บางอย่างเกี่ยวกับเครื่องวัดอัตราการไหลของกังหันก๊าซ

การออกแบบส่วนประกอบหลักของเครื่องวัดอัตราการไหลของกังหันก๊าซ

รูปที่ 1 เป็นแผนผังของมาตรวัดอัตราการไหลของกังหันก๊าซทั่วไป ซึ่งแตกต่างจาก มาตรวัดอัตราการไหลของกังหันของเหลว มาตรวัดอัตราการไหลของก๊าซมีการออกแบบที่แตกต่างกันอย่างชัดเจน การเปลี่ยนแปลงที่เห็นได้ชัดที่สุดคือฮับขนาดใหญ่และช่องไหลที่ค่อนข้างเล็ก สิ่งเหล่านี้มีวัตถุประสงค์หลักเพื่อเพิ่มแรงบิดให้กับโรเตอร์ให้ได้มากที่สุด โดยอนุญาตให้ของไหลไหลผ่านพื้นที่ที่มีรัศมีกว้างและเพิ่มความเร็วการไหล ความแตกต่างอีกประการหนึ่งคือการใช้เอาต์พุตแบบเฟืองตัวหนอนบ่อยครั้งเพื่อแสดงผล ซึ่งทำขึ้นเพื่อให้เป็นไปตามข้อกำหนดของหน่วยงานระดับชาติสำหรับการแสดงผลทางกล อย่างไรก็ตาม วิธีการทางอิเล็กทรอนิกส์สำหรับการแสดงผลอัตราการไหลก็เป็นที่นิยมใช้เช่นกัน Bonner และ Lee (1992) ได้บันทึกนวัตกรรมที่สำคัญจากช่วงทศวรรษ 1960 เช่น ใบพัดที่พันกันเป็นเกลียวซ้อนกัน โดยมีปลายที่ยื่นลึกเข้าไปในร่องในผนังท่อ

Schematic of a DN100 gas turbine flowmeter

รูปที่ 1 แผนผังของมาตรวัดอัตราการไหลกังหันก๊าซ DN100

Lee และคณะ (1982) ได้เสนอการออกแบบโดยติดตั้งโรเตอร์รองไว้ด้านหลังโรเตอร์หลัก โรเตอร์รองนี้ใช้เพื่อตรวจสอบสถานะการทำงานของเครื่องวัดอัตราการไหล อัตราส่วนความเร็วระหว่างโรเตอร์รองและโรเตอร์หลักจะเปลี่ยนแปลงเมื่อการไหลของอากาศที่ออกจากโรเตอร์หลักถูกเบี่ยงเบนหรือถูกรบกวน การเปลี่ยนแปลงของอัตราการไหลของก๊าซขาเข้าก็อาจส่งผลต่ออัตราส่วนนี้เช่นกัน การออกแบบนี้อ้างว่าช่วยให้สามารถแก้ไขตัวเองได้

การออกแบบตลับลูกปืนของเครื่องวัดอัตราการไหลของกังหันก๊าซ

External lubrications for gas turbine flow meter bearing

การหล่อลื่นภายนอกสำหรับตลับลูกปืนมาตรวัดอัตราการไหลของกังหันก๊าซ

บางครั้งมีการใช้ตลับลูกปืนแบบมีฉนวนป้องกัน ในบางรุ่น จำเป็นต้องใช้น้ำมันหล่อลื่นภายนอกสำหรับเซ็นเซอร์วัดอัตราการไหลของกังหันก๊าซ มีการใช้น้ำมันหล่อลื่นพิเศษในการวัดออกซิเจน ในสภาวะการทำงานปกติ ควรหล่อลื่นปีละสองถึงสามครั้ง บางรุ่น เช่น รุ่นที่ใช้ตลับลูกปืนแบบปิดผนึก ไม่จำเป็นต้องใช้น้ำมันหล่อลื่นภายนอก ตลับลูกปืนแบบปิดผนึกเหมาะสำหรับการวัดก๊าซที่มีอนุภาคของแข็ง

วัสดุเซ็นเซอร์วัดอัตราการไหลของกังหันก๊าซ

วัสดุโรเตอร์ทั่วไปของเครื่องวัดอัตราการไหลของกังหันก๊าซคือเรซินโพลีออกซีเมทิลีน (POM) หรืออะลูมิเนียม โดยอะลูมิเนียมจะพบได้บ่อยกว่าสำหรับขนาดที่ใหญ่กว่า 150 มม. ในบางกรณีก็ใช้สแตนเลสด้วย

