برای تماس با ما : 02136615209 یا info@hiboco.com

فلومتر اریفیس

فلومتر اریفیس

فلومتر
فلومتر اریفیس

فلومتر اریفیس :

فلومتر اریفيس­ ها عموما در نقطه مشخصي از خط لوله در ميان دو فلانچ محصور کننده قرار گرفته که باعث محدوديت در روند جريان مي شوند و افزايش سرعت جريان سيال در آن منطقه ­اي  که در آن اتصال پيدا کرده اند مي شود.

اين افزايش سرعت باعث ايجاد افت فشار از محل مکاني که صفحه فلومتر اريفيس در آن نصب شده مي شوند در نتيجه موجب اختلاف فشار که مي تواند بطوري كاملا دقيق به ميزان جريان نسبت داده مي شود از طريق اتصالات فشار که با توجه به دقت مورد نياز تعيين مي شدند بوسيله يک جزء ثانويه حس مي شوند و پس از تبديل به يک سيگنال استاندارد و متناسب با ميزان جريان اطلاعات لازم در اختيار مسئولين قرار مي گيرد براي کاربردهاي خاصي و اصولا در مواردي که صفحات سوراخدار براي اندازه گيري ميزان جريان سيالات محتوي مقدار محدودي اجسام شناور و ريز مي باشند (طرحهاي خارج از مرکز و قطعه اي) مورد استفاده قرار مي گيرند. صفحه سوراخدار بايد در محل تعيين شده کاملا هم محور با خط اصلي نصب شود (سطح مقطع آن کاملا عمود بر محور لوله عابر سيال باشد).

فلومتر اریفیس

در موقع نصب فلومتر اریفیس بايد دقت شود چنانچه خط اصلي گاز مرطوب يا حامل بخار است سوراخ پيش بيني شده جهت عبور قطرات مايع موجود در سيال در قسمت زيرين در خطوط حامل مايعات گاز دار در قسمت بالا قرار گيرد.

قرارگیری صفحه فلومتر اریفیس در مسیر عبور سیال

 

بين صفحه سوراخدار و فلانچها در دو طرف دو واشر به ضخامت قرار داده شوند. ضمن اينکه در خطوط حرارتي و سيالات خورنده انتخاب واشر مناسب و مقاوم فاکتور مهمي را تشکيل مي دهد. بعلاوه پهناي واشرهاي کاربردي بايد در حدي باشند که موقع نصب و سفت کردن پيچ هاي مربوطه قسمتي از آن وارد خط اصلي نگردد.

اجزای تشکیل دهنده­ ی صفحه فلومتر اریفیس

 

صفحه فلومتر اریفیس به همراه فلنچ

انواع صفحه­ی اریفیس نیز در شکل زیر نشان داده شده است.

انواع صفحه­ ی فلومتر اریفیس

 

روزنه درون صفحه معمولا هم مرکز با لوله می باشد اما برای کاربردهای گوناگون شکل و محل روزنه می تواند تغییر کند. در مصارفی نظیر اندازه گیری دبی آب تمیز روزنه دایره کامل و هم مرکز با لوله است. در مصارف خاص نظیر اندازه گیری دبی سیالاتی که حاوی ذرات معلق می باشند روزنه صفحه اوریفیس خارج از مرکز یا بشکل قطاعی می باشد. در شکل زیر تصویر انواع روزنه در صفحه اوریفیس  قابل مشاهده است.

انواع روزنه در صفحه فلومتر اریفیس 

در شكل زیر يك سيستم جريان سنج  فلومتر اريفيس (يك صفحه سوراخدار) از نوع اختلاف فشار را نشان مي ‌دهد كه از دو قسمت زير تشكيل شده است:

سيستم جريان سنج از نوع اختلاف فشار را نشان مي دهد.

1-    جزء اوليه كه از يک صفحه سوراخ دار تشکيل شده است به عنوان يک  محدود كننده در مسير عبور سيال قرار گرفته است. باعث تغيير سرعت سيال و در نتيجه ايجاد يك اختلاف فشار در دو طرف خود مي ‌گردد. يك جزء اوليه،  تغيير سرعت سيال را بدنبال دارد كه بعنوان اختلاف‌فشار حس مي شود. اين اختلاف فشار بستگي به مجذور سرعت و چگالي سيال تحت جريان دارد.

 

اختلاف فشار ایجاد شده در دو طرف صفحه­ ی فلومتر اریفیس

2- جزء ثانويه كه جهت اندازه گيري اختلاف فشار ايجاد شده به آن متصل است ، امكان تعيين ميزان جريان را مهيا مي سازد. براي بيان مطلب فوق از طريق يك رابطه رياضي، همانطور كه شكل بالا نشان مي ‌دهد، سيالي در يك لوله مايل جريان دارد و در مسير آن يك جزء محدود كننده از نوع اريفيس قرار گرفته است.

