עקרון העבודה של מד זרימת הילוכים סגלגל

מדידה מדויקת של זרימת נוזלים היא משימה קריטית בתחומי דינמיקת הזורמים ובקרת תהליכים תעשייתיים. מבין הטכנולוגיות הרבות בשוק, מד הזרימה בעל גלגלי שיניים אובליים הוא אופציה חזקה, מדויקת ואמינה במיוחד, במיוחד עבור יישומי נוזלים צמיגים קשים. עקרון הפעולה שלו, כמעין מד זרימה בעל עקירה חיובית (PD), הוא אלגנטי בפשטותו המכנית אך עוצמתי בביצועיו.

מאמר מקיף זה בוחן את מבנה מד הזרימה בעל גלגלי שיניים אובליים , את המנגנון הממיר תנועה מכנית לנתונים מדויקים, את יתרונותיו העיקריים ואת השימושים התעשייתיים הפופולריים ביותר שלו.

מהו מד זרימה בעל תזוזה חיובית?

לפני שנבחן את הפרטים הספציפיים של עיצוב גלגל השיניים הסגלגל, חיוני להבין את הקטגוריה אליה הוא שייך. מדי זרימה בעלי תזוזה חיובית הם מכשירים נפחיים המודדים זרימה על ידי לכידה חוזרת ונשנית של נפח נוזל קבוע וידוע והעברתו מהכניסה ליציאה. נפח הנוזל הכולל המועבר הוא סכום החבילות הנפרדות הללו.

בניגוד למדי הסקלה שמגדירים את קצב הזרימה ממהירות (כמו מדי זרימת טורבינה או מדי זרימת מערבולת), מדי PD מודדים ישירות את הנפח. הבדל מהותי זה הוא הסיבה לכך שהם מצטיינים בדיוק רב ולעתים קרובות פחות מושפעים מתכונות הנוזל, כגון צמיגות וצפיפות. מד גלגלי השיניים הסגלגלים הוא אחד העיצובים הפופולריים והיעילים ביותר במשפחת PD.

עקרון פעולה: פעימת לב מכנית

"לב" מד הזרימה בעל גלגלי שיניים אובליים מורכב משני גלגלי שיניים בצורת אליפסה (הנקראים גם רוטורים) המעובדים במדויק ומשולבים זה בזה, המותקנים בתא מדידה בעל סבילות צמודה. הפעולה היא מחזור רציף בן ארבעה שלבים המבטיח תהליך מדידה חלק וללא הפרעות.

הנה פירוט שלב אחר שלב של איך זה עובד:

שלב 1: כניסת נוזלים ולכידה ראשונית

כאשר הנוזל נכנס לפתח הכניסה של המונה, כוח הנוזל הזורם יוצר הפרש לחצים הפועל על גלגלי השיניים. לחץ זה גורם לגלגל השיניים הסגלגל הראשון להסתובב. בזמן שהוא מסתובב, נפח נוזל קטן ודאי ידוע נלכד בחלל דמוי סהר שבין הקצה החיצוני של גלגל השיניים לדופן הפנימית של תא המדידה.

שלב 2: סיבוב והעברה

גלגל השיניים הראשון, שכעת בתנועה, מניע את גלגל השיניים השני. כאשר גלגל השיניים הראשון ממשיך את סיבובו, הוא נע מעבר לפתח הכניסה, אוטם אותו לרגע, ומתחיל לטאטא את חבילת הנוזל הלכודה לעבר פתח היציאה של המד.

שלב 3: לכידה סימולטנית על ידי ההילוך השני

בזמן שהגלגל הראשון פולט את הנוזל שלו, הגלגל השני מבצע בו זמנית את אותה פעולת לכידה בצד הנגדי של התא. הוא לוכד נפח נוזל זהה וקבוע בחלל בצורת סהר משלו, מה שמבטיח שתהליך המדידה רציף.

שלב 4: פריקה וחזרה על המחזור

לאחר מכן, גלגל השיניים השני מסתובב ומשחרר את נפח הנוזל הלכוד שלו, בעוד שהגלגל השיניים הראשון מתחיל מחזור לכידה חדש. תנועה מסונכרנת ומשולבת זו של שני גלגלי השיניים הסגלגלים מבטיחה שתמיד יהיה אטם נוזל בין פתחי הכניסה והיציאה, ומונעת מכל נוזל שלא נמדד לעקוף את המערכת. התהליך חוזר על עצמו בצורה חלקה, ויוצר מדידת זרימה חלקה ורציפה.

עבור כל סיבוב מלא של 360 מעלות של זוג גלגלי השיניים, נדחק נפח נוזל קבוע וספציפיים. מכיוון שנפח זה ידוע וקבוע, התפוקה הנפחית הכוללת של המונה היא פשוט סכום הנפחים הבדידים הללו. לכן, קצב הזרימה הוא ביחס ישר וליניארי למהירות הסיבוב של גלגלי השיניים.

מתנועה מכנית לנתונים דיגיטליים

בעוד שהעיקרון המכני פשוט, תנועה זו חייבת להיות מומרת לאות אלקטרוני שמיש עבור מערכות בקרה מודרניות. זה מושג באמצעות מערכת חיישנים ומשדר מתוחכמת.