ขนาดและช่วงการไหลของเครื่องวัดอัตราการไหลของกังหันก๊าซ

เครื่องวัดอัตราการไหลของกังหันก๊าซขนาด 3 นิ้ว

ช่วงการวัดของเครื่องวัดอัตราการไหลของกังหันก๊าซขนาด 1 นิ้วอยู่ที่ 0.8~10 m³/ชม. ในขณะที่รุ่นเครื่องวัดอัตราการไหลของก๊าซขนาด 2 นิ้วครอบคลุม 5~100 m³/ชม. (โดยมีอัตราการไหลตอบสนองขั้นต่ำที่ 1.2 m³/ชม.) สำหรับเครื่องวัดอัตราการไหลของก๊าซขนาด 24 นิ้ว ช่วงการวัดอยู่ที่ 1,000~25,000 m³/ชม. โดยรุ่นหนึ่งมีอัตราส่วนการหมุนลงที่ 30:1 จำนวนใบพัดโรเตอร์โดยทั่วไปมีตั้งแต่ 12 ถึง 24 ใบ โดยมีความถี่พัลส์สูงสุดที่ 3 kHz แรงดันสูงสุดคือ 100 บาร์ ข้อมูลข้างต้นแตกต่างกันอย่างมากสำหรับผลิตภัณฑ์จากผู้ผลิตที่แตกต่างกัน

การสูญเสียแรงดันของมาตรวัดอัตราการไหลที่มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 2 นิ้ว สำหรับมาตรวัดอัตราการไหลกังหันก๊าซที่อัตราการไหลสูงสุดคือ 5.5 มิลลิบาร์ และที่เส้นผ่านศูนย์กลาง 600 มิลลิเมตร คือ 14 มิลลิบาร์ แน่นอนว่าการสูญเสียแรงดันขึ้นอยู่กับความหนาแน่น ความดัน และชนิดของก๊าซที่ไหล ผู้ผลิตมาตรวัดอัตราการไหลกังหันก๊าซ ควรให้ข้อมูลอ้างอิงที่แตกต่างกันสำหรับสภาวะการทำงานที่แตกต่างกัน

ความแม่นยำของเครื่องวัดอัตราการไหลของกังหันก๊าซ

ความไม่แน่นอนโดยทั่วไปอยู่ที่ 2% จากอัตราการไหลขั้นต่ำ Q นาที ถึง 20% ของอัตราการไหลสูงสุด Q max และ 1% จาก 20% ถึง 100% ของ Q max ความเป็นเส้นตรงที่ประกาศไว้อยู่ที่ 0.5%

ความเป็นเส้นตรงที่เหมาะสมที่สุดเกิดขึ้นที่อัตราส่วนการเลี้ยวลง 20:1 โดยมีความเบี่ยงเบน ±0.5% และความสามารถในการทำซ้ำได้ ±0.02% ความเร็วการไหลสูงสุดคือ 30 ม./วินาที

ข้อมูลยังแสดงให้เห็นความเสถียรในการสอบเทียบที่ยอดเยี่ยม โดยมีค่าดริฟท์เพียง 0.2% ในช่วงเวลา 9 ปี ซึ่งระหว่างนั้นก๊าซธรรมชาติประมาณ 10⁸m³ จะผ่านมาตรวัดการไหลที่แรงดันท่อ 8 บาร์

แวน เดอร์ กรินเทน (1990) ได้นำเสนอกราฟแสดงค่าความคลาดเคลื่อนสำหรับมาตรวัดอัตราการไหลกังหันก๊าซ โดยคำนึงถึงแรงต้านของก๊าซระหว่างใบพัด ผลกระทบของชั้นขอบท่อ และแรงเสียดทานของตลับลูกปืน รูปที่ 2 แสดงกราฟนี้ และยังแสดงให้เห็นว่าประสิทธิภาพของมาตรวัดอัตราการไหลแปรผันตามความดันและชนิดของก๊าซอย่างไร

อัตราส่วนช่วงของ มิเตอร์วัดการไหลแบบกังหัน ทั่วไปจะเพิ่มขึ้นเป็นเส้นตรงตามรากที่สองของอัตราส่วนความหนาแน่นของก๊าซ ที่ความดัน 20 บาร์ อัตราส่วนช่วงจะสูงถึง 100:1 ในขณะที่ความดันใช้งานที่ระดับมิลลิบาร์อยู่ที่ 15:1 (Griggiths and Newcombe, 1970) วัตสันและเฟอร์เนส (1977) อ้างว่าช่วงของไหลที่สามารถทำได้สำหรับไนโตรเจนความดันต่ำคือ 5:1 และ 30:1 สำหรับก๊าซธรรมชาติความดันสูง

