와류 유량계는 유체 흐름 경로에 배치된 블러프 바디에서 발생하는 와류를 감지하여 액체, 기체 및 증기의 유량을 측정하도록 설계된 다용도 계측기입니다. 이 장치는 폰 카르만 효과를 활용하며, 여기서 와류는 블러프 바디의 양쪽에서 유체 속도에 비례하는 주파수로 번갈아 생성됩니다. 이 주파수는 센서에 의해 감지되어 제어 시스템과의 통합을 위해 4–20mA 또는 디지털 프로토콜(HART, PROFIBUS)과 같은 표준화된 출력 신호로 변환됩니다. 와류 유량계는 광범위한 적용성, 높은 신뢰성 및 최소한의 유지 보수 요구 사항을 특징으로 하며, 화학 처리, 발전, 석유 및 가스, 수처리 등 다양한 산업에 적합합니다. 견고한 설계, 가동 부품의 부재, 특정 조건에서 유체 특성 변화에 대한 내성은 산업용 유량 측정 응용 분야에서 인기를 얻는 데 기여합니다.
와류 유량계의 작동 기반은 폰 카르만 와류 거리 현상에 있습니다. 유체가 블러프 바디(쉐더 바라고도 함)를 통과하면 하류에 교대 와류가 생성됩니다. 와류 발생 주파수(f)는 유체 속도(v)에 정비례하고 블러프 바디의 너비(d)에 반비례하며, 다음 방정식으로 설명됩니다.
여기서 St는 무차원 상수인 스트로할 수를 나타내며, 이는 광범위한 레이놀즈 수 범위에서 안정적으로 유지됩니다. 미터에 내장된 압전 또는 정전 용량 센서는 와류 발생으로 인한 압력 변동을 감지하여 전기 신호로 변환합니다. 힐베르트-황 변환(HHT)을 기반으로 하는 알고리즘을 포함한 고급 신호 처리 기술은 주파수 추정 정확도를 향상시키고 파이프라인 진동 및 유체 난류 간섭에 대한 저항성을 개선합니다. 최신 와류 유량계는 실시간 신호 조정, 온도 보상 및 자체 진단 기능을 위해 디지털 신호 프로세서(DSP)를 통합합니다.
와류 유량계는 특정 응용 분야에 대한 적합성을 결정하는 몇 가지 주요 성능 매개변수를 나타냅니다. 측정 정확도는 일반적으로 액체의 경우 판독값의 ±0.5%–±1%, 기체 및 증기의 경우 기준 조건에서 ±1%–±1.5%에 도달합니다. 가변 범위(턴다운 비율)는 일반적으로 10:1에서 20:1까지이며, 일부 모델은 최대 25:1까지 달성하여 다양한 유량에서 효과적인 측정을 가능하게 합니다. 이러한 장치는 광범위한 온도 범위(예: -200°C ~ +400°C) 및 모델 및 구성 재료에 따라 최대 420bar의 압력 등급에서 작동합니다. 와류 미터에 의해 생성된 압력 손실은 일반적으로 차압 장치보다 낮지만 자기 또는 초음파 유량계보다 높습니다. 최신 장치는 아날로그 4–20mA, 펄스 및 HART, PROFIBUS, FOUNDATION Fieldbus 또는 Ethernet-APL을 통한 디지털 통신을 포함한 여러 출력 옵션을 갖추고 있어 산업 자동화 시스템과의 원활한 통합을 가능하게 합니다.
