عداد الجريان التوربيني

- عدادات الجريان التوربينيه PT Meters

يعتبر العداد التوربيني أفضل نظام لإنتاج قياسات دقيقة ومضبوطة لحساب حجم الجريان. والشكل رقم (1) أدناه يبين أجزاء العداد التوربيني:
مكونات العداد
يتكون العداد التوربايني من الاجزاء التالية:-
1. جسم العداد (Meter Body). يصنع من الفولاذ (Stainless Steel) وذلك لمقاومته العالية للتآكل.
2. الجزء الدوار (Rotor). تتكون من ريش دوارة )ٌRotor Blades) مصنوعة بشكل لولبي حلزوني لتعطي أداء دوراني مستقر وفي العدادات الكبيرة تربط حلقة اضافية مع الريش وبقاء الإطراف حرة وذلك لاضافة صلابة ومتانة وجعل العداد مستقر عند الزوجات العالية.
3. الدعامة الامامية (Front Support). وهي عبارة عن صفائح دوارة تقلل من حدة الجريان (Defuse ) وتهدئ حركة السائل.
4. الدعامة الخلفية (Rear Support). وهي دعائم تعمل على تكوين دوامة ( Swirl) من السائل في بداية حركة الصفائح الدوارة قبل خروج السائل وذلك لتخفيف الضغط.
5. المتحسس (Pickup). وهي عبارة عن متحسسات (Sensors) تستخدم لتحسس بحركة الصفائح الدوارة لتكّون نبضات فولتية تتناسب مع معدل الجريان, ويكون هنالك متحسسين للعداد حسب متطلبات القياس.
6. محولة الاشارة (Converter). وهي محولة لإشارة الفولتية التي تتكون في المتحسس الكهرومغناطيسي (Electromagnetic Pickup) وتضخم وتعدّل ثم ترسل إلى أجهزة الإرسال الخاصة بمقاييس التدفق.















شكل رقم (1) يوضح اجزاء العـــــــداد

مميزات العدادات التوربينية:
الإيجابيات (Advantages):
1. تمتاز بدقة عالية تحت شروط محددة ( لمدى القياس واللزوجة Measuring range , Viscosity).
2. ذات نتائج إيجابية عند استعماله مع السوائل القليلة الكثافة واللزوجة.
3. يمكن قياس السوائل والغازات بواسطتها.
4. الضغط المفقود فيها قليل.
5. سهولة نصب الأجهزة الإلكترونية معها.
6. لا تتأثر كثيرا عند حدوث اضطراب جريان داخل الأنبوب Surges (زيادة مفاجئة في الجريان أو الضغط).
7. يتحمل سرعة جريان عالية بالمقارنة مع عداد الإزاحة الموجبة فمثلا إن العداد التوربيني الذي حجمه (16 عقدة) تكون سرعته (24 ألف برميل/ساعة) أما عداد الإزاحة الموجبة فلا تتجاوز سرعته ( 1200 برميل/ساعة).

السلبيات (Disadvantage):
1. تتأثر بسهولة بدوامات التدفق (هذه الحالة يمكن تصحيحها من خلال تطبيق شروط التدفق).
2. تصاب بالتآكل نتيجة الاحتكاك الذي يحدث يسبب تغييرات العمل والسرع العالية.
3. يحتاج إلى وجود مرشح ضد التيار إذا كان السائل أو الغاز المستخدم يحوي شوائب وهذا المرشح يؤدي إلى هبوط الضغط.
4. غير مناسب للسوائل ذات الكثافة واللزوجة العالية.

