حدود معمول آن اشاره می‌کنیم:

• قطر نامی و اتصالات فرآیندی: سایز فلومتر توربینی متناسب با قطر لوله انتخاب می‌شود. قطرهای کوچک تا حدود DN4 یا 1/8 اینچ (برای جریان‌های پایین) و تا قطرهای بزرگ مثلاً DN200 یا 8 اینچ و بیشتر برای خطوط اصلی وجود دارند. اتصال فرآیندی می‌تواند دنده‌ای (رزوه‌ای) برای سایزهای کوچک، فلنجی برای سایزهای متوسط و بزرگ، یا حتی جوشی باشد. همچنین برخی مدل‌های مخصوص صنایع بهداشتی از اتصال Tri-Clamp استفاده می‌کنند.
• جنس بدنه و پره‌ها: همان‌طور که ذکر شد رایج‌ترین متریال بدنه فولاد ضدزنگ گرید‌هایی مثل SS304 یا SS316 است که مقاومت شیمیایی و مکانیکی خوبی دارد. برای سیالات خاص، متریال‌هایی نظیر هَستِلوی (Hastelloy) یا تیتانیوم و حتی پلاستیک‌های مهندسی )مانند PVC یا PVDF برای اسیدها و آب‌های خورنده( نیز به کار می‌روند. جنس توربین (روتور و پره‌ها) معمولاً از فولاد ضدزنگ سبک یا آلیاژ آلومینیوم است؛ در مدل‌های ارزان‌قیمت یا کوچک ممکن است پره‌ها از جنس پلاستیک مقاوم (مانند PVDF یا پلی‌استال) باشند. انتخاب جنس باید با توجه به دمای سیال، خورندگی و خواص شیمیایی آن انجام شود.
• محدوده اندازه‌گیری جریان (رنج دبی): هر فلومتر توربینی دارای محدوده مشخصی برای دقت اندازه‌گیری است. عموماً نسبت بازه اندازه‌گیری (Turndown Ratio) حدود 1:10 تا 1:20 است (مثلاً از %10 جریان ماکزیمم تا 100% را با دقت مشخص پوشش می‌دهد). برخی مدل‌های دقیق‌تر Turndown تا 1:30 یا بیشتر نیز دارند. به طور نمونه، فلومتر توربینی Vision1000 با سایز 1/4 اینچ می‌تواند جریان از 0.1 لیتر/دقیقه تا 2.5 لیتر/دقیقه را اندازه‌گیری کند. برای سایزهای بزرگ‌تر، محدوده دبی بالاتر است؛ مثلاً فلومتر توربینی 2 اینچ ممکن است حدود 20 تا 400 لیتر/دقیقه را پوشش دهد. انتخاب صحیح سایز فلومتر بسیار مهم است تا دقت در محدوده مورد نیاز تأمین گردد.
• دقت اندازه‌گیری و تکرارپذیری: فلومترهای توربینی به داشتن دقت بالا شهرت دارند. دقت معمول این دستگاه‌ها در شرایط بهینه حدود ±0.5% تا ±1% مقدار خوانده‌شده است. مدل‌های آزمایشگاهی یا کالیبره ویژه می‌توانند دقت‌هایی در حدود ±0.2% یا حتی ±0.1% داشته باشند. البته دقت در دبی‌های پایین (نزدیک حداقل بازه) کمی افت می‌کند و خطای بیشتری (%۱ الی %۱.۵) ممکن است مشاهده شود. در مدلهای معمولی و ارزان قیمت دقت پایین تر 3 و حتی 5 درصد نیز محتمل است. تکرارپذیری (تفاوت چند بار اندازه‌گیری تکراری) معمولاً بسیار خوب و در حد ±0.1% ±0.2% است. لازم به ذکر است که برای حفظ دقت بالا، کالیبراسیون دوره‌ای فلومتر توربینی (مثلاً سالیانه یا هر ۶ ماه) توصیه می‌شود تا اثر فرسودگی یاتاقان‌ها یا تغییرات سنسور جبران گردد.
• دمای کاری: محدوده دمای مجاز سیال عبوری بستگی به جنس بدنه و نوع یاتاقان دارد. به طور معمول فلومترهای توربینی استاندارد دمایی حدود -20 تا 120 درجه سانتی‌گراد را پوشش می‌دهند. مدل‌هایی با یاتاقان‌ها و آب‌بند‌های ویژه می‌توانند تا +150 ˚C و حتی بیشتر کار کنند، اما در دماهای خیلی بالا ممکن است روغن‌کاری یاتاقان دچار مشکل شود. برای دماهای زیر صفر نیز استفاده در حد -40 °C رایج است و با تمهیداتی حتی تا -100 °C (مثلاً در مایعات کرایوجنیک) امکان‌پذیر است.
• فشار کاری:  طراحی مستحکم بدنه فلومتر توربینی امکان تحمل فشارهای بالا را می‌دهد. بسیاری از مدل‌های صنعتی تا حدود 63 بار (6.3 مگاپاسکال) فشار را به راحتی تحمل می‌کنند. حتی مدل‌های خاص (برای کاربردهای هیدرولیک یا خطوط انتقال گاز) با تحمل فشارهای ۲۰۰ بار و بالاتر موجود هستند. در انتخاب فلومتر باید کلاس فشار فلنج یا اتصالات آن را با حداکثر فشار سیستم تطبیق داد.
• خروجی و سیستم الکترونیکی: فلومتر توربینی یک سنسور مولد پالس است. اغلب دستگاه‌ها خروجی پالس فرکانسی متناسب با دبی دارند (مثلاً چند صد هرتز در دبی حداکثر). اما برای استفاده آسان‌تر، شرکت‌ها ترانسمیترهای الکترونیکی همراه دستگاه ارائه می‌کنند که سیگنال پالس را به استانداردهای صنعتی تبدیل می‌کند. انواع خروجی‌ها شامل:
  • خروجی آنالوگ mA 4-20: متناسب با رنج جریان تنظیم‌شده(برای اتصال به PLC یا نشانگر آنالوگ)
  • خروجی پالس (Hz) یا TTL برای ورودی‌های فرکانس یا پالس‌شمار (برای محاسبه حجم کل).
  • خروجی دیجیتال (RS485/Modbus) یا HART برای ارتباط مستقیم با سیستم‌های کنترل یا مانیتورینگ دیجیتال.