سرعت در يك خط جريان (قانون برنولي)

با توجه به اينكه در هر نقطه از خط دو انرژي استاتيكي و ديناميكي وجود دارند، براساس قانون برنولي رابطه تعادل انرژي بين نقاط 1 و2 خط عبور سيال بشرح زير بيان مي‌شود:

 ارتفاع لوله نسبت به خط مرجع   Z=

فشار استاتيكي مطلق    P=

وزن مخصوص سيال

سرعت متوسط جريان    V=

شتاب ثقلg=

اين فاكتورها براي دو نقطه قبل و بعد ازصفحه محدود كننده يعني موقعي كه صفحه سوراخدار با نقطه كسب فشار Vena Contract، جايي كه سيال از حداقل سطح ممكنه (نقطه با پائين ‌ترين فشار استاتيكي) عبور مي ‌كند در نظر گرفته شده باشد. در سيستم متريک gc=1   مي باشد  و با تقسيم طرفين رابطه بر g داريم:

  تغيير سطح مقطع لوله و مجبور كردن سيال به عبور از مقطعي باريكتر صفحه سوراخدار (اريفيس) موجب تغيير در سرعت جريان مي ‌شود و سرعت سيال در درون صفحه سوراخدار افزايش مي ‌يابد. اين افزايش سرعت بدليل ثابت بودن انرژي كل در محل ورودي صفحه سوراخدار و در داخل دهانه موجب  كاهش  انرژي استاتيكي در دهانه مي ‌شود. اين اختلاف فشار تابعي ازسرعت بوده و با مقدار جريان سيال در رابطه  مي باشد.

 

فلومتر اریفیس

 

حال چنانچه سطح مقطع داخلي خط اصلي (لوله) و سطح مقطع دهانه سوراخدار اريفيس بترتيب A و a فرض شوند، با توجه به ثابت ماندن انرژي كل رابطه زير بين دو نقطه 1 و 2 برقرار مي ‌باشد.

سطح مقطع داخل لوله  A=

سطح مقطع دهانه صفحه سوراخدار  a=

با قراردادن مقدار V1 در رابطه  خواهيم داشت:

d = قطر سوراخ صفحه محدود كننده

D = قطر داخلي لوله اصلي

معمولاً احتياجات پروسسها ايجاب مي كند كه جريان بصورت واحدهاي حجم يا وزن بيان شود. لذا ضرورت سرعت حاصله از روابط فوق به واحدهاي مورد نياز صنايع تبديل شود.

براي اين منظور فرض مي ‌شود كه سطحي از مسير كه در آن سرعت سيال مساوي V2 مي باشد، برابر سطح دهانه صفحه سوراخدار محدود كننده باشد. بنابراين ميزان حجم تئوري جريان (qt) از رابطه زير بدست مي آيد.

نسبت قطر صفحه به قطر لوله

و براي محاسبه ميزان وزن جريان از رابطه زير استفاده مي ‌كنيم.

وزن مخصوص * حجم= وزن

در رابطه فوق Wt ميزان وزن تئوري جريان مي باشد.

براي تبديل حجم و وزن تئوري بدست آمده به حجم و وزن واقعي (موجود در عمل) از ضريب تجربي زير استفاده مي ‌شود.

C ضريب تخليه ناميده مي ‌شود. بنابراين:

q=C.qt

W=C.Wt

بعلاوه با توجه به ثابت بودن c و براي يكدسته معيني از شرايط، مي ‌توان نوشت:

در اين رابطه K عبارت از ضريب تخليه، شامل سرعت تماس بوده، ضمناً عبارت  فاكتور تماس ناميده مي ‌شود.

حال با قراردادن مقدار K در روابط  q=C.qt   و W=C.Wt ميزان واقعي حجم و وزن جريان به شرح زير بيان مي شود.

روابط فوق الذكر مشروط به اينكه سيال تحت جريان ايدال و تراكم ناپذير باشد جهت هر نوع محدوده كننده‌اي قابل كاربرد مي ‌باشند.

براي اندازه گيري دبي خروجي فلومتر اریفیس از مخزن يا دبي عبوري از لوله مي توان از اريفيس استفاده کرد.

