لوله ونتوری
لوله ونتوری (venturi pipe) لوله ای است که در میانه آن قطر لوله کاهش پیدا می‌کند تا با این کار فشار را کاهش دهد و سرعت عبور سیال یا گاز را افزایش دهد. این پدیده کاهش همزمان فشار و افزایش سرعت به اثر ونتوری (venturi effect) معروف است و کاربرد های متعددی مانند اندازه گیری جریان هوا و پمپاژ یا اتمیزه کردن سیال ثانویه دارد.
حتما بخوانید: اتوماسیون صنعتی چیست؟
لوله ونتوری چگونه کار می‌کند؟
انواع مختلفی از پروفیل های لوله ونتوری برای استفاده عمومی وجود دارد که تغییر تدریجی در پروفیل موثرترین آنهاست. قوانین فیزیک حکم می کند که سیال یا گازی که در یک لوله جریان دارد، در صورتی که آن جریان منقبض شود، شتاب می گیرد. هنگامی که این اتفاق می افتد، فشار سیال در ناحیه منقبض باید کاهش یابد تا انرژی حفظ شود. انقباض در یک لوله به عنوان یک ونتوری و افزایش همزمان در سرعت جریان و کاهش فشار به عنوان اثر ونتوری شناخته می شود.
کاربرد های لوله ونتوری
اثر ونتوری که از آن برای ساخت لوله ونتوری استفاده می‌شود در صنایع مختلفی کاربرد دارد که در این بخش از مقاله می‌خواهیم چند مورد از آن ها را با ذکر مثال توضیح دهیم.
ویژگی های تغییر فشار این پدیده برای انجام کارهایی مانند موارد زیر استفاده می‌شود:
- اندازه گیری جریان هوا
- اندازه گیری سوخت در هواپیما
- محاسبه فشار تفاضلی در هواشناسی
- همچنین افت فشار در انقباض لوله ونتوری ممکن است برای پمپ کردن یا اتمیزه کردن یک سیال ثانویه استفاده شود.
حتما بخوانید: طراحی و اجرای اتوماسیون صنعتی
اگر سیال دوم به ناحیه محدود شده لوله ونتوری وارد شود، خلاء جزئی ایجاد شده توسط فشار پایین تر آن را به جریان سیال اولیه می‌کشد. جایی که این دو با هم مخلوط می‌شوند. این واکنش در موارد زیر کاربرد دارد:
- تفنگ های اسپری رنگ
- برس های هوا برای کشیدن رنگ به هوای فشرده
- موتور کاربراتور احتراق داخلی از همین واکنش برای مکش سوخت به هوای وارد شده به موتور استفاده می کند.
- یک دستگاه عطرساز به همین ترتیب عمل می کند و عطر را از بطری بیرون می کشد و به جریان هوا از لامپ اتمایزر می رساند.
کدام لوله های ونتوری بیشتر اثر ونتوری را اعمال می کنند؟
لوله های ونتوری از انواع مختلفی از پروفیل های انقباضی استفاده می‌کنند که از محدودیت های ملایم به شکل ساعت شنی گرفته تا بافل های ساده با سوراخ کوچک در مرکز آن ها را شامل می‌شود. از آنجایی که کارایی اثر ونتوری به حفظ حداکثر انرژی اولیه جریان هوا در کل انقباض متکی است، کشش در این ناحیه باید به حداقل برسد. به همین دلیل لوله ونتوری ها با تغییرات تدریجی در پروفیل بیشترین تاثیر را دارند. یک لوله ونتوری معمولاً زاویه مخروط ورودی اولیه تقریباً 30 درجه و زاویه مخروط خروجی در حدود پنج درجه دارد. این تغییرات تدریجی در پروفیل حداقل مقاومت در برابر جریان سیال و بهترین عملکرد ونتوری را تضمین می کند.