 

برخی فلومترهای توربینی کامپکت دارای نمایشگر محلی دیجیتال (LCD) هستند که مقدار لحظه‌ای دبی و حجم کل را نمایش می‌دهند و امکان تنظیم واحدها را فراهم می‌کنند. در جدول زیر خلاصه‌ای از مشخصات فنی معمول فلومتر توربینی آمده است:

ویژگی	محدوده یا توضیحات معمول
نوع سیالات قابل اندازه‌گیری	مایعات تمیز و گازهای خشک – نوع فلومتر توربینی مایع و گاز با هم متفاوت است
قطر (سایز)	معمولاً DN4 تا DN200 (۱/۸ اینچ تا ۸ اینچ)؛ در مدل‌های خاص بزرگ‌تر نیز موجود
محدوده دبی (Flow Range)	بسته به سایز: از حدود 0.1 لیتر/دقیقه (برای کوچک‌ترین سایزها) تا چند هزار لیتر/دقیقه برای سایزهای بزرگ. به عنوان مثال 1 تا 5000 L/min یک بازهٔ متداول است.
دقت اندازه‌گیری	حدود ±0.5% تا ±1% مقدار اندازه‌گیری‌شده (در رنج خطی دستگاه)؛ مدل‌های دقیق تا ±0.2%.
تکرارپذیری	معمولاً ±0.1% ±0.2% (بسیار عالی)
جنس بدنه	فولاد ضدزنگ (رایج‌ترین)، فولاد کربن، برنج، آلومینیوم یا پلاستیک مهندسی (بسته به کاربرد)
جنس روتور و پره‌ها	فولاد ضدزنگ، آلومینیوم، پلاستیک مقاوم یا آلیاژهای ویژه (هستِلوی، تیتانیوم برای کاربردهای خاص)
اتصال به فرآیند	دنده‌ای (NPT/BSP) برای سایزهای کوچک، فلنجی (استانداردهای ANSI/DIN) یا جوشی؛ اتصالات بهداشتی (Tri-Clamp) در صنایع غذایی
محدوده دمای کاری	حدود-20…120 ˚C معمول؛ با تریم‌های خاص تا 150 ˚C و بالاتر
محدوده فشار کاری	معمول تا 100 بار؛ مدل‌های فشاربالا تا 200~400 بار (بسته به جنس بدنه و کلاس فلنج)
خروجی‌ها	پالس فرکانسی؛ آنالوگ mA 4-20 ؛ دیجیتال (RS485 Modbus، پروتکل HART و …)
منبع تغذیه ترانسمیتر	عموم ترانسمیترها 12-24 VDC (برای تغذیه حلقه جریان یا الکترونیک)؛ برخی مدل‌های با نمایشگر باتری داخلی دارند.
درجه حفاظت	IP65 (مقاوم در برابر گردوغبار و پاشش آب)؛ مدل‌های ضدآب تا IP67/IP68 برای کاربردهای فضای باز یا غوطه‌ور
حفاظت ضدانفجار	در صورت نیاز با استاندارد ضد انفجار (EX) ارائه می‌شوند (مثلاً استاندارد ATEX برای محیط‌های گازی قابل اشتعال)

