انواع فلومتر مکانیکی

انواع فلومتر مکانیکی به دلیل ساختار ساده، هزینه کمتر و قابلیت اطمینان بالا، در صنایع مختلف کاربرد فراوانی دارند. این فلومترها با استفاده از اجزای مکانیکی مانند چرخ دنده، توربین یا پیستون، جریان سیال را اندازه‌گیری می‌کنند. در این مقاله، به بررسی جامع انواع فلومترهای مکانیکی، نحوه عملکرد، مزایا و معایب هر کدام، و کاربردهای آن‌ها در صنایع مختلف می‌پردازیم.

انواع فلومتر مکانیکی و نحوه عملکرد آنها

فلومترهای مکانیکی بر اساس نحوه عملکرد و ساختار به انواع مختلفی تقسیم می‌شوند. در ادامه به برخی از رایج‌ترین انواع آن‌ها اشاره می‌کنیم:

1. فلومترهای توربینی (Turbine Flow Meters):

این فلومترها از یک توربین کوچک که در مسیر جریان سیال قرار دارد، تشکیل شده‌اند. سرعت چرخش توربین با سرعت جریان سیال تناسب دارد. با شمارش تعداد دورهای توربین، می‌توان حجم سیال عبوری را محاسبه کرد. فلومترهای توربینی دقت خوبی دارند و برای کاربردهایی که جریان سیال زیاد است، مناسب هستند. این فلومترها به دلیل ساختار مکانیکی خود، برای سیالات تمیز و غیر خورنده مناسب‌ترند.

2. فلومترهای چرخ دنده‌ای (Gear Flow Meters):

این فلومترها از دو چرخ دنده که در محفظه فلومتر قرار دارند، تشکیل شده‌اند. جریان سیال باعث چرخش چرخ دنده‌ها می‌شود. حجم سیال محبوس شده بین دندانه‌های چرخ دنده‌ها در هر دور چرخش، مقدار مشخصی است. با شمارش تعداد دورهای چرخ دنده‌ها، می‌توان حجم سیال عبوری را محاسبه کرد. فلومترهای چرخ دنده‌ای دقت بالایی دارند و برای اندازه‌گیری جریان سیالات ویسکوز مناسب هستند.

3. فلومترهای پیستونی (Piston Flow Meters):

این فلومترها از یک پیستون که در سیلندر حرکت می‌کند، تشکیل شده‌اند. جریان سیال باعث حرکت پیستون به جلو و عقب می‌شود. حجم سیال جابجا شده توسط پیستون در هر حرکت، مقدار مشخصی است. با شمارش تعداد حرکات پیستون، می‌توان حجم سیال عبوری را محاسبه کرد. فلومترهای پیستونی دقت بالایی دارند و برای اندازه‌گیری جریان سیالات ویسکوز و حتی سیالات حاوی ذرات ریز مناسب هستند.

4. فلومترهای جابجایی مثبت (Positive Displacement Flow Meters):

این دسته از فلومترها شامل انواع مختلفی می‌شوند که در آن‌ها، حجم مشخصی از سیال در هر سیکل کاری توسط المان‌های مکانیکی (مانند پیستون، دیافراگم، روتور و ...) جدا شده و به خروجی منتقل می‌شود. با شمارش این سیکل‌ها، حجم کل سیال عبوری محاسبه می‌شود. این فلومترها از دقت بسیار بالایی برخوردارند و برای اندازه‌گیری دقیق جریان سیالات مختلف، به خصوص در جریان‌های کم، مناسب هستند.

5. فلومترهای ونتوری (Venturi Meters):

فلومترهای ونتوری بر اساس اصل برنولی عمل می‌کنند. این فلومترها از یک لوله با قطر متغیر تشکیل شده‌اند. جریان سیال در قسمت باریک‌تر لوله (ونتوری) سرعت بیشتری پیدا می‌کند و فشار آن کاهش می‌یابد. با اندازه‌گیری اختلاف فشار بین قسمت ورودی و قسمت ونتوری، می‌توان سرعت و در نتیجه جریان سیال را محاسبه کرد. این فلومترها برای اندازه‌گیری جریان سیالات حاوی ذرات جامد نیز مناسب هستند، زیرا ساختار آنها مانع از رسوب ذرات جامد در داخل فلومتر می‌شود.

فلومتر هایی که شامل فلومتر های مکانیکی می شوند .