Van der Kam และ Dam (1993) พบว่าความแม่นยำของการทำงานของกังหันที่ 25% ของอัตราการไหลสูงสุดคือ ± 0.5% และภายในช่วงที่ต่ำกว่าคือ ± 1% พวกเขายังพบว่าความคลาดเคลื่อนน้อยกว่า 0.5% เมื่อช่วงความดันอยู่ระหว่าง 1 ถึง 10 บาร์ ในขณะที่เครื่องวัดอัตราการไหลรุ่นเก่ามีความคลาดเคลื่อน 1% อิทธิพลของเลขเรย์โนลด์สที่มีต่อกังหันสามารถอ้างอิงถึงการเปลี่ยนแปลงของความหนาแน่นในบางกรณี ข้อมูลการทดลองของพวกเขามีอัตราการทำซ้ำที่ 0.1% ในรายงานอื่นโดย Erdal และ Cabrol (1991) แสดงให้เห็นว่าอัตราการทำซ้ำของเครื่องวัดอัตราการไหลแบบกังหันขนาด 6 นิ้วจำนวน 6 เครื่องอยู่ที่ 0.24% โดยมีความเป็นเส้นตรงที่ 0.42% และอัตราการทำซ้ำรายวันประมาณ 0.05% เมื่อเวลาผ่านไปนานกว่า 4 ปี จะน้อยกว่า 0.05%

เดอ ยอง และ ฟาน เดอร์ คัม (1993) พบค่าดริฟต์อยู่ระหว่าง 0.2% ถึง 0.3% ในผลการสอบเทียบ ขณะที่ โคนิง ฟาน เอสเซน และ สมิด (1989) พบค่าดริฟต์ 0.1% ตลอดระยะเวลา 10 ปี จากประสบการณ์ของกาซูนี ค่าดริฟต์รายปีอยู่ที่ประมาณ 0.01% ฟาน เดอร์ คัม และ เดอ ยอง (1994) อ้างว่าแถบเส้นโค้งความคลาดเคลื่อนในอัตราส่วนช่วง 50:1 มีค่าน้อยกว่า 0.5% ตลอดช่วงทั้งหมดโดยไม่มีข้อยกเว้น

Van der Grinten (2005) นำเสนอวิธีการสอดแทรกตามหมายเลขเรย์โนลด์โดยละเอียดสำหรับการสอบเทียบมาตรวัดอัตราการไหลกังหันก๊าซ ร่วมกับการศึกษาการเปรียบเทียบระหว่างกัน

รูปที่ 2 กราฟแสดงค่าความผิดพลาดของมาตรวัดอัตราการไหลกังหันก๊าซ
(ทำซ้ำโดยได้รับอนุญาตจาก Nederlands Meetinstituut, van der Grinten, 1990):
(ก) การเปลี่ยนแปลงตามอัตราการไหลการดำเนินงาน
(b) การเปลี่ยนแปลงด้วยหมายเลขเรย์โนลด์สตามเส้นผ่านศูนย์กลางภายใน

วิธีการติดตั้งเครื่องวัดอัตราการไหลของกังหันแก๊สให้ถูกต้อง?

การติดตั้งที่ถูกต้องเพื่อให้ได้ผลการวัดอัตราการไหลที่ดีที่สุด

งานวิจัยที่ดำเนินการโดยสถานีวิจัยวิศวกรรมก๊าซแห่งสหราชอาณาจักรยืนยันว่ามาตรวัดอัตราการไหลประเภทนี้มีความไวต่อสิ่งรบกวนการไหลอย่างน่าทึ่ง ทำให้จำเป็นต้องมีการเดินท่อตรงทั้งด้านบนและด้านล่างในการติดตั้งจริงส่วนใหญ่ (Fenwick and Jepson, 1975; เปรียบเทียบ Harriger, 1966) เหตุผลหลักๆ ได้แก่:

1. ลดการหมุนวนในท่อวงแหวนที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางใหญ่ ซึ่งเกิดจากการอนุรักษ์โมเมนตัมเชิงมุมและผลการแก้ไขของตัวปรับการไหล

2.การหดตัวของการไหลอย่างมีนัยสำคัญเกิดขึ้นในส่วนท่อที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางเล็ก

3.ผลกระทบเชิงปริพันธ์ที่เกิดจากความสัมพันธ์เชิงเส้นระหว่างค่าสัมประสิทธิ์การยกและมุมตกกระทบขนาดเล็ก
พวกเขาสรุปว่าควรติดตั้งเครื่องปรับอัตราการไหลเฉพาะในส่วนทางเข้าเท่านั้นหากมีกระแสน้ำวนอยู่บริเวณต้นน้ำ