مبدأ عمل العداد:
إن أساس نظرية اشتغال عداد الجريان التوربيني هي:
إن مرور المائع داخل العداد يؤدي إلى ارتطام المائع مع زعانف التوربين وبما أن هذه الزعانف حرة الحركة حول محورها فأن هذا الارتطام يولد حركه زاوية بسرعة تتناسب طرديا مع سرعة المائع المار عبر التوربين، هذه الظاهرة تجعل عداد الجريان التوربيني مثاليا لقياس معدل الجريان . ولحساب هذه الحركة يستخدم متحسس كهربائي Electrical P.U مثبت على سطح العداد يقوم بتوليد مجال مغناطيسي وأن دوران زعانف التوربين عبر هذا المجال المغناطيسي تولد نبضات كهربائيه في ملف المتحسس وهذا يعني أن هذا المتحسس يقوم بتحويل السرعة الزاوية للعداد إلى تردد يتناسب مع معدل الجريان، إضافة إلى هذه الظاهرة فأن كل نبضه كهربائية هي أيضا تتناسب مع أقل زيادة بالجريان, وبما أن هذه النبضات يمكن حسابها عدديا بواسطة الأجهزة ألإلكترونيه ويمكن جمع هذا العدد كنتيجة نهائيه بنسبة خطأ لاتزيد عن نبضة واحده كأقصى نسبة خطأ فهذا يعني أن بإمكاننا حساب حجم الجريان بأعتمادية عالية جدا.
الشكل رقم (2) أدناه يوضح الأجزاء ألأساسيه لعداد الجريان التوربيني حيث يوضح أن إضافة زعانف التثبيت تجعل الأجزاء المتحركة للتوربين بأستقامة مع جريان المائع، وأن زاوية تثبيت زعانف التوربين تسيطر على السرعة الزاوية ومن ثم التردد الخاص بالعداد, حيث أنه كلما كانت الزاوية حادة أكثر كان تردد العداد أعلى والعكس بالعكس وعادة تثبت الزعانف بزاوية تتراوح بين 20-40 درجه إلى اتجاه الجريان وتقليل هذه الزاوية عن هذه الحدود تؤدي إلى تقليل السرعة الزاوية وبالتالي خسارة في قيمة التكراريه ، وزيادة الزاوية عن هذه الحدود تؤدي إلى زيادة دفع المائع على الأجزاء الميكانيكية للعداد والتعجيل بإتلافه.

شكل رقم (2): يوضح الأجزاء الأساسيه لعداد الجريان التوربيني
لتوضيح كيف يتناسب معدل الجريان مع السرعه الزاويه:
الرسم رقم (3) أدناه يبين مقطعا طوليا يظهر الأجزاء الداخليه لعداد الجريان التوربيني حيث يمر المائع من اليسار إلى اليمين عبر العداد حيث تعمل زعانف التثبيت الأمامية والخلفية لتوجيه حركة المائع عبر العداد بصوره موازية لمحور العداد . أن ارتطام المائع أثناء جريانه بالزعانف المائلة يؤدي إلى دوران التوربين بسرعة زاوية تتناسب مع معدل الجريان.
يتابع المائع دخوله إلى التوربين عبر الموجهات الأمامية (1) حيث يواجه الزاوية الحادة للمخروط الأمامي عند النقطة (2) فينحرف الجريان نحو الخارج ، وتزداد سرعته مما يؤدي إلى حصول انخفاض قليل بالضغط الأستاتيكي عند النقطة (3) وحالما يغادر الجريان منطقة الزعانف الدوارة يعود المائع الى انتظامه الأصلي كما موضح عند النقطة (4) فتقل سرعته من جديد ويزداد ضغطه الأستاتيكي قليلا تبعا لذلك.
الاختلاف بين ضغوط السرعتين تؤدي الى حركة الجزء الدوار وتدفع السائل إلى الأمام (عكس اتجاه الدوران) ليصطدم مع محمل الدفع الأمامي, وبسبب وجود فرق قليل بين المحور الدوار ومقطع المخروط الأمامي عند النقطة (5) حيث أن مقطع المخروط الأمامي أقل بقليل من قطر المحور الدوار لذلك فان بعض المائع سيصطدم مباشرة مع المحور الدوار مما يؤدي إلى دفعه نحو الخلف وكنتيجة لذلك يبقى الجزء الدوار سائبا في حالة توازن بين محملي الدفع الأمامي والخلفي حيث يدفع نحو الأمام بسبب فرق الضغط المسلط على الزعانف ويدفع نحو الخلف بسبب ارتطام المائع عند النقطة (5) وبالتالي يبقى الجزء الدوار يتحرك بشكل حر لا يلامسه سوى سطح المحمل (6) والذي يغلفه المائع نفسه بطبقه خفيفة. وفي حالة استخدام العداد التوربيني للقياس بالاتجاهين لا يوجد فرق سوى استبدال المخروط الخلفي بأخر يشبه المخروط الأمامي.