همان‌طور که در جدول فوق دیده می‌شود، فلومتر توربینی از نظر بازه کارکرد، یک تجهیز منعطف است و می‌تواند شرایط مختلف را پوشش دهد. البته همواره باید سیال تمیز و عاری از ذرات درشت باشد تا به پره‌های توربین آسیب نرسد. معمولاً فیلتر‌هایی (استرینر) با مش 80 تا 100 در بالادست فلومتر نصب می‌کنند تا هر گونه ذرات معلق قبل از ورود به توربین گرفته شود. همچنین رعایت طول لوله مستقیم کافی قبل و بعد از فلومتر بسیار مهم است (حداقل 10 برابر قطر در ورودی و 5 برابر قطر در خروجی توصیه می‌شود) تا جریان آرام و بدون آشفتگی به دستگاه برسد. با رعایت این نکات، فلومتر توربینی به حداکثر دقت و پایداری خود خواهد رسید.

 

انتخاب فلومتر توربینی مناسب

پارامترهای که باید در انتخاب و خرید فلومتر توربینی مناسب مدنظر داشت شامل:

1- جنس:

در انتخاب جنس دبی سنج باید به خورنده بودن و یا نبودن سیال دقت کرد که در صورتی که خورندگی دارد، فلو متر با جنسی انتخاب شود که نسبت به آن سیال مقاوم باشد. این نوع جریان سنج دارای جنس های مختلف از جمله فلومتر توربینی استیل، فلومتر توربینی برنجی و فلومتر توربینی پلاستیکی و نیز از جنس پلکسی گلس میباشد.

2- سایز و رنج دبی:

هر سایزی از دبی سنج های توربینی، یک محدوده معینی از دبی را اندازه گیری میکند. باید دقت کرد که دبی مد نظر ما، از رنج پایین و بالا تجاوز نکند.

3- سیگنال خروجی:

سیگنال خروجی معمولا به دو صورت پالسی یا جریانی است که با توجه به سیستم کنترلی باید انتخاب شود.

4-نوع سیال:

باید دقت کرد که دبی سنج توربینی مخصوص سیالات تراکم ناپذیر مثل آب برای سیالات تراکم پذیر مثل گاز، قابل استفاده نیست و بالعکس

5- ویسکوزیته:

به ویسکوزیته سیال تراکم ناپذیر باید توجه کرد، چون که این دبی سنج ها جهت استفاده برای سیالات با ویسکوزیته بالا مناسب نیستند.

6- دقت:

جریان سنج های توربینی، دقت های مختلفی دارند. مدلهای با دقت بالاتر قیمت های بسیار بالاتری نسبت به مدلهای با دقت پایین دارند. پس برای این که هزینه مازاد پرداخت نکنید، دقت دبی سنج توربینی را مدنظر قرار دهید.

7-اتصالات:

جریان سنج های توربینی میتوانند دارای اتصالات انتهایی مختلف، از جمله : فلنج، دنده یا کلمپ باشند.

فلومتر توربینی به عنوان یک ابزار اندازه‌گیری جریان پرمخاطب در صنعت، ترکیبی از دقت، سرعت پاسخ و سادگی ساختار را ارائه می‌دهد. این دستگاه با بهره‌گیری از اصول مکانیکی و الکترونیکی قادر است نرخ جریان لحظه‌ای و حجم سیال عبوری را با خطای کم اندازه‌گیری کند و در طیف وسیعی از کاربردها از انتقال نفت و گاز گرفته تا فرآیندهای شیمیایی و پایش آب به کار گرفته شود. در کنار مزایای متعدد، لازم است محدودیت‌های آن (نظیر حساسیت به سیال تمیز و نیاز به شرایط جریان پایدار) نیز در نظر گرفته شود تا بهترین عملکرد حاصل گردد. در نهایت، انتخاب مدل مناسب و برند معتبر تضمین می‌کند که سال‌ها اندازه‌گیری مطمئن و دقیقی خواهید داشت.

 

برندهای مطرح فلومتر توربینی

Flowtech, Remag, Badger meter, kobold

 

خرید و قیمت فلومتر توربینی

اگر برای پروژه یا واحد صنعتی خود به خرید فلومتر توربینی نیاز دارید، متخصصان ما در کنترل باما آماده‌ی راهنمایی شما هستند. برای دریافت مشاوره فنی، استعلام قیمت یا دریافت پیش‌فاکتور، می‌توانید همین حالا از طریق واتساپ یا تماس تلفنی با بخش پشتیبانی کنترل باما ارتباط برقرار کنید. ما شما را در انتخاب بهترین گزینه متناسب با نیازتان یاری خواهیم کرد تا با اطمینان خاطر جریان سیالات خود را اندازه‌گیری و کنترل کنید. موفق و پایدار باشید.

 

فروش فلومتر توربینی

فروش انواع دبی سنج توربینی در مجموعه کنترل با ما، با برندها ، ویژگیهای متنوع و قیمت های مناسب انجام می پذیرد..

بیشتر بدانید: مقایسه انواع فلومتر