볼텍스 유량계는 유체 흐름 속에 칼날(Shedder Bar) 이라는 장애물을 설치하여 발생하는 카르만 와류열(Kármán vortex street) 현상을 이용하여 유량을 측정하는 유량계입니다

볼텍스 유량계(Vortex Flowmeter)

볼텍스 유량계는 유체 흐름 속에 칼날 (Shedder Bar) 이라는 장애물을 설치하여 발생하는 카르만 와류열 (Kármán vortex street) 현상을 이용하여 유량을 측정하는 유량계입니다. 와류 발생 빈도가 유체의 속도에 비례한다는 원리를 이용합니다.

작동 원리

1. 와류 발생: 유체가 배관 내를 흐르면서 칼날을 지나게 되면, 칼날의 양쪽 뒤편으로 규칙적인 패턴의 와류가 교대로 발생합니다. 이 와류의 열을 카르만 와류열이라고 합니다.
2. 와류 검출: 발생된 와류는 압력 변화, 초음파 신호 변화, 열 변화 등의 형태로 나타납니다. 센서는 이러한 변화를 감지합니다.
3. 주파수 측정: 센서가 감지한 신호는 와류 발생 빈도에 해당하는 주파수 신호로 변환됩니다.
4. 유량 계산: 와류 발생 빈도는 유체의 속도에 비례하며, 이를 통해 체적 유량을 계산합니다. 와류 발생 빈도 (f)는 유체의 평균 속도 (v), 칼날의 폭 (d), 그리고 무차원 상수인 스트로할 수 (St)와 다음과 같은 관계를 가집니다.

      따라서 유량 (Q)은 다음과 같이 계산될 수 있습니다. 여기서 A는 배관의 단면적입니다.

특징

• 장점:
  • 가동부가 없어 내구성이 뛰어나고 유지보수가 용이합니다.
  • 압력 손실이 비교적 적습니다.
  • 넓은 유량 범위에서 비교적 정확한 측정이 가능합니다.
  • 액체, 기체, 증기 등 다양한 유체에 적용 가능합니다.
  • 온도 및 압력 변화에 대한 영향이 비교적 적습니다.
  • 디지털 신호 출력이 용이하여 자동화 시스템에 적합합니다.
  • 비교적 경제적인 가격으로 제공됩니다.
• 단점:
  • 낮은 유속에서는 와류 발생이 불안정하여 측정 정확도가 떨어질 수 있습니다. (일반적으로 Re 수가 특정 값 이상이어야 함)
  • 유체 내에 고형 입자나 기포가 많이 포함되어 있으면 측정 오차가 발생할 수 있습니다.
  • 배관 진동에 민감할 수 있습니다.
  • 점성이 높은 유체에는 적용이 어려울 수 있습니다.
  • 배관 직관부 확보가 중요합니다 (상류/하류 일정 길이 이상).

종류

볼텍스 유량계는 와류 검출 방식에 따라 다음과 같이 분류할 수 있습니다.

• 압력식 볼텍스 유량계: 와류 발생에 따른 압력 변화를 감지하는 센서를 사용합니다.
• 초음파식 볼텍스 유량계: 와류로 인한 초음파 신호의 변화 (주파수, 위상, 진폭 등)를 감지하는 센서를 사용합니다.
• 열식 볼텍스 유량계: 와류 발생으로 인한 열 전달 변화를 감지하는 센서를 사용합니다.
• 정전 용량식 볼텍스 유량계: 와류로 인한 정전 용량 변화를 감지하는 센서를 사용합니다.

적용 분야

볼텍스 유량계는 다양한 산업 분야에서 유체의 유량을 측정하는 데 널리 사용됩니다.

• 석유 및 화학 산업 (원유, 천연가스, 공정 유체 등)
• 발전 산업 (증기, 냉각수 등)
• 식품 및 음료 산업 (물, 맥주, 우유 등)
• HVAC (난방, 환기, 공조) 시스템 (냉수, 온수 등)
• 환경 산업 (하수, 처리수 등)
• 제철 산업 (공업용수, 가스 등)

볼텍스 유량계를 선택할 때는 측정 대상 유체의 종류, 유량 범위, 온도 및 압력 조건, 배관 조건, 요구되는 정확도 및 환경 조건 등을 종합적으로 고려해야 합니다. 특히, 유체의 레이놀즈 수, 점도, 포함된 고형 입자나 기포의 유무 등이 중요한 고려 사항입니다.

 

엔드레스하우저 볼텍스유량계