حتما بخوانید: فلومتر مغناطیسی چیست؟ کاربرد آن
توضیح فیزیکی عملکرد ونتوری
معادله برنولی بیان می کند که مجموع تمام اشکال انرژی در یک سیال که در یک مسیر محصور جریان دارد. در هر دو نقطه از آن مسیر (یا خط جریان) یکسان است. فرمول آن در فرضیه ساده تراکم ناپذیر جریان (حرکت سیال با تغییرات ناچیز در چگالی) به شرح زیر است:
v: سرعت سیال در امتداد خط جریان
g: شتاب گرانش روی زمین
h : ارتفاع
p: فشار در امتداد خط جریان
r: چگالی سیال
در نتیجه این قانون، سیالی که از انقباض های همواری متغیر عبور می کند، در معرض تغییرات سرعت و فشار قرار می گیرد. ونتوری سیستمی است برای سرعت بخشیدن به جریان سیال، با فشرده کردن آن در یک لوله مخروطی شکل در محدودیت سیال باید سرعت خود را افزایش داده و فشار خود را کاهش دهد و خلاء جزئی ایجاد کند. همانطور که سیال از انقباض خارج می شود، فشار آن به سطح محیط یا لوله افزایش می یابد.
یک مثال کاربردی از لوله ونتوری
از Venturi برای اندازه گیری سرعت یک سیال، با اندازه گیری تغییرات فشار از یک نقطه به نقطه دیگر در طول جریان استفاده می شود.
لوله ونتوری همچنین می تواند برای تزریق مایع یا گاز به یک مایع دیگر استفاده شود. برای این کار باید اینطور اقدام کرد:
- یک پمپ جریان مایع را از طریق یک لوله به ونتوری متصل می‌کنیم برای افزایش سرعت سیال (محدودیت قطر لوله)
- یک قطعه لوله کوتاه را به منبع گاز متصل می‌کنیم.
- ونتوری دوم که سرعت سیال را کاهش می دهد (قطر لوله دوباره افزایش می یابد) را در انتها اضافه می‌کنیم.
پس از اولین ونتوری فشار در لوله کمتر می شود. بنابراین گاز در لوله مکیده می شود. سپس مخلوط وارد ونتوری دوم می شود و سرعت آن را کاهش می دهد. در انتهای سیستم مخلوطی از گاز و مایع ظاهر می شود و فشار دوباره به سطح طبیعی خود در لوله افزایش می یابد.
این تکنیک برای تزریق اوزن در آب استفاده می شود. در همین روش جدیدترین طراحی انژکتورها باعث اختلاط کامل مواد تزریق شده (هوا، ازن یا مواد شیمیایی) می‌شود و نیازی به دیگر میکسر های درون خطی ندارد. ونتوری قطعات متحرک ندارند و به همین خاطر نیاز به تعمیر و نگهداری هم ندارد.
آنها به طور موثر در طیف گسترده ای از فشارها (از 1 تا 250 psi ) عمل می کنند و تنها به حداقل اختلاف فشار برای شروع خلاء در قسمت مکش نیاز دارند. ونتوری در ترموپلاستیک PVC، PE، PVDF، فولاد ضد زنگ یا سایر فلزات ساخته شده است.
اثر کاویتاسیون (Cavitation) در محفظه تزریق، اختلاط آنی را فراهم می کند و هزاران حباب بسیار ریز گاز را در مایع ایجاد می کند. حباب های کوچک باعث افزایش قرار گرفتن در معرض گاز در سطح مایع می شوند و اثربخشی فرآیند (یعنی ازن زنی) را افزایش می دهند.
حتما بخوانید: مشاوره اتوماسیون صنعتی
ونتوریمتر چیست؟
ونتوری متر ابزارهای اندازه گیری جریان هستند که از یک بخش همگرای لوله برای افزایش سرعت جریان و افت فشار مربوطه استفاده می کنند که از آن می توان دبی را استنتاج کرد. سال هاست که از ونتوریمتر ها به ویژه در صنعت آب‌رسانی استفاده می‌شود.