 عملکرد فلومتر مکانیکی 

نحوه عملکرد فلومتر مکانیکی به این شکل است، زمانی که سیال از درون لوله رد می شود روتور به وسیله سرعت حرکت آن شروع به چرخیدن می کند. البته سرعت سیال و میزان آن در چرخش روتور تاثیر گذار است. حال چرخش ناشی از چرخش روتور به وسیله سنسور یا روش های مکانیکی دیگر مشخص می شود. معمولا برای خواندن سنسور از آهنربا یا نیروی مغناطیسی استفاده می شود. از این رو آهن ربایی با قدرت بالا را به دیوار خارجی لوله متصل می کنند. به این طریق سنسورها و مبدل ها به وسیله انتقال سیگنال های مختلف حجم متریالی که لازم است درون لوله باشند را تعیین می کنند.

ساختار فلومتر مکانیکی

فلومترهای مکانیکی به طور کلی از دو بخش اصلی تشکیل شده‌اند:

1. بخش حسگر: این بخش شامل اجزای مکانیکی است که با جریان سیال در تماس هستند و حرکت می‌کنند. این اجزا می‌توانند شامل توربین، چرخ دنده، پیستون یا دیافراگم باشند.
2. بخش نمایشگر: این بخش وظیفه نمایش میزان جریان سیال را بر عهده دارد. در فلومترهای مکانیکی قدیمی‌تر، نمایشگر به صورت عقربه‌ای یا شماره‌ای بود، اما در فلومترهای جدیدتر، از نمایشگرهای دیجیتالی استفاده می‌شود.

اجزای اصلی فلومتر مکانیکی:

1. لوله یا محفظه: سیال از طریق این لوله یا محفظه عبور می‌کند.
2. حسگر مکانیکی: این حسگر می‌تواند شامل توربین، چرخ دنده، پیستون یا دیافراگم باشد که با جریان سیال در تماس است و حرکت می‌کند.
3. سیستم انتقال حرکت: این سیستم حرکت حسگر مکانیکی را به بخش نمایشگر منتقل می‌کند.
4. نمایشگر: میزان جریان سیال را به صورت عقربه‌ای، شماره‌ای یا دیجیتالی نمایش می‌دهد.

مزایای فلومتر مکانیکی 

استفاده از فلومتر مکانیکی فواید و مزایای بسیاری به دنبال دارد. مهم ترین مزیت این نوع فلومتر ها سایز و ابعاد کوچک آن است. اندازه مناسب این دستگاه باعث شده تا به راحتی بتوان آن را در محل مورد نظر نصب و راه اندازی کرد. همچنین هزینه تعمیرات و نگهداری آن بسیار پایین است و استفاده کنندگان این دستگاه برای نگهداری آن متحمل هزینه های هنگفت نخواهند شد.

قابلیت تکرار پذیری بالا، قیمت خرید پایین و مقرون به صرفه، دارای پالس دوگانه و قابلیت خطی از دیگر مزیت های استفاده از این دستگاه می باشند. علاوه بر موارد یاد شده عدم نیاز به تغذیه، تنوع از لحاظ جنس بدنه و قطعات مکانیکی درگیر شونده با سیال، رابط و سنسور، امکان استفاده در مایعات داغ و سرد و شیمیایی و قابلیت نصب در جهات مختلف مزیت های دیگری هستند که می توان برای فلومتر مدل مکانیکی برشمرد.

کاربرد فلومتر مکانیکی

فلومتر مکانیکی جهت اندازه گیری بخار، حجم گاز و مایع درون لوله استفاده می شود. با این حال بیشترین استفاده این نوع فلومتر در اندازه گیری گاز است. زیرا ساختار آن به نحوی است که اندازه گیری موادی که دارای پسماند نباشند را به خوبی و با دقت بالا انجام می دهد. همچنین این دستگاه برای اندازه گیری موادی که دارای سرعت و جریان کم باشند گزینه ای ایده آل و مناسب است.

علاوه بر آن از این وسیله جهت اندازه گیری مقدار مصرف آب و یا گاز ساختمان های تجاری و مسکونی استفاده می شود. لازم به ذکر است که مدل مکانیکی فلومتر ها بیشتر در لوله های ۱۰ اینچی و بزرگتر به کار برده می شود. به طور کلی فلومتر های مکانیکی در اندازه گیری جرم گازهایی که ناشناخته باشند و مشخصات شان نامعلوم باشد عملکرد بهتر و مناسب تری از خود نشان می دهند.

