انتخاب متر شارش با قطر لوله بسیار بزرگ

Thread Content

قطر بسیار بزرگ لوله‌ها معمولاً به قطرهای بیشتر از ۱ متر اطلاق می‌شود، که شامل لوله‌های گرد/مربعی/مستطیلی می‌گردد. به دلیل حجم بسیار زیاد لوله‌های با قطر فوق‌العاده بزرگ، در طراحی، موضوع اصلی کاهش فضای اشغال شده و صرفه‌جویی در هزینه‌ها است. بنابراین، در محاسبه طول کابل‌کشی لوله‌ها، به الزامات نصب سنجش جریان توجهی نمی‌شود و در نتیجه فاصله بخش‌های مستقیم لوله قبل از آن و بعد از آن نیز وجود نخواهد داشت. این موضوع محدودیت‌های قابل توجهی برای استفاده از آن در اکثر دستگاه‌های اندازه‌گیری جریان ایجاد می‌کند و حتی در صورت استفاده اجباری، عملکرد ضعیفی خواهد داشت. چگونه می‌توان این مشکل را حل کرد؟ ابتدا درباره ویژگی‌های دبی جریان در لوله‌های بزرگ صحبت کنیم: ۱. قطر لوله بیش از ۱ متر است و در برخی موارد تا ۵.۶ متر نیز می‌رسد. بیشتر آن‌ها مستطیلی هستند، ساختارشان پیچیده است، بخش‌های لوله‌های مستقیم بسیار کوتاه هستند و اغلب کمتر از ۱D می‌شوند؛ توزیع سرعت جریان نیز پیچیده بوده و با تغییر بار فن در حال تغییر است (معمولاً در لوله‌های با قطر بزرگ، حجم هوا اندازه‌گیری می‌شود). ۲. در داخل لوله گرداب‌هایی وجود دارد که اندازه و موقعیت آن‌ها با جریان مدام تغییر می‌کند. ۳. برای کاهش اتلاف فشار، سرعت جریان در داخل لوله معمولاً کمتر از ۵ تا ۱۰ متر بر ثانیه است؛ در دمای معمولی، فشار ساکن کل هوا تنها بین ۱۵ تا ۶۰ پاسکال است. ۴. گازها معمولاً حاوی گرد و غبار هستند و استفاده از دستگاه‌های فشار تفاضلی رایج، به راحتی منجر به انسداد آن‌ها می‌شود. در ادامه، برخی از دستگاه‌های مورد استفاده برای اندازه‌گیری قطر بزرگ لوله‌ها معرفی می‌شوند. بر اساس تعداد نقاط اندازه‌گیری: ۱) اندازه‌گیری نقطه‌ای: سرعت جریان در یک نقطه خاص در داخل لوله (مانند مرکز دایره) برای محاسبه حجم جریان استفاده می‌شود؛ مانند توربین‌های قرارگیری‌شونده، سیستم‌های وورتکس، دو ونچوری، و اندازه‌گیرهای جرمی گازی حرارتی. فرض اساسی این روش‌ها این است که طول بخش مستقیم لوله باید بین ۱۵ تا ۲۵D باشد (D: قطر لوله). به دلیل وجود گرداب‌های ناپایدار در لوله‌های بزرگ، احتمال وجود سرعت جریان متوسط ثابت در شرایط مختلف بار پمپاژ بسیار کم است؛ بنابراین از این نوع پمپاژها به ندرت در سیستم‌های کنترل خودکار استفاده می‌شود. در اینجا لازم است نکته‌ای را توضیح دهیم: بسیاری از تولیدکنندگان سنج‌های جریان می‌گویند که دستگاه‌هایشان در آزمایشگاه‌های باد، تنظیم شده‌اند و دقت آن‌ها می‌تواند به ±۱٪ برسد. همگی باید مراقب باشند؛ زیرا این دقت مربوط به سرعت جریان است، در حالی که جریان، به زبان ساده، مجموع سرعت‌های موجود در کل پروفیل سرعت جریان است. به طور کلی، اندازه‌گیری نقطه‌ای در مواردی که بخش‌های مستقیم لوله کافی نباشند یا وجود موانع جریان در قسمت‌های ابتدا و انتها وجود داشته باشد، نتایج مطلوبی ندارد. در مواردی