انواع ونتوریمتر
به طور معمول سه نوع ونتورمتر موجود است:
1. ونتوریمتر افقی: این نوع ونتوریمتر دارای بیشترین انرژی جنبشی و کمترین انرژی پتانسیل است.
2. ونتوریمتر عمودی: این نوع دارای حداکثر انرژی پتانسیل و حداقل انرژی جنبشی است.
3. ونتوریمتر شیبدار: هر دو انرژی پتانسیل و جنبشی در بین دو نوع ذکر شده در بالا قرار دارند.
کاربردهای ونتوریمتر
ونتورمترها کاربرد وسیعی در صنایع سیال پیدا می کنند. کاربرد عمده ونتورمترها عبارتند از:
- در کاربراتورهای موتور (بخش خودرو) برای اندازه گیری جریان هوا استفاده می شود.
- در صنایع فرآیندی (صنایع لوله کشی فرآیند و نیرو) برای اندازه گیری و کنترل جریان فرآیند استفاده می شود.
- در صنعت پزشکی، جریان خون در رگ ها توسط دستگاه ونتوریمتر اندازه گیری می شود.
- اندازه گیری جریان سیال در داخل خطوط لوله (صنایع نفت و گاز)
مزایای ونتوریمتر
- ونتوریمترها نتایج دقیقی را ارائه می دهند.
- دقت ونتوریمتر به دما و فشار داخل لوله بستگی ندارد.
- بدون قطعه متحرک ساخته می‌شود.
- اتلاف انرژی آن بسیار کم است.
- کاربرد گسترده برای آب، مواد جامد معلق، گازها، دوغاب، مواد شیمیایی، مایعات کثیف و… دارد.
- ضریب تخلیه آن بالا و افت فشارش بسیار کم است.
- ونتوریمترها را می توان در جهت افقی، شیب دار یا عمودی نصب کرد.
- احتمال گرفتگی آن بسیار کمتر است.
- بازیابی فشار ونتوریمتر بسیار زیاد است. فشار تخلیه تقریباً نزدیک به فشار ورودی است.
معایب ونتوریمتر
- ونتوریمتر در اندازه بزرگ است. نصب در جایی که محدودیت فضا وجود دارد بسیار دشوار است.
- در مقایسه با انواع دیگر فلومترها گران است.
- محدوده اندازه گیری جریان آن محدود است.
- برای لوله های با قطر بسیار کم مناسب نیست.
کدها و استانداردهای کنتور ونتوری
کدها و استانداردهایی که دستورالعمل های مربوط به ونتوری متر را ارائه می دهند:
- ISO 5167
- ISO 9300
- AWWA M33
- ISO TR 15377
- BS 1042
- ASME MFC-8M
- ASTM D2458
نصب دستگاه ونتوری متر
نصب صحیح ونتوری متر کلید عملکرد ایده آل آن است. بنابراین نصب ونتوری متر باید طبق دستورالعمل سازنده انجام شود. به طور معمول، هنگام نصب ونتوری متر در سیستم لوله کشی یا خط لوله، دستورالعمل های زیر باید رعایت شود:
- فلش جهت جریان در ونتوری متر باید بررسی و نصب شود تا با جهت جریان مطابقت داشته باشد.
- فلنج ها در انتهای ونتوری متر باید به درستی با فلنج های لوله کشی هماهنگ شوند.
- ساپورت لوله نباید روی مترهای ونتوری قرار گیرد.
- پیچ و مهره ها نباید بیش از حد سفت یا شل باشند.
- تلورانس های نصب باید در حد استانداردهای صنعتی باشد.
- شیرهای فشار باید برای کاربرد های سرویس مایع به صورت افقی قرار گیرند.
سخن آخر
گروه صنعتی سپیانی با کادری مجرب آماده ی راهنمایی شما عزیزان در زمینه انتخاب بهترین قطعات صنعتی است. شما میتوانید با تکمیل فرم درخواست مشاوره رایگان با تکنسین های ما در ارتباط باشید. همچنین برای تامین قطعات به سایت فروشگاهی ما مراجعه کنید.