Van der Kam และ Dam (1993) สรุปว่าการติดตั้งเครื่องปรับอัตราการไหลเข้าสามารถลดอัตราการไหลวนได้อย่างมีประสิทธิภาพ ตัวอย่างเช่น ความคลาดเคลื่อนในการวัดที่เกิดจากการติดตั้งข้อศอกสองอันในระนาบที่ต่างกัน (มุมหมุน 40°) จะไม่เกิน 0.3% การเปลี่ยนแปลงของเส้นผ่านศูนย์กลางท่อที่อยู่เหนือมาตรวัดอัตราการไหลค่อนข้างไม่สำคัญ ในกรณีที่รุนแรง เครื่องยืดอัตราการไหลแบบมัดท่อก็เพียงพอแล้ว ความหยาบผิวไม่ส่งผลกระทบต่อประสิทธิภาพการทำงาน ผลกระทบของอุณหภูมิภายในช่วง 20°C มีน้อยมากแต่ตรวจสอบได้ยากเนื่องจากขาดวิธีการวัดควบคุมที่จำเป็น มาตรวัดอัตราการไหลแบบเทอร์ไบน์ไม่เหมาะสำหรับการไหลของก๊าซที่เปียกหรือสกปรก ก๊าซควรสะอาด ปราศจากของเหลวและฝุ่น และควรใช้ตัวกรองที่มีขนาดอย่างน้อย 5 ไมโครเมตรเมื่อจำเป็น ต้องทำความสะอาดท่อต้นน้ำให้สะอาดก่อนการติดตั้ง (Bonner, 1993; ISO 9951)

จากงานวิจัยของ Harriger (1966) พบว่าสามารถใช้วิธีการติดตั้งแบบผสมผสานได้ โดยท่อส่งน้ำความยาว 4 มิติต้นน้ำประกอบด้วยตัวปรับอัตราการไหลแบบ 2 มิติและส่วนท่อตรงแบบ 2 มิติ อย่างไรก็ตาม การไหลแบบวนและการเต้นเป็นจังหวะอาจส่งผลกระทบอย่างมีนัยสำคัญ มิเตอร์วัดอัตราการไหลที่มีตัวปรับอัตราการไหลในตัวสามารถขจัดอิทธิพลของการไหลแบบวนได้ หากติดตั้งอุปกรณ์ท่อภายในระยะ 5 มิติต้นน้ำของมิเตอร์วัดอัตราการไหล จำเป็นต้องติดตั้งใบพัดยืดตรง ระหว่างการติดตั้งมิเตอร์วัดอัตราการไหล จำเป็นต้องจัดวางตำแหน่งท่อให้ตรงกับท่ออย่างระมัดระวัง และไม่ควรมีส่วนยื่นออกมาภายในส่วน 5 มิติต้นน้ำ ท่อปลายน้ำควรรักษาเส้นผ่านศูนย์กลางให้คงที่โดยไม่มีข้อจำกัดเพิ่มเติม

ท่อตรงเพียงพอก่อนและหลังเครื่องวัดอัตราการไหลของกังหันก๊าซ

Van der Kam และ van Dellen (1991) พบว่าสำหรับมาตรวัดอัตราการไหลกังหันก๊าซขนาด 12 นิ้ว ระยะห่างต้นน้ำ 10D ก็เพียงพอที่จะรับประกันการทำงานที่เหมาะสมภายใต้เงื่อนไขที่อนุญาต ในขณะที่ต้องใช้ 15D เมื่อมีการไหลแบบหมุนวน

Mickan และคณะ (1996a, 1996b) และ Wendt และคณะ (1996) ได้ศึกษาเชิงทดลองเกี่ยวกับการกระจายความเร็วในท่อส่งและผลกระทบต่อมาตรวัดอัตราการไหลของกังหันก๊าซ การศึกษานี้ใช้เทคนิคการวัดแบบเลเซอร์ดอปเปลอร์ และศึกษาผลกระทบของรูปแบบการติดตั้งต่างๆ ต่อประสิทธิภาพของมาตรวัดอัตราการไหลของกระแสน้ำวน ได้แก่ 1. ตัวปรับสภาพการไหล 2. การติดตั้งแบบข้อต่องอเดี่ยว 3. ข้อต่องอคู่แบบไม่ขนานกัน 4. การอุดตันของการไหลระหว่างข้อต่องอ 50%