لازم به توضیح است که فلومتر مکانیکی در کنترل پمپ ها و جلوگیری از پر شدن بیش از اندازه مخازن نیز مورد استفاده قرار می گیرد.نکته مهمی که درباره فلومترمکانیکی وجود دارد این است که استفاده از آن در سیستم هایی که دارای جریان با نوسان های زیاد، یا غلظت و ویسکوزیته بالایی باشند امکان پذیر نیست. زیرا بخش ها و قطعات مکانیکی دستگاه در مدت زمان اندکی دچار فرسایش و خرابی می شوند. این قطعات باید فورا تعویض و یا تعمیر شود و این کار با صرف هزینه های بالایی همراه است.

فلومترهای مکانیکی (Mechanical flow meters) دستگاه‌هایی هستند که برای اندازه‌گیری نرخ جریان سیالات (مایعات و گازها) با استفاده از قطعات متحرک مکانیکی طراحی شده‌اند. این قطعات متحرک با جریان سیال در تعامل هستند و حرکت آن‌ها متناسب با نرخ جریان است.

انواع فلومتر مکانیکی و کاربرد آنها:

• فلومتر توربینی (Turbine flow meters):
  • دارای یک روتور توربینی هستند که با جریان سیال می‌چرخد.
  • دقت بالا و قابلیت اطمینان مناسبی دارند.
  • کاربردها: صنایع نفت و گاز، صنایع شیمیایی، تصفیه آب و فاضلاب.
• فلومتر دنده‌ای (Gear flow meters):
  • از دو یا چند چرخ دنده استفاده می‌کنند که با جریان سیال می‌چرخند.
  • برای اندازه‌گیری سیالات با ویسکوزیته بالا مناسب هستند.
  • کاربرد ها: صنایع نفت، مواد شیمیایی و گاز.
• فلومتر پیستونی (Piston flow meters):
  • از یک پیستون برای اندازه‌گیری جریان استفاده می‌کنند.
  • برای اندازه‌گیری سیالات با ویسکوزیته بالا و دقت بالا مناسب هستند.
  • کاربردها: صنایع نفت و گاز، صنایع شیمیایی، سیستم‌های هیدرولیک.
• فلومتر صفحه‌ای روزنه‌ای (Orifice plate flow meters):
  • از یک صفحه روزنه‌ای برای ایجاد افت فشار در جریان سیال استفاده می‌کنند.
  • افت فشار اندازه‌گیری شده، متناسب با نرخ جریان است.
  • کاربردها: صنایع نفت و گاز، صنایع شیمیایی، سیستم‌های تهویه.

کاربردهای کلی فلومترهای مکانیکی:

• صنایع نفت و گاز: اندازه‌گیری جریان نفت خام، گاز طبیعی و سایر هیدروکربن‌ها در خطوط لوله و مخازن.
• صنایع شیمیایی: اندازه‌گیری جریان مواد شیمیایی خورنده و غیرخورنده در فرآیندهای تولید.
• صنایع آب و فاضلاب: اندازه‌گیری جریان آب در شبکه‌های توزیع آب، تصفیه‌خانه‌ها و سیستم‌های آبیاری.
• صنایع غذایی و دارویی: اندازه‌گیری جریان مواد اولیه و محصولات در فرآیندهای تولید.
• صنایع تولید برق: اندازه‌گیری جریان سیالات در سیستم‌های خنک‌کننده و دیگ‌های بخار.
• سیستم‌های HVAC: اندازه‌گیری جریان هوا و آب در سیستم‌های تهویه مطبوع و گرمایش.