와류 유량계는 수많은 산업 부문에서 중요한 기능을 수행합니다. 화학 처리에서 원자재 공급 흐름, 반응기 입력 및 완제품 이송을 측정하며, 완전 용접된 스테인리스 스틸 구조는 부식성 매체를 처리합니다. 발전 시설은 보일러 시스템 및 급수 제어에서 증기 유량 측정을 위해 이러한 미터를 사용하며, 고온 및 고압을 견딜 수 있는 능력은 안정적인 작동을 보장합니다. 석유 및 가스 산업은 원격 위치에서 최소한의 유지 보수 요구 사항의 이점을 활용하여 연료 가스 모니터링, 생산수 측정 및 플레어 가스 회계를 위해 와류 미터를 사용합니다. HVAC 응용 분야에는 에너지 관리 시스템을 위한 냉수 및 온수 유량 측정이 포함됩니다. 또한 와류 미터는 제조 시설에서 압축 공기 및 산업용 가스 흐름을 효과적으로 모니터링하여 공정 최적화 및 비용 할당을 위한 정확한 데이터를 제공합니다.
적절한 설치는 최적의 와류 유량계 성능에 매우 중요합니다. 상류 및 하류 직선 파이프 요구 사항은 엘보, 밸브 또는 펌프로 인한 흐름 방해에 따라 일반적으로 10~30개의 파이프 직경 범위입니다. 액체 응용 분야의 경우 미터는 전체 파이프 상태를 유지하도록 방향을 지정해야 하며, 수평 설치에서 공기 주머니를 피하는 데 특별한 주의를 기울여야 합니다. 증기 및 가스 측정의 경우, 응축수 축적을 방지하기 위해 수직 파이프에서 하향 흐름을 우선시해야 합니다. 낮은 전도성 유체를 측정할 때는 정전기 방전을 위해 접지 링 또는 접지 전극을 권장합니다. 파이프라인 정렬 불량은 측정 오류를 방지하기 위해 최소화해야 하며, 미터 하우징에 기계적 응력이 가해지지 않도록 지지대를 제공해야 합니다. 격리 밸브 및 바이패스 파이프라인은 공정 중단 없이 유지 보수를 용이하게 하며, 적절한 밀봉 및 도관 입구는 해당 지역 분류에 해당하는 환경 보호를 보장합니다.
와류 유량계는 가동 부품이 없어 최소한의 유지 보수, 유체 유형 전반에 걸친 광범위한 적용성, 체적 유량을 측정할 때 밀도, 압력 또는 온도 변화에 의해 손상되지 않는 안정성을 포함한 상당한 이점을 제공합니다. 단순한 구조는 높은 신뢰성과 긴 수명을 제공하며, 최신 디지털 통신 기능을 통해 고급 진단 및 원격 구성을 사용할 수 있습니다. 그러나 이러한 미터는 와류 발생을 유지하기 위해 최소 유속이 필요하므로(액체의 경우 일반적으로 0.3–0.5m/s, 기체의 경우 3–5m/s), 매우 낮은 유량에서는 효과가 제한됩니다. 또한 파이프 진동이 심하거나 유체에 블러프 바디를 코팅할 수 있는 과도한 입자가 포함된 응용 분야에서는 측정 오류가 발생하기 쉽습니다. 이러한 제약 조건을 이해하는 것은 적절한 미터 선택 및 응용 성공에 필수적입니다.
와류 유량계 기술은 여러 가지 중요한 추세와 함께 계속 발전하고 있습니다. 향상된 디지털 신호 처리 기술은 신호 대 잡음비를 개선하여 사용 가능한 가변 범위 및 진동 내성을 확장합니다. 다중 매개변수 기능에는 질량 유량 계산 및 에너지 모니터링을 위한 통합 온도 및 압력 측정이 포함됩니다. 통신은 산업 사물 인터넷(IIoT) 아키텍처와의 더 쉬운 통합을 위해 Ethernet-APL 및 무선 프로토콜로 발전하고 있습니다. 진단은 습증기 감지 기능 및 실시간 성능 모니터링을 포함하도록 발전하여 예측 유지 보수 전략을 지원합니다. 제조업체는 또한 석유 및 가스 생산을 위한 고압 버전 및 제약 및 식품 산업을 위한 위생 모델을 포함하여 까다로운 응용 분야를 위한 특수 설계를 개발하고 있습니다.
담당자: Ms. Caroline Chan
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