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VORTEX 원리

VORTEX 란?

VORTEX란 소용돌이, 와류를 의미하며, VORTEX FLOWMETER는 와류를 이용해 유량을 측정한다.

소용돌이

f = St V/d

  • f : 소용돌이 발생 주파수
  • v : 평균유속
  • d : 소용돌이 발생체의 폭
  • St : 비례정수 (Strouhal Number)

참조 (Reynolds Number?)

레이놀즈 수
=
유속 x 유로의 지름 x 유체의 밀도
유체점성계수
=
관성력
점성력
  • 층류
    층류
  • 2000
  • 천이
    천이
  • 4000
  • 난류
    난류

소용돌이의 단위시간 당 주파수 발생수는 일정한 Reynolds Number 범위(천이구역 2000~4000)에 있어서는 유속에 비례하는 특성을 가지고 있고, 이 소용돌이 주파수와 유속사이에는 아래의 관계식이 성립한다.

구조
구조및측정원리
흐름 속에 장애물을 놓으면 하류 쪽에 좌우 양측 규칙적인 카르만볼텍스가 발생한다.
소용돌이로부터 발생된 힘인 주파수를 Sensor가 감지 및 전달하고, Transmitter가 이 소용돌이 발생 수(주파수)는 일정 레이놀즈 수 범위 내에서는 유속에 비례한다는 특성을 이용해서 유속으로 변환한다. 유속에 배관 단면적을 곱하여 부피유량 값을 얻는다.
특징
  • 액체, 기체, 스팀 상태의 유체 모두 적용 가능하다.
  • -200~450 ℃ 까지 극저온, 고온에도 적용 가능하다.
  • Temp. sensor 내장(MTA옵션)으로 포화증기(Saturated steam)의 온도보상이 가능하다.
  • Rosemount 사의 Vortex flowmeter는 Isolated Sensor로 운전 중 교체 가능하다.
  • Reducer type으로 배관에 비해 유량이 적은 경우 별도의 배관 Reducing 작업 없이 적용 가능하다
  • Accuracy: 액체 ±0.65%/기체 ±1.0%
    Turn down: 30:1
  • ½”~12”(15mm ~ 300mm)의 사이즈까지 적용 가능하다.
  • 소용돌이 발생에 따른 주파수를 이용하기때문에 맥동유체,고점도, Sluury, 부식성 유체에는 적용이 불가하다.
  • 전단 10D 후단 5D의 직관부가 필요하다
MTA옵션 (Multivariable)
MTA
MTA
온도 (또는 압력)가 변해도 그에 맞게 질량유량을 계산
질량 = 부피 x 질량
포화증기 : 물은 증발하기 시작해 전부 증발할 때가지 같은 압력에서는 온도가 상승하지 않는다. 이와 같은 상태
과열증기 : 어느 압력에 있어 포화 온도 이상 가열된 증기
측정원리
소용돌이

소용돌이에 의해 소용돌이 발생체 (Shedder, Bluff Body) 에 작용하는 힘의 변화를 주파수변화로 감지 그림처럼 소용돌이 발생체인 삼각주를 유체흐름에 직각으로 삽입시키면 소용돌이가 교대로 발생한다.

이 소용돌이의 단위시간 당 주파수 발생수는 일정한 Reynolds Number 범위에 있어서는 유속에 비례하는 특성을 가지고 있고, 이 소용돌이 주파수와 유속사이에는 아래의 관계식이 성립한다.

소용돌이

  • f : 소용돌이 발생 주파수
  • v : 평균유속
  • d : 소용돌이 발생체의 폭
  • St : 비례정수 (Strouhal Number)

Reynolds number
레이놀드의 초상화
Osborne Reynolds
(1842~1912)
영국의 유체 역학자 O.레이놀즈가 발견한 것으로 움직이는 유체 내에 물체를 놓거나 유체가 관속을 흐를 때 난류와 층류의 경계가 되는 값으로 가장 관계 깊은 유체의 성질은 관성력 (Inertial)과 점성력 (Viscous Force) 이다. 즉, 유체가 유동을 함에 있어서 층류유동과 난류유동이 발생이 됩니다.
  • 층류
    층류
    유체의 각 부분이 질서를 유지하면서 층모양으로 흐르는 상태
  • 2000
  • 천이
    천이
  • 4000
  • 난류
    난류
    유체가 불규칙적으로 혼합하여 소용돌이를 일으키며 흐르는 상태

Re = 관성력 / 점성력 = 속도(m/sec) × 대표길이(m) / 동점성계수(㎡/sec)
= 밀도(kg/㎥) × 속도(m/sec) × 대표길이(m) / 점성계수(kg/m·sec)

Re = 관성력 / 점성력 = 속도(m/sec) × 대표길이(m) / 동점성계수(㎡/sec)
= 밀도(kg/㎥) × 속도(m/sec) × 대표길이(m) / 점성계수(kg/m·sec)

Vortex Robustness의 기준
기준
  • 안전성

    • Process 안전 (Gasket-Free)
    • 사용자 안전
  • 성능

    • 현장 성능
    • 장기간 Calibration 안전
  • 신뢰성

    • 열악한 환경 (고온 환경)
    • Non-Clog Design
  • 안전성

    • 조치 가능한 진단
    • Simply한 DSP Filter
    • Isolated Sensor
Rosemount 8800 Vortex의 신뢰성
신뢰성
  • Reducer™ Vortex에 의한 Low Flow 성능 향상

  • 12년간의 경험에 의한 ADSP digital filtering으로 Vibration 성능 향상

  • Clogging을 최소화 시키는 유일한 No-Gasket Design Vortex Meter

  • 공정 Shutdown 없이 Electronic과 Sensor를 Verification 할 수 있는 진단 기능

  • 유일한 Isolated Flow & Temp Sensor Design

Reducer™ Vortex는 Low Flow 성능을 위한 간단한 Solution
기본적인 솔루션
costs
Reduces Installation Costs
common_line_size
Savings of about $500 per point for common line sizes
ADSP와 Sensor Design은 배관 진동 문제를 최소화
  • Low Flow Cutoff - High Pass Filter

    • 유량으로 인식할 최소 주파수를 설정
  • Low Pass Filter (Low Pass Corner Frequency)

    • 고주파 Noise의 진폭(Amplitude)을 최소화 시킴
  • Trigger Level

    • Count되는데 필요한 최소 Signal 진폭