مقدمه

در تست تجهیزات دوار مانند کمپرسورها، فن‌ها، توربین‌ها و پمپ‌ها، اندازه‌گیری دقیق دبی (جرمی یا حجمی) از اهمیت بالایی برخوردار است؛ چراکه دبی یکی از پارامترهای کلیدی برای تعیین عملکرد هیدرولیکی یا آیرودینامیکی دستگاه به شمار می‌رود.

انتخاب روش مناسب برای اندازه‌گیری دبی به عوامل مختلفی از جمله نوع سیال، محدوده دبی، فشار و دمای سیال، دقت موردنیاز و شرایط نصب بستگی دارد.

در این مقاله به معرفی رایج‌ترین روش‌های اندازه‌گیری دبی در تست توربوماشین‌ها و تجهیزات دوار پرداخته می‌شود.

۱. روش اوریفیس (Orifice Plate)

اصول عملکرد

صفحه اوریفیس یا اوریفیس پلیت (Orifice Pate) یک دیسک با سوراخ مرکزی است که درون لوله نصب می‌شود. عبور سیال از این صفحه باعث افت فشار در دو طرف آن می‌شود. بر اساس معادله برنولی و با استفاده از ضرایب تصحیح، می‌توان دبی جرمی یا حجمی را محاسبه کرد.

مزایا

• قیمت پایین
• استاندارد بودن (مطابق با ISO 5167)
• مناسب برای کاربردهای صنعتی عمومی

معایب

• افت فشار دائمی زیاد
• دقت متوسط (۲٪ تا ۵٪)
• نیاز به کالیبراسیون دقیق فاصله‌های مستقیم بالا‌دست و پایین‌دست

۲. لوله ونتوری (Venturi Tube)

اصول عملکرد

دبی‌سنج یا فلومتر ونتوری (Venturi) با استفاده از تنگ‌شدگی تدریجی لوله و سپس بازگشت مجدد قطر آن، افت فشار را ایجاد می‌کند که بر حسب آن می‌توان دبی را محاسبه کرد.

مزایا

• دقت بالاتر نسبت به آریفیسی (۱٪ تا ۲٪)
• افت فشار کمتر
• مناسب برای سیالات تمیز

معایب

• هزینه ساخت و نصب بالا
• فضای بیشتر برای نصب موردنیاز است

• طراحی و ساخت لوله ونتوری
• طراحی و ساخت فلومتر ونتوری

۳. دبی‌سنج ورتکس (Vortex Flowmeter)

اصول عملکرد

در این روش، مانعی در مسیر جریان قرار داده می‌شود که باعث تشکیل گردابه‌هایی با فرکانس متناسب با دبی می‌شود. این فرکانس توسط سنسور اندازه‌گیری و به دبی تبدیل می‌شود.

مزایا

• بدون قطعه متحرک
• مناسب برای مایعات، گازها و بخار
• دقت خوب (±۱٪)

معایب

• حساس به نوسانات جریان
• نیاز به حداقل سرعت جریان
• محدودیت در اندازه لوله

۴. دبی‌سنج الکترومغناطیسی (Electromagnetic Flowmeter)

اصول عملکرد

در این روش از قانون فارادی استفاده می‌شود؛ عبور یک سیال هادی از میدان مغناطیسی باعث ایجاد ولتاژی متناسب با سرعت جریان می‌شود.

مزایا

• بدون افت فشار
• مناسب برای مایعات رسانا
• دقت بالا (۰.۵٪ یا بهتر)

معایب

• فقط برای مایعات رسانا قابل استفاده است
• قیمت نسبتاً بالا

۵. دبی‌سنج جرمی کوریولیس (Coriolis Mass Flowmeter)

اصول عملکرد

در این روش از اصل نیروی کوریولیس برای اندازه‌گیری مستقیم دبی جرمی استفاده می‌شود. لوله‌های درحال نوسان در مواجهه با عبور جریان دچار پیچش می‌شوند که مقدار آن با جرم جریان ورودی مرتبط است.

مزایا

• دقت بسیار بالا (±۰.۱٪ تا ۰.۲٪)
• اندازه‌گیری مستقیم دبی جرمی
• مستقل از فشار، دما و ویسکوزیته

معایب

• قیمت بسیار بالا
• وزن و ابعاد زیاد
• حساسیت به لرزش در تست تجهیزات دوار

۶. دبی‌سنج التراسونیک (Ultrasonic Flowmeter)

اصول عملکرد

با استفاده از امواج فراصوت، زمان رفت و برگشت موج در خلاف یا هم‌جهت با جریان سیال اندازه‌گیری می‌شود و بر این اساس سرعت و سپس دبی محاسبه می‌گردد.

مزایا

• بدون تماس با سیال (در صورت استفاده از مدل clamp-on)
• مناسب برای سیالات تمیز و خورنده
• قابل استفاده برای خطوط بزرگ و دمای بالا

معایب

• دقت متوسط (بسته به نوع ±۰.۵٪ تا ±۲٪)
• حساس به حباب و ذرات معلق
• نیاز به کالیبراسیون دقیق

منابع پیشنهادی

• ISO 5167 – Measurement of fluid flow by means of pressure differential devices
• ASME PTC 10 – Performance Test Code on Compressors
• Flow Measurement Handbook” – Roger C. Baker
• Technical Manuals from Emerson, Yokogawa, Siemens