الشكل رقم (3): مقطعا طوليا يوضح الأجزاء الداخلية لعداد الجريان التوربيني
أستخدم المتحسس المغناطيسي لقياس سرعة الحركه:
السرعه الزاويه للجزء التوربيني الدوار تؤخذ عبر جدار العداد التوربيني بواسطة متحسس مغناطيسي Magnetic P.U لذلك فان جسم العداد يكون مصنوع من مادة الستنلس ستيل غير مغناطيسي وبالتالي فان تاثيره مهمل على المجال المغناطيسي المتولد من المغناطيس الثابت ( المصنوع من مادة الألمنيوم والنيكل والكوبلت والحديد ) في ملف المتحسس . أما زعانف التوربين فانها مصنوعه من مادة مغناطيسية وعندما تدور عبر ملف التحسس فانها تولد فولتيه نبضيه غير منتظمة الشكل, تردد هذه النبضات يتناسب طرديا مع السرعه الزاويه للجزء الدوار ومن ثم مع معدل الجريان, اضافة الى ذلك كل نبضة إضافية تتناسب مع جزء صغير من الحجم ، سعة هذه النبضات تتغير مع سرعة الزعانف ولكنها لا تؤخذ بالحسبان في عملية قياس الجريان. وبالتالي فأن معدل الجريان وحجمه ترسل كتردد وبواسطة حساب مجموع هذه النبضات يمكن جمع المعلومات المطلوبة.الشكل رقم (4) أدناه يوضح هذه العمليه وكما يلي :
المغناطيس الثابت النيكو (1) يولد مجالا مغناطيسيا يمر عبر الملف (2) والذي يتركز في نقطه صغيره بواسطة المخروط (3) . ففي حالة وجود زعنفة التورباين عند النقطه (A) ويتحرك مقتربا من رأس المخروط فان مميزات المغناطيس تؤدي الى انحراف المجال المغناطيسي بشكل يتلاءم مع موقع الزعنفة, هذا الانحراف بالمجال المغناطيسي يؤدي الى توليد فولتيه في الملف . وحينما تمر الزعنفة تحت نقطة المخروط مباشرة كما في النقطه (B) فأن الفولتية تبدأ بالتولد بقطبية معكوسة وعندما تصل الزعنفة إلى الوضع (C) فأن هذا الوضع يؤدي الى انحراف المجال المغناطيسي بالاتجاه المعاكس . وتتكرر العمليه مع مرور كل زعنفه وهذا يعني توليد نبضه كهربائيه مع مرور كل زعنفه ، وحيث أن المائع حول كل زعنفه يمثل حجم معين ، فهذا يعني أن كل نبضه كهربائيه تمثل حجم معين أيضا . هذه الزيادة النسبية للنبضات الكهربائية المتناسبة مع وحدات الحجم هي التي أعطت أسم الموجب لعداد الجريان التوربيني Positive Turbine Meter .
من الشرح أعلاه نستنتج بان خرج ( output ) العداد التوربيني هو عبارة عن معدل النبضات الكهربائية لكل وحدة حجم . مثلا نبضة لكل غالون أو برميل أو لتر أو أي وحدة قياس حجمية.

الشكل رقم (4)

وسائل تحسين الضبط (أو الحدية) للعداد التوربيني :
ولغرض زيادة الضبط أو الحديه Resolution للعدادات ذات الأقطار العالية ( أكبر من 3 أنج ) والتي تتطلب 12 زعنفه أو أكثر لإعطاء حديه مقبولة ، تستخدم الطرق ألتاليه:

1. تقنية الطوق Rimmed Rotors :
وتستخدم لإعطاء حديه أكبر كما موضحه بالشكل (5 أ) أدناه حيث يوضع طوق خفيف الوزن من مادة الستنلس ستيل محمل عليه أزرار صغيره من ماده بارامغناطيسيه والتي تساعد في زيادة الحديه للجريان عن طريق توليد نبضات أكثر لكل وحدة حجم .

الشكل رقم (5 أ ): العداد التوربيني المطوق

2. إضافة متحسسات مغناطيسية Multiple P.U :
للتطبيقات التي تتطلب حديه أعلى من تلك المتوفرة بالعدادات التوربينيه الزعنفية أو المطوقة .فانه يمكن اضافة متحسس مغناطيسي أخر يثبت على سطح جدار العداد بحيث يكون فرق طور بينهما مقداره 90o درجة كهربائيه. وباستخدام هذه التقنية فانه سوف نحصل على حديه مضاعفه عن تلك التي نستخدم فيها متحسس مغناطيسي واحد وكما موضح في الشكل رقم (5 ب ).

شكل رقم (5 ب)

السيد / العداد
بعد التحية
مشكور جدا على هذا الشرح الممتاز والمفيد غير انه تنقصه الصور التوضحية لو ان الصور تظهر لكانت اكثر فائدة عموما مجهود رائع تشكر عليه ومزيدا من العظاء والتقدم والنجاح.
وتقبل فائق الاحترام
petroman2000

بارك بهالجهود

بورك فيك و في جهدك

بارك الله فيك