בתוך אחד או שני גלגלי השיניים הסגלגלים מוטמעים מגנטים קבועים רבי עוצמה. חיישן, בדרך כלל חיישן אפקט הול או מתג ריד, מותקן על החלק החיצוני של גוף המונה, בסמיכות לגלגלי השיניים המסתובבים.

כאשר גלגלי השיניים מסתובבים, המגנטים המוטמעים חולפים על פני החיישן. בכל פעם שמגנט עובר, הוא מייצר פולס חשמלי. התכנון מבטיח שמספר מדויק של פולסים נוצר עבור כל סיבוב מלא של זוג גלגלי השיניים.

משדר או תצוגה מבוסס מיקרו-מעבד מבצעים את השלב הסופי. הם סופרים את הפולסים ברזולוציה גבוהה על פני מרווח זמן מסוים. על ידי ידיעת הנפח המדויק שזז בכל פולס, המכשיר יכול לחשב במדויק:

קצב זרימה: נפח הנוזל העובר דרך המונה ליחידת זמן (למשל, ליטר לדקה או מ"ק/שעה).
נפח כולל: ספירה מצטברת של נפח הנוזל הכולל שעבר דרך המונה מאז האיפוס האחרון.

יתרונות עיקריים של מד זרימה עם גלגלי שיניים אובליים

עקרון העבודה הייחודי של מד ההילוכים הסגלגל מספק מספר יתרונות משמעותיים:

* דיוק וחזרתיות גבוהים: עם דיוק של ±0.5% ומעלה לעתים קרובות, הם בין המדים המדויקים ביותר בשוק. חזרתיות מצוינת מובטחת הודות לאופי ההזחה החיובית שלהם.

* אידיאלי לנוזלים צמיגים: זהו כנראה נקודת החוזק הגדולה ביותר שלהם. בניגוד לטכנולוגיות רבות אחרות (כגון מד זרימה TUF או מד זרימה מערבולת) שמתקשות עם נוזלים סמיכים, מדי גלגלי שיניים אובליים יכולים למדוד במדויק שמנים, דלקים, גריז, שרפים וסירופים בקלות.




* חוסר רגישות לפרופיל זרימה: הם אינם דורשים צינורות ישרים במעלה או במורד הזרם, מה שמקל על התקנה בחללים צרים שבהם מדי זרימה אחרים לא יהיו מתאימים.

* מדידה מצוינת בזרימה נמוכה: הם יכולים לשמור על דיוק גבוה אפילו בקצבי זרימה נמוכים מאוד.

* אין צורך בחשמל (למד זרימה מסוג מכני בעל גלגל שיניים אובלי): ניתן לצייד דגמים פשוטים ברישום ותצוגה מכניים לחלוטין, מה שהופך אותם למושלמים עבור מקומות מרוחקים או מסוכנים שבהם חשמל אינו זמין.

יישומים ותעשיות נפוצות

הרבגוניות והחוסן של מדי זרימה בעלי גלגלי שיניים אובליים הופכים אותם לבחירה מועדפת בתעשיות רבות:

* דלק ושמן: אספקת בנזין, סולר וקרוסין; ניטור צריכת דלק עבור דוודים וגנרטורים; מדידת שמני סיכה.

* כימיקלים: מינון והזרקה מדויקים של תוספים, זרזים ופולימרים.
* מזון ומשקאות: מדידת מרכיבים צמיגים כמו סירופים, שוקולד ושמנים צמחיים.
* עיסת נייר: טיפול בתוספים כימיים וציפויים.
* העברת משמורת: מדידה בדיוק גבוה לחיוב ובקרת מלאי של נוזלים יקרי ערך.

מגבלות שיש לקחת בחשבון

למרות יעילותם יוצאת הדופן, למדי גלגלי שיניים אובליים יש שתי מגבלות עיקריות. ראשית, הם מיועדים לנוזלים נקיים בלבד. חלקיקים שוחקים או מוצקים עלולים לגרום לבלאי ונזק לגלגלי השיניים המעובדים בדיוק רב, ולפגוע בדיוק. סינון נכון הוא לעתים קרובות תנאי הכרחי. שנית, הם גורמים לירידת לחץ גבוהה יותר בהשוואה למדי מכשיר שאינם פולשניים כמו מכשירי מגנטיים או אולטרסאונד.

מַסְקָנָה

פעולתו של מד הזרימה בעל גלגלי השיניים הסגלגלים היא הוכחה לעוצמתה של הנדסת מכונות יצירתית. הרוטורים המשולבים שלו מאפשרים לו למדוד נפחים נפרדים של נוזל ישירות, ומציעים רמת דיוק ואמינות שקשה להשוות, במיוחד עבור נוזלים קשים וצמיגים. העיצוב הישיר והחזק שלו מציע ערך יוצא דופן וביטחון ביישומי מדידת זרימה חיוניים, תוך הבטחת חיי שירות ארוכים עם תחזוקה מועטה. מד הזרימה בעל גלגלי השיניים הסגלגלים ממשיך להיות בחירה מובילה לכל תהליך הדורש דיוק, אמינות ויכולת הסתגלות.

בסרטון למטה ניתן לראות בבירור כיצד מד זרימת גלגלי שיניים אובליים עובד