ผู้อ่านที่สนใจสามารถอ่านเอกสารเผยแพร่ต้นฉบับได้ แม้ว่าความคลาดเคลื่อนในการทดลองส่วนใหญ่จะต่ำกว่า 1% แต่ก็ไม่ได้พบในทุกสภาวะการทดสอบ

จอร์จ (2002) ได้ศึกษาความก้าวหน้าของเทคโนโลยีมิเตอร์วัดอัตราการไหลแบบกังหันในรายงาน AGA ฉบับที่ 7 ฉบับปรับปรุงใหม่ การศึกษานี้ระบุถึงพัฒนาการที่สำคัญสองประการนับตั้งแต่ปี 1996 ได้แก่ การออกแบบโรเตอร์คู่และมิเตอร์วัดอัตราการไหลแบบช่วงขยาย ผลการวิจัยที่สำคัญประกอบด้วย:

• สำหรับสภาวะการไหลแบบมีการเชื่อมโยงระยะสั้น ระยะใกล้ การเชื่อมโยงแบบหมุนวน และการไหลแบบหมุนวนบริสุทธิ์ เครื่องมือที่ปรับเทียบร่วมกันสี่เครื่องแสดงให้เห็นข้อผิดพลาดในการวัดภายใน ±1%

• เครื่องปรับอัตราการไหลที่บูรณาการอย่างเหมาะสมที่ทางเข้ามิเตอร์สามารถลดค่าเบี่ยงเบนลงได้เหลือ ±0.25%

• การกำหนดค่าโรเตอร์เดี่ยวเทียบกับโรเตอร์คู่แสดงให้เห็นถึงผลกระทบต่ออคติในการวัดที่ไม่สำคัญ

• ความแปรผันที่เกิดจากแรงดันต้องมีการตรวจสอบเพิ่มเติม

Islam et al. (2003) รายงานผลการทดลองของเครื่องวัดอัตราการไหลแบบกังหันที่มีเครื่องปรับอัตราการไหลแบบบูรณาการภายใต้สภาวะการไหลของอากาศที่ถูกรบกวน

Balla และ Takaras (2003) ได้บันทึกค่าดริฟต์ประมาณ 1% ในประสิทธิภาพการทำงานของมาตรวัดอัตราการไหลของก๊าซหลังจากใช้งานเป็นเวลา 1 ปี ซึ่งอาจเกิดจาก:

1.การสะสมของคอนเดนเสทของเหลว
2.สารปนเปื้อนตกค้างจากการผลิตท่อ
Ullebust และ Ekerhovd (2008) แนะนำโปรโตคอลการบำรุงรักษาดังต่อไปนี้:
1.การตรวจสอบความหยาบผิวภายในท่อ
2.การตรวจสอบความสมบูรณ์ของเครื่องปรับสภาพการไหล
3.การตรวจสอบการจัดตำแหน่งมาตรวัดอัตราการไหล
4.ขั้นตอนการตรวจสอบด้วยสายตา

ข้อจำกัดในการดำเนินงาน:
• อนุญาตให้ใช้ความเร็วเกินชั่วคราวได้ไม่เกิน 20% (แม้ว่าความเร็วเกินอย่างต่อเนื่องจะทำให้เกิดความเสียหาย)
• จำเป็นต้องมีการตรวจสอบอุณหภูมิภายใน 2D ปลายน้ำของมาตรวัดการไหล (ช่วงที่ผู้ผลิตระบุ: -10 ถึง 50°C)
• การอบแห้งด้วยก๊าซที่จำเป็นเมื่อสภาวะของกระบวนการนำไปสู่การควบแน่นของของเหลวในท่อ

การตรวจจับและการติดตาม

วิธีการวัดความเร็วของกังหันที่นิยมใช้กันมากที่สุดคือการใช้ชุดเกียร์ ซึ่งอาจทำให้เกิดความต้านทานเนื่องจากการสูญเสียกำลังส่งของชุดเกียร์ นอกจากนี้ ความต้านทานยังอาจเกิดจากการเชื่อมต่อด้วยแม่เหล็กไฟฟ้า กลไกการแสดงผลการไหล และกระบวนการสอบเทียบ การใช้การตรวจจับด้วยแม่เหล็กไฟฟ้าสามารถลดความต้านทานดังกล่าวได้อย่างมาก