مزایای فلومترهای مکانیکی:

• قیمت مناسب
• قابلیت اطمینان بالا
• تنوع در اندازه و نوع

بیشتر بدانید:

فلومتر خطی چیست و چه کاربردهایی را دارد؟

نکات و موارد ایمنی جهت استفاده از فلومتر مکانیکی

هر چند فلومتر مکانیکی یکی از بی خطر ترین و محبوب ترین فلومترهای موجود است با این حال برای استفاده آن چندین نکات ایمنی ارائه شده اند که عبارتند از:

•     این نوع فلومتر ها دارای قطعات متحرکی هستند که بعد از مدتی دچار تخریب، سائیدگی و خوردگی می شوند و نیاز به تعمیر و تعویض دارند. از این رو باید در جهت تعمیر و تعویض این قطعات کوتاهی نکرد و در اسرع وقت نسبت به تعویض، تعمیر و همچنین تمیز کردن آن ها اقدام کرد.
•    در زمان استفاده از این نوع فلومتر باید تا جای ممکن از انتقال ناگهانی جریان گاز به مایع خودداری کرد. زیرا این کار باعث ایجاد تنش های مکانیکی در دستگاه می شود. در نتیجه کاهش میزان دقت و همچنین آسیب به دستگاه را به دنبال دارد.
•     فلومتر مکانیکی در جریانهای بسیار کم سیالات دارای دقت کمتری است. بنابراین تا حد امکان از اندازه گیری سیالات با جریان کم به وسیله دستگاه باید خودداری کرد.
•    هرگز نباید از این نوع فلومتر در سرعت بسیار بالا استفاده کرد. زیرا سبب از کار افتادگی و خرابی آن می شود.
•     برای جلوگیری از خرابی و آسیب دیدگی دستگاه باید از استفاده مایعات کثیف و دارای ناخالصی خود داری کرد.
•     برای جلوگیری از خراب شدن دستگاه باید از اندازه گیری فلوی مایعات غلیظ و غیر روان با ویسکوزیته خیلی زیاد با آن پرهیز کرد.
•     در زمان کار با فلومتر مکانیکی باید از کارکرد آن در بالای ۵ درصد از کل جریان اطمینان حاصل کرد.
•     در برخی مواقع جهت استفاده بهینه از دستگاه باید بلبرینگ ها را جایگزین کرد.

بخش اصلی: انواع فلومتر مکانیکی

۱. فلومتر پره‌ای (توربینی)
فلومترهای توربینی یکی از رایج‌ترین انواع فلومتر مکانیکی هستند که از یک پروانه یا پره برای اندازه‌گیری جریان سیال استفاده می‌کنند. این پره‌ها با جریان سیال به حرکت درمی‌آیند و سرعت چرخش آنها مستقیماً به دبی جریان بستگی دارد. این نوع فلومتر به دلیل دقت بالا و سادگی ساختار، در صنایع مختلف به‌ویژه صنایع آب و فاضلاب و نفت و گاز استفاده می‌شود.

۲. فلومتر چرخ دنده‌ای
فلومترهای چرخ دنده‌ای از چرخ‌دنده‌هایی تشکیل شده‌اند که با حرکت سیال چرخانده می‌شوند. با توجه به سرعت چرخش چرخ‌دنده‌ها، مقدار جریان اندازه‌گیری می‌شود. این نوع از فلومتر مکانیکی به‌ویژه برای سیالات ویسکوز مثل روغن‌ها و مواد شیمیایی سنگین مناسب است. از مزایای انواع فلومتر مکانیکی چرخ دنده‌ای می‌توان به دقت بالا و مقاومت در برابر مواد شیمیایی اشاره کرد.

۳. فلومتر جابجایی مثبت
فلومتر جابجایی مثبت (Positive Displacement Flowmeter) به گونه‌ای طراحی شده است که هر واحد سیال را که از فلومتر عبور می‌کند، جداگانه اندازه‌گیری کند. این فلومترها برای سیالات با ویسکوزیته بالا مناسب هستند و اغلب در صنایع نفت، مواد شیمیایی و گاز کاربرد دارند. عملکرد این فلومترها به تغییرات جریان حساس نیست و از این رو یکی از پرطرفدارترین انواع فلومتر مکانیکی به شمار می‌رود.

۴. فلومتر پیستونی
فلومترهای پیستونی از یک پیستون برای اندازه‌گیری جریان استفاده می‌کنند. با عبور سیال از فلومتر، پیستون به حرکت در می‌آید و حجم سیال عبور کرده محاسبه می‌شود. این نوع فلومتر معمولاً برای اندازه‌گیری دقیق در صنایع پزشکی و دارویی و همچنین برای جریان‌های کم مورد استفاده قرار می‌گیرد.