که نیاز به خطی‌بودن/تکرارپذیری و قابلیت اطمینان بالایی وجود داشته باشد و دقت تنها در محدوده‌ای قابل قبول لازم باشد، می‌توان از روش «تنظیم نقاط شبکه در محل» که توسط شرکت SIERRA Instruments به طور ویژه طراحی و بهبود یافته است، استفاده کرد. با استفاده از این روش، بهترین نقطه واردسازی انتخاب می‌شود. در این روش، از یک جریان‌سنج جرمی حرارتی استفاده می‌شود؛ این جریان‌سنج با انتخاب چند نقطه در مقطع عرضی (بسته به میزان تطابق داده‌های اندازه‌گیری‌شده با تغییرات جریان هوا)، تغییرات جریان را اندازه‌گیری می‌کند. سپس، داده‌های به‌دست‌آمده از تمام نقاط، از طریق محاسبات ریاضی، برای انتخاب بهترین نقطه اندازه‌گیری استفاده می‌شوند؛ به گونه‌ای که مقدار جریان در آن نقطه نه تنها خطی باشد، بلکه بتواند جریان متوسط کل مقطع عرضی را نیز نشان دهد. ۲) اندازه‌گیری در چند نقطه روی خط: جریان با اندازه‌گیری سرعت جریان در چند نقطه روی یک خط مستقیم در داخل لوله (برای لوله‌های دایره‌ای، قطر؛ و برای لوله‌های مستطیلی، ارتفاع یا عرض) محاسبه می‌شود؛ در این روش نیز از دستگاه‌های اندازه‌گیری جریان نوع قرارگیری درون لوله استفاده می‌شود. در مقایسه با نقاط تکی، دقت بالاتری دارد و نصب آن نیز آسان‌تر است؛ اما برای رسیدن به دقت لازم، بخش مستقیم قبل از آن نیز باید حداقل ۱۰ D داشته باشد و خطوط سرعت یکنواخت در داخل لوله باید تقریباً دایره‌های هم‌مرکز باشند. به عنوان مثال، در لوله‌های یک نیروگاه که وسعت آن‌ها کمتر از ۱ متر مربع است، به دلیل وجود گرداب‌های درون لوله‌ها، اندازه و موقعیت این گرداب‌ها نیز با تغییر میزان جریان هوا در حال تغییر است. بنابراین، در محدوده تنظیم میزان جریان هوا بین ۳۰ تا ۵۰ درصد، رخ می‌دهد که هرچه میزان جریان هوا افزایش یابد، فرق فشار خروجی لوله‌های مربوطه کاهش یابد. (خودم هم تجربه کرده‌ام که هنگام تنظیم سرعت جریان در لوله‌های هوای ثانویه با روش مساحت و سرعت، متوجه شدم که هرچقدر هم که دریچه‌ها را تنظیم کنم، سرعت جریان در آن نقطه همچنان ۰ است!) بنابراین، این روش اندازه‌گیری نیز برای سیستم‌های کنترل صنعتی به سختی قابل استفاده است. با توجه به موارد فوق، می‌توانیم ببینیم که اندازه‌گیری حجم هوای عبوری از لوله‌های بزرگ بسیار دشوار است. هنگامی که امکان تغییر شرایط محل پروژه وجود ندارد، باید اقدامات لازم برای بهبود آن شرایط انجام شود تا بتوان میزان جریان هوا را به درستی اندازه‌گیری کرد. «۱» رکتیفایر: ما می‌دانیم که مشکل اصلی در اندازه‌گیری‌ها، عدم وجود بخش‌های مستقیم در جریان است؛ به همین دلیل، اگر اطمینان حاصل شود که جریان پرتلاطم و کاملاً توسعه‌یافته‌ای وارد قسمت اندازه‌گیری دستگاه می‌شود، مشکل حل خواهد شد. یک روش بسیار خوب، نصب رکتیفایر است. در حال حاضر، روش توصیه‌شده استفاده از ترتیب‌دهنده‌های سلولی است که در طول نزدیک به یک قرن، با موفقیت در تجهیزات تونل بادی مورد استفاده قرار گرفته‌اند. ویژگی