สำหรับสัญญาณความถี่สูง สามารถใช้สวิตช์เหนี่ยวนำแม่เหล็กหรือสวิตช์แบบ Proximity บนใบพัดอะลูมิเนียม แถบโลหะบนดุมล้อ หรือดิสก์ขับเคลื่อนของเพลาหลัก เพื่อดึงสัญญาณตามเอฟเฟกต์การสลับ ทำให้ได้ความถี่ในการวัดสูงสุด 3 kHz สำหรับการใช้งานที่ต้องการพัลส์ 1 ถึง 10 พัลส์ต่อรอบ อาจใช้สวิตช์รีดหรือเซ็นเซอร์แบบสล็อต

Reeb และ Joachim (2002) พัฒนาเครื่องมือตรวจสอบออนไลน์สำหรับเครื่องวัดอัตราการไหลกังหันก๊าซชื่อ AccuLERT G-II (FMC Measurement Solutions) ซึ่งอ้างว่าสามารถตรวจจับและวิเคราะห์ข้อผิดพลาดทั้งทางกลไกและที่เกี่ยวข้องกับของไหลได้

AccuLERT สามารถตรวจสอบอัตราส่วนเวลาขึ้น (Rise Time Ratio) อัตราส่วนเวลาลง (Fall Time Ratio) และค่าเบี่ยงเบนมาตรฐาน (Standard Deviation) ได้ นอกจากนี้ ยังสามารถตรวจสอบตัวแปรสำคัญๆ เช่น อัตราการไหล เวลา และการเปลี่ยนแปลงระหว่างการทำงาน เพื่อประเมินสถานะการทำงานของเครื่องวัดอัตราการไหลได้อีกด้วย

ของเหลวที่ไม่เสถียร

เครื่องวัดอัตราการไหลของกังหันก๊าซมักเกิดสภาวะการไหลแบบเป็นจังหวะ เมื่อของไหลมีอัตราเร่ง มุมตกกระทบที่เพิ่มขึ้นบนใบพัดกังหันจะทำให้โรเตอร์เร่งตัวเร็วขึ้น ในทางกลับกัน การไหลที่ช้าลงอาจทำให้ใบพัดหยุดทำงานโดยมีแรงต้านจากแรงต้านน้อยที่สุด ส่งผลให้ค่าการไหลโดยรวมสูงเกินไป การวัดอัตราการไหลแบบเป็นจังหวะเป็นเวลานานอาจทำให้เกิดความเสียหายต่อตลับลูกปืนในชุดประกอบกังหัน

Head (1956) กำหนดค่าสัมประสิทธิ์การเต้นของชีพจรสำหรับมาตรวัดอัตราการไหลแบบกังหัน ซึ่งกำหนดดังนี้:

q i /q V =(1+αbΓ²)

โดยที่ q i คืออัตราการไหลที่แสดงโดยมิเตอร์ q V คืออัตราการไหลจริง (α=1/8 แสดงถึงกฎการแปรผันแบบไซน์ของของไหล) b สามารถพิจารณาได้ว่าเป็น 1 สำหรับมิเตอร์วัดอัตราการไหลที่ไม่ไหลตาม และ Γ คือแอมพลิจูดของระบบการไหลเต็มที่เทียบกับความเร็วเฉลี่ย หัวหน้าเชื่อว่า Γ=0.1 เป็นค่าวิกฤตสำหรับข้อผิดพลาดที่สำคัญ

กราฟการลดความเร็วโดยไม่ใช้ของไหลสามารถหาได้จากการวิเคราะห์ชั่วคราว ดังที่แสดงในรูปที่ 3 รูปนี้ช่วยให้สามารถระบุเวลาการลดความเร็วของโรเตอร์จนหยุดนิ่งและความชันสุดท้ายของกราฟการสลายตัว ความชันนี้มีความสัมพันธ์ทางกายภาพกับอัตราส่วนแรงลากต่อแรงเฉื่อยภายใต้สภาวะการไหลเป็นศูนย์ ซึ่งทำหน้าที่เป็นตัวบ่งชี้การวินิจฉัยสภาพของตลับลูกปืน

อย่างไรก็ตาม เดอ ยอง และ แวน เดอร์ แคม (1993) ตั้งคำถามถึงความน่าเชื่อถือของทฤษฎีนี้ภายใต้สภาวะความดันสูง ผู้อ่านสามารถอ้างอิงบทความของลีและอีแวนส์ (1970) ซึ่งอธิบายถึงวิธีการหาเส้นโค้งการลดทอนความเร็วโดยใช้วิธีแรงเสียดทานเชิงกลภายนอก และให้ค่าแรงเฉื่อยโดยทั่วไป ตัวอย่างเช่น สำหรับเครื่องวัดอัตราการไหลความดันต่ำขนาด 150 มม. ความเฉื่อยในการหมุนของโรเตอร์พลาสติกคือ I = 0.242 × 10⁻³kg⋅m³ และความเฉื่อยในการหมุนของโรเตอร์แรงดันสูงอะลูมิเนียมคือ I = 0.486 × 10⁻³kg⋅m³ พวกเขายังพิจารณาความแปรผันของใบด้วยค่า η = 0.2