۵. فلومتر دیافراگمی
فلومترهای دیافراگمی با استفاده از یک دیافراگم قابل انعطاف و تغییر شکل برای اندازه‌گیری جریان به کار می‌روند. این فلومترها در صنایع بهداشتی و دارویی بسیار کاربرد دارند زیرا طراحی آنها به گونه‌ای است که از تجمع آلودگی‌ها جلوگیری می‌شود. با توجه به ساختار و عملکرد، فلومتر دیافراگمی یکی از گزینه‌های مناسب در میان انواع فلومتر مکانیکی محسوب می‌شود.

۶. فلومتر چرخشی (Rotary)
فلومترهای چرخشی به گونه‌ای طراحی شده‌اند که با استفاده از چرخش یک قطعه در داخل فلومتر، جریان سیال را اندازه‌گیری می‌کنند. این نوع فلومتر در صنایع غذایی و نوشیدنی و همچنین در صنعت دارویی بسیار محبوب است. چرخش قطعه به صورت مستقیم به میزان جریان ارتباط دارد و امکان اندازه‌گیری دقیق را فراهم می‌کند.

نحوه نگهداری و افزایش عمر فلومترهای مکانیکی

فلومترهای مکانیکی، به دلیل داشتن قطعات متحرک، نسبت به سایر انواع فلومترها نیاز به نگهداری بیشتری دارند. با رعایت نکات زیر می‌توانید عمر مفید این دستگاه‌ها را افزایش دهید:

1. نصب صحیح:

• موقعیت نصب:
  • فلومتر را در مکانی نصب کنید که دسترسی به آن برای بازرسی و تعمیر آسان باشد.
  • از نصب فلومتر در معرض لرزش‌های شدید، ضربه، یا دمای بسیار بالا یا پایین خودداری کنید.
• جهت نصب:
  • جهت نصب فلومتر را مطابق با دستورالعمل سازنده رعایت کنید.
  • توجه داشته باشید که فلومتر در جهت صحیح جریان سیال نصب شود.
• اتصالات:
  • اتصالات فلومتر را به درستی و محکم ببندید تا از نشتی جلوگیری شود.
  • از استفاده از مواد آب‌بندی مناسب برای اتصالات استفاده کنید.

2. نگهداری دوره‌ای:

• بازرسی منظم:
  • فلومتر را به طور منظم از نظر نشتی، خوردگی، یا آسیب‌های مکانیکی بررسی کنید.
  • قطعات متحرک فلومتر را از نظر سایش یا خرابی بررسی کنید.
• تمیزکاری:
  • فلومتر را به طور منظم تمیز کنید تا از تجمع رسوبات و آلودگی‌ها جلوگیری شود.
  • از تمیزکننده‌های مناسب برای نوع سیال و جنس فلومتر استفاده کنید.
• روغن‌کاری:
  • قطعات متحرک فلومتر را به طور منظم روغن‌کاری کنید تا از سایش و خرابی آن‌ها جلوگیری شود.
  • از روغن‌های مناسب برای نوع فلومتر و شرایط کاری استفاده کنید.
• کالیبراسیون:
  • فلومتر را به طور دوره‌ای کالیبره کنید تا از دقت اندازه‌گیری آن اطمینان حاصل کنید.
  • فواصل زمانی کالیبراسیون را مطابق با دستورالعمل سازنده یا استانداردهای مربوطه تعیین کنید.

3. جلوگیری از آسیب‌های احتمالی:

• فیلتراسیون:
  • از فیلتر مناسب در مسیر جریان سیال استفاده کنید تا ذرات جامد و آلودگی‌ها وارد فلومتر نشوند.
• جلوگیری از ضربه قوچ:
  • از ایجاد ضربه قوچ در سیستم لوله‌کشی جلوگیری کنید، زیرا این ضربات می‌توانند به فلومتر آسیب برسانند.
• جلوگیری از یخ‌زدگی:
  • در صورت احتمال یخ‌زدگی سیال در فلومتر، اقدامات لازم برای جلوگیری از آن را انجام دهید.
• انتخاب فلومتر مناسب:
  • فلومتری را انتخاب کنید که با نوع سیال، شرایط کاری و دقت مورد نیاز شما سازگار باشد.

4. تعمیر و نگهداری توسط متخصص:

• در صورت مشاهده هرگونه مشکل یا خرابی در فلومتر، از تعمیر آن توسط افراد غیرمتخصص خودداری کنید.
• تعمیر و نگهداری فلومتر را به متخصصان مجرب و دارای مجوز بسپارید.