آن، نسبت بالای مساحت جریان به مساحت مقطع لوله است تا از کاهش فشار جلوگیری شود. «۲» سرعت‌سنج چندنقطه‌ای: اصل کار آن مشابه سرعت‌سنج پیتو است (در کشور ما بیشتر به آن پیتو می‌گویند)؛ یعنی سرعت جریان از طریق اندازه‌گیری تفاوت فشار در جلو و پشت قطعه محدودکننده جریان محاسبه می‌شود. تفاوت این روش در این است که موقعیت و تعداد نقاط اندازه‌گیری، مطابق با استانداردهای مربوطه، در قالب یک ماتریس سازماندهی می‌شوند تا توزیع سرعت جریان در لوله به خوبی منعکس شود. هرچه تعداد نقاط اندازه‌گیری بیشتر باشد، توانایی بازتاب واقعی توزیع سرعت جریان در داخل لوله بیشتر خواهد بود. «۳» دستگاه پاکسازی خودکار: از آنجایی که هوای مورد استفاده در واحدهای اول و دوم نیروگاه‌های برق‌آبی لزوماً حاوی گرد و غبار است، دستگاه‌هایی که جریان را با اندازه‌گیری تفاوت فشار تعیین می‌کنند، به احتمال زیاد مسدود می‌شوند؛ این امر مانع از استفاده از آن‌ها در نیروگاه‌های برق‌آبی می‌شود. برای جلوگیری از این مشکل، از دستگاه‌های پاکسازی استفاده می‌شود تا لوله‌ها به طور منظم تمیز شوند. «۴» اندازه‌گیری، یعنی پس از پردازش تمام داده‌ها در سیستم، مقدار جریان را خروجی دادن؛ این کار بسیار دقیق و پیچیده است. در مورد مواردی مانند محاسبه حجم ترافیک، در اینجا به طور خلاصه به آن پرداخته شده است. مزایای استفاده از چند نقطه اندازه‌گیری: ۱. دقت اندازه‌گیری بالاست. ۲. نصب آن نسبتاً آسان است و اتلاف فشار کمتر است. گفته می‌شود (اما تأیید نشده) که نیروگاه‌های برق‌آفرین در آمریکا بیش از ۹۰ درصد از بازار را در اختیار دارند. کشور ما تنها چند سال است که از این فناوری استفاده می‌کند و هنوز در حال بهبود و تکمیل آن است. البته در حال حاضر، در کشورهای خارجی به تدریج از جریان‌سنج‌های جرمی حرارتی ماتریسی برای جایگزینی جریان‌سنج‌های سنتی مبتنی بر تفاوت فشار استفاده می‌شود. در حال حاضر، این فناوری در برخی از نیروگاه‌های کشورمان با موفقیت مورد استفاده قرار گرفته است. الزامات برای برندهای جریان‌سنج جرم گازی حرارتی بسیار بالاست؛ محصولات داخلی دارای عمر کارکردی کوتاه، نرخ خرابی بالا و خطی‌سازی ضعیفی هستند. در حال حاضر، برندهای اصلی مورد استفاده در این زمینه در داخل و خارج از کشور، سه برند SIERRA/FCI/KURZ هستند. مزایای اصلی استفاده از روش جریان جرمی حرارتی عبارتند از: خطی بودن و تکرارپذیری بالا، عدم وجود اتلاف فشار، دامنه اندازه‌گیری گسترده، اندازه‌گیری مستقیم جریان جرمی بدون نیاز به جبران دما و فشار، تأثیر کم قطر لوله بر قیمت دستگاه، اینکه هرچه قطر لوله بزرگتر باشد، روش حرارتی مزیت بیشتری خواهد داشت، نصب آن در مقایسه با سایر دستگاه‌های اندازه‌گیری جریان، ساده‌ترین روش است، هزینه نصب آن کمترین میزان را دارد و هزینه نگهداری آن نیز پایین است. با توجه به ویژگی‌های فوق، اندازه‌گیری جریان در لوله‌های با قطر بزرگ، روز به روز به یک روش پرکاربرد تبدیل می‌شود.