Rotational speed decay curve of freely rotating flowmeter

รูปที่ 3 กราฟแสดงเส้นโค้งการสลายตัวของความเร็วในการหมุนของมาตรวัดอัตราการไหลแบบหมุนอิสระ
ระหว่างการทดสอบสปินดาวน์
(พิมพ์ซ้ำโดยได้รับอนุญาตจาก ASME หลังจาก Lee และ Evans, 1970)

Lee และคณะ (1975) ได้ระบุความคลาดเคลื่อนที่เกิดจากความผันผวนของคลื่นไซน์ สมมติว่าสถานการณ์เลวร้ายที่สุด ซึ่งโรเตอร์ไม่สามารถเคลื่อนที่ตามพัลส์ได้เนื่องจากความเฉื่อยที่มากเกินไป จะได้ความคลาดเคลื่อนประมาณ 0.5% ที่ดัชนีพัลส์ 0.1 และจะได้ความคลาดเคลื่อนประมาณ 2% ที่ 0.2 โดยที่ดัชนีพัลส์คือ

Γ=

รูปที่ 4 มาจากผลการศึกษาของ Fenwick และ Jepson (1975) ซึ่งแสดงให้เห็นถึงผลกระทบของการสั่นของคลื่นสี่เหลี่ยมต่อมาตรวัดอัตราการไหลแบบกังหัน McKee (1992) พบว่าความคลาดเคลื่อนเป็น 0 ที่ความคลาดเคลื่อน 2% และเกิน 1.5% ที่ความคลาดเคลื่อน 6% [Atkinson, 1992] ได้ใช้วิธีการคำนวณเชิงตัวเลขเพื่อประเมินความคลาดเคลื่อนที่เกิดจากการเคลื่อนที่ของของไหลแบบคลื่นไซน์โดยประมาณในมาตรวัดอัตราการไหล Cheesewright และคณะ (1996) ได้แสดงความกังวลเกี่ยวกับการขาดการรายงานข้อมูลเกี่ยวกับรูปคลื่นพัลส์

Fenwick และ Jepson (พ.ศ. 2518) ดำเนินการทดลองโดยการนำอัตราการไหลแบบพัลส์ 60 วินาทีเข้าไปในเครื่องวัดอัตราการไหลขนาด 100 มม. ส่งผลให้การวัดเกินอัตราการไหลจริง 40%

Jungowski และ Weiss (1996) ได้ทดสอบเครื่องวัดอัตราการไหลขนาด 100 มม. ภายใต้กระแสลมแบบพัลซิ่งที่ความถี่ตั้งแต่ 5 ถึง 185 เฮิรตซ์ ผลการทดลองแสดงให้เห็นว่าเมื่ออัตราส่วนของความเร็วรากที่สองของค่าเฉลี่ยต่อความเร็วเฉลี่ยอยู่ที่ 0.1 ค่าที่อ่านได้จะถูกประเมินค่าสูงเกินจริงไป 1% และเมื่อค่าที่อ่านได้มีค่าสูงเกินจริงไป 0.2 ค่าที่อ่านได้จะสูงถึง 4%

Stoltenkamp และคณะ (2003) ได้นำเสนองานวิจัยที่น่าสนใจ โดยอภิปรายถึงความเป็นไปได้ที่ค่าที่อ่านได้จากมิเตอร์วัดอัตราการไหลแบบกังหันน้ำจะคลาดเคลื่อน อันเนื่องมาจากการสั่นของก๊าซอันเนื่องมาจากผลกระทบทางเสียง พวกเขายังได้เสนอแบบจำลองเชิงทฤษฎีเพื่ออธิบายปรากฏการณ์นี้ด้วย

ฉันประมวลผลข้อมูลการทดลองบางส่วนซึ่งอัตราการไหลของก๊าซธรรมชาติเปลี่ยนจากสูงไปต่ำ พร้อมกับการเปลี่ยนแปลงฉับพลันและข้อผิดพลาดที่สำคัญ ซึ่งเป็นพฤติกรรมที่ Jepson และคนอื่นๆ ทำนายไว้แล้วในระเบียบวิธีของพวกเขา

experimental data of natural gas flow rate

รูปที่ 4 ผลของการไหลแบบปรับใน เครื่องวัดอัตราการไหลแบบกังหันขนาด 100 มม.

