เครื่องวัดระบายน้ํา Vortex

มิเตอร์วัดการไหลแบบ Vortex: หลักการทำงานและการประยุกต์ใช้งาน

1. หลักการทำงาน

มิเตอร์วัดการไหลแบบ Vortex ทำงานโดยอาศัยปรากฏการณ์ Kármán vortex street เมื่อของไหลไหลผ่านตัวกีดขวาง (vortex shedder) จะเกิดกระแสวนสลับกันท้ายน้ำ ความถี่ของกระแสวนเหล่านี้ (F) แปรผันตรงกับความเร็วของของไหล (u) ดังสมการ:

F = St cdot frac{u}{d}

F: ความถี่ของการเกิดกระแสวน (Hz)

St: เลขสโตรฮาล (ไม่มีหน่วย โดยทั่วไป 0.17–0.22 สำหรับการไหลที่เสถียร)

u: ความเร็วเฉลี่ยของของไหล (m/s)

d: ความกว้างของตัวกีดขวาง (m)

เลขสโตรฮาล (St) ยังคงที่ภายในช่วงเลขเรย์โนลด์ (Re) ที่เฉพาะเจาะจง ทำให้มั่นใจได้ถึงความเป็นเชิงเส้นระหว่างความถี่และอัตราการไหล

2. พารามิเตอร์สำคัญ

(1) ช่วงเลขเรย์โนลด์ (Re)

Re = frac{rho u D}{mu}

ช่วงการวัดที่เสถียร: 2×10⁴ ≤ Re ≤ 7×10⁶

ต่ำกว่า Re < 2×10⁴: St เปลี่ยนแปลง ทำให้การวัดไม่น่าเชื่อถือ

สูงกว่า Re > 7×10⁶: ความปั่นป่วนอาจทำให้ St ไม่เสถียร

(2) วิธีการตรวจจับกระแสวน

เซ็นเซอร์ Piezoelectric: ตรวจจับความผันผวนของแรงดันที่เกิดจากกระแสวน

เซ็นเซอร์ความร้อน: วัดการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิจากการเกิดกระแสวน

เซ็นเซอร์อัลตราโซนิก/คาปาซิทีฟ: การตรวจจับความถี่แบบไม่สัมผัส

3. ข้อดี

✅ ไม่มีชิ้นส่วนที่เคลื่อนที่: การสึกหรอน้อยที่สุด อายุการใช้งานยาวนาน

✅ อัตราส่วน Turndown กว้าง (1:10 ถึง 1:30): เหมาะสำหรับอัตราการไหลที่แตกต่างกัน

✅ แรงดันตกต่ำ: ประหยัดพลังงานเมื่อเทียบกับแผ่นออริฟิส

✅ ความเข้ากันได้ของของไหลหลากหลาย: ใช้งานได้กับของเหลว ก๊าซ และไอน้ำ

4. ข้อจำกัด

❌ ความไวต่อการสั่นสะเทือน: การสั่นสะเทือนภายนอกอาจรบกวนความแม่นยำของสัญญาณ

❌ ต้องการความเร็วการไหลขั้นต่ำ: โดยทั่วไป >0.5 m/s สำหรับของเหลว, >3 m/s สำหรับก๊าซ

❌ ข้อกำหนดท่อตรง: ต้องมีส่วนตรงต้นน้ำ/ปลายน้ำสำหรับการไหลที่เสถียร

5. การประยุกต์ใช้งาน

การวัดการไหลของไอน้ำ (เช่น หม้อไอน้ำ ระบบ HVAC)

การตรวจสอบอากาศอัด/ก๊าซ

กระบวนการทางเคมีและปิโตรเคมี

การบำบัดน้ำ/น้ำเสีย

6. สัญญาณเอาต์พุตและการสอบเทียบ

เอาต์พุตพัลส์/ความถี่: แปรผันตรงกับอัตราการไหล

เอาต์พุตอะนาล็อก 4–20 mA: สำหรับการรวมเข้ากับระบบควบคุม

การสอบเทียบ: ดำเนินการโดยใช้น้ำหรืออากาศ โดยปรับ St สำหรับของไหลเฉพาะ

บทสรุป

มิเตอร์วัดการไหลแบบ Vortex ให้ความน่าเชื่อถือสูง บำรุงรักษาน้อย และสามารถนำไปประยุกต์ใช้ได้อย่างกว้างขวางสำหรับการวัดการไหลในอุตสาหกรรม ประสิทธิภาพของมิเตอร์ขึ้นอยู่กับการติดตั้งที่เหมาะสมและการทำงานภายในช่วง Re ที่เสถียร ความก้าวหน้าในอนาคตมุ่งเน้นไปที่การชดเชยการสั่นสะเทือนและการขยายความไวในการไหลต่ำ