در فلومتر اريفيس لب تيز، مقطع جت سيال پس از عبور از اريفيس منقبض مي شود و در فاصله کوتاهي که حدود نصف قطر سوراخ است و به حداقل مساحت خود مي رسد. در شکل زير يک اريفيس لب تيز نشان داده شده که در ديواره يک مخزن نصب شده است. سيالي که در روي ديواره مخزن جريان يافته به اريفيس نزديک مي شود، در هنگام رسيدن به لبه اريفيس نمي تواند به يکباره  منحرف شود. از اينرو سرعت خروجي در فلومتر اریفیس داراي يک مولفه شعاعي خواهد بود که سطح جت را کاهش مي دهد. مقطعي که جت کمترين مساحت را دارد مقطع منقبض ناميده مي شود.

يک فلومتر اريفيس لب تيز که در ديواره يک مخزن نصب شده است.

در اين مقطع در فلومتر اریفیس خطوط جريان موازيند و فشار با فشار اتمسفر برابر است. ارتفاع روي اريفيس H عبارت از فاصله قائم مرکز اريفيس تا سطح آزاد. فرض مي کنيم که اين ارتفاع ثابت بماند. از تلفات صرفنظر مي کنيم و معادله برنولي را از نقطه 1 روي سطح آزاد تا نقطه 2 در مرکز مقطع منقبض مي نويسيم:

مبناي فشار را فشار اتمسفر محلي مي گيريم. مبناي ارتفاع را در نقطه 2 مي گيريم لذا داريم.

معادله فوق سرعت تئوريک را بدست مي دهد، زيرا از تلفات بين دو نقطه صرف نظر کرده ايم. نسبت سرعت واقعي، Va، به سرعت تئوريک Vt، را ضريب سرعت، Cv مي گويند.

بنابراين داريم:

دبي واقعي خروجي از اريفيس برابر است با حاصلضرب سرعت واقعي سيال در مقطع منقبض و مساحت جت آن در آن مقطع نسبت مساحت منقبض، A2، به مساحت اريفيس AO، را ضريب انقباض CC مي گويند.

لذا مساحت مقطع منقبض CCAO است. دبي واقعي برابر است با:

مرسوم است که در فلومتر اریفیس ضريب سرعت و ضريب انقباض را در يک ضريب به نام ضريب دبي Cd ادغام نمايند:

هيچ راهي براي محاسبه تلفات بين 1 و 2 وجود ندارد و لذا CV را بايد بطور تجربي تعيين کرد. مقدار CV براي اريفيسهاي لب تيز و لب گرد در حدود 0.95 تا 0.99 است.

براي اغلب اريفيسها ضريب انقباض را نيز مي توان محاسبه کرد و بايد آنرا بطور تجربي بدست آورد.

براي محاسبه دبي حجمي تخليه سيال از ته يک مخزن از يک اريفيس استفاده مي شود. در شکل زیر نحوه تخليه نشان داده شده است.

فلومتر اریفیس

نمايي از يك فلومتر اریفیس

در فلومتر اریفیس مقطع كوچك شده خطوط جريان موازي هستند و فنشار، فشار اتمسفر مي ‌باشد.

رابطه برنولي را براي نقاط 1 و 2 مي ‌نويسيم.

V1=0

P1=P2=Pاتسمفر

Z2=0

Z1=H0

در معادله برنولي نوشته شده در صفحه قبل از انتها صرفنظر شده است و سرعت بدست آمده براي نقطه 2 تنها سرعت تئوري Vt مي‌باشد نسبت سرعت واقعي به سرعت تئوري را ضريب سرعت مي ‌ناميم.

 

CV  = ضريب سرعت

V2a= سرعت واقعي

Vt= سرعت تئوري

V2a = سرعت واقعي در نقطه 2

دبي گذرنده از اريفيس، برابر است با حاصل ضريب سرعت جريان در مقطع تنگ شده و سطح مقطع در اين مقطع، كه  چنانكه گفتيم اين مقطع كوچكتر تنگ شده و سطح مقطع در اين مقطع، كه  چنانكه گفتيم اين مقطع كوچكتر از سطح مقطع خود اريفيس است. براي تاثير دادن اين عامل ضريبي را به نام ضريب تنگ شدن مقطع جريان (ضريب تنگ شدگي) ار معرفي مي ‌كنيم:

پس دبي خروجي از اريفيس را مي ‌توان طبق رابطه زير بدست آورد:

Qaدبي خروجي واقعي از اريفيس

معمولا حاصل ضرب دو ضريب CV و CC را به صورت Cd نشان مي ‌دهند.

Cd=CVCC

پس رابطه دبي را مي‌توان به صورت زير نوشت:

راههاي نظري براي محاسبه CV و CC و Cd وجود ندارد و از راههاي تجربي بايد اين ضرايب را محاسبه كرد.

ارسال نظر