เครื่องวัดอัตราการไหลของกังหันก๊าซใช้งานที่ไหนบ้าง?

เครื่องวัดอัตราการไหลของกังหันแก๊สเหมาะสำหรับก๊าซที่ไม่กัดกร่อนและก๊าซเชื้อเพลิงทุกชนิด รวมถึง: เครื่องวัดอัตราการไหลของก๊าซ CO2 ก๊าซในเมือง ก๊าซธรรมชาติ ก๊าซโรงกลั่น ก๊าซเตาโค้ก เครื่องวัดอัตราการไหลของโพรเพ น เครื่องวัด อัตราการไหลของบิวเทน ส่วนผสม LPG/อากาศ อะเซทิลีน เอธานอล เครื่องวัดอัตราการไหลของไนโตรเจน คาร์บอนไดออกไซด์ CO2 อากาศ และก๊าซเฉื่อยทั้งหมด

Gas turbine flow meters are measuring natural gas

เครื่องวัดอัตราการไหลของกังหันก๊าซกำลังวัดก๊าซธรรมชาติ

โดยทั่วไปแล้วเครื่องวัดอัตราการไหลแบบกังหันจะไม่ถูกใช้สำหรับการวัดออกซิเจนเนื่องจากเหตุผลดังต่อไปนี้:

1. น้ำมันหล่อลื่นจะต้องไม่ทำปฏิกิริยากับออกซิเจน
2. ความเร็วการไหลของออกซิเจนในท่อต้องไม่เกิน 10 ม./วินาที เนื่องจากความเร็วที่สูงกว่าอาจทำให้เกิดการออกซิเดชันในท่อได้ มาตรวัดอัตราการไหลของกังหันก๊าซต้องใช้ความเร็วที่ต่ำกว่านี้

Pfrehm (1981) ได้ประยุกต์ใช้เทคนิคการวัดอัตราการไหลของของเหลวที่ได้รับการยอมรับอย่างกว้างขวางเพื่อพัฒนาวิธีการวัดอัตราการไหลของมวลสำหรับก๊าซเอทิลีน วิธีการนี้ใช้เครื่องวัดอัตราการไหล เครื่องวัดความหนาแน่น คอมพิวเตอร์วัดอัตราการไหล และเครื่องตรวจสอบแบบลูกสูบสองทิศทาง ความแม่นยำที่อ้างไว้ของเครื่องวัดอัตราการไหลนี้คือ ±0.2% โดยรักษาความเป็นเส้นตรงไว้ตั้งแต่ 20% ถึง 100% ของสเกลเต็ม

ข้อดีและข้อเสีย

เครื่องวัดอัตราการไหลของกังหันก๊าซความแม่นยำสูง

1. การเสื่อมสภาพหรือการสึกหรอทางกลจะส่งผลต่อแรงเสียดทานและรูปทรงของใบมีด ทำให้ช่วงการวัดที่ปรับได้ของมาตรวัดอัตราการไหลลดลงและทำให้เกิดความคลาดเคลื่อนในการอ่านค่า การกรองสามารถชะลอการเสื่อมสภาพของมาตรวัดได้ และการตรวจสอบอย่างสม่ำเสมอจึงเป็นสิ่งจำเป็น การทดสอบการเสื่อมสภาพสามารถบ่งชี้ถึงการเสื่อมสภาพของตลับลูกปืนได้

2. ความผันผวนของของเหลวอย่างรวดเร็วทำให้เกิดการอ่านค่าเกินจริง ตัวอย่างเช่น วงจรการไหลเปิด/ปิด 10 นาที อาจทำให้ค่าประมาณสูงเกินจริง 3%

3.การไหลแบบหมุนทำให้ค่าที่อ่านได้บิดเบือน จำเป็นต้องใช้เครื่องปรับการไหลให้ตรง

4. การเปลี่ยนแปลงแรงดันและแรงเสียดทานของลูกปืนที่สูงอาจทำให้เกิดการดริฟท์ในการอ่านค่าได้สูงถึง 2%

5. ความล้มเหลวของมิเตอร์อัตราการไหลไม่ส่งผลกระทบต่อความปลอดภัยในการไหลของก๊าซ

นอกจากนี้ van der Kam, Dam และ van Dellen (1990) ยังได้หารือเกี่ยวกับความน่าเชื่อถือ ความแม่นยำสูง การวัดแบบโรเตอร์คู่ และระบบตลับลูกปืนอีกด้วย

ขออภัย แต่ไม่มีผลสำหรับการค้นหาของคุณลองค้นหาด้วยคำหลักที่แตกต่างกัน