[摘要]渦輪流量計是在天然氣流量測量中的應(yīng)用較為廣泛,它是將流速轉(zhuǎn)換為渦輪的轉(zhuǎn)速,再將轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換成與流量成正比的電信號.其測量精度高,重復(fù)性好,測量范圈廣,但對介質(zhì)要求較高.其安裝質(zhì)量要求高保證振動小，使用要求也較高。
1前言
渦輪流量計是葉輪式流量計的主要品種,葉輪式流量計還有風(fēng)速計.水表等。渦輪式流計是速度式流量計的主要種類,它采用多葉片的轉(zhuǎn)子感受流體平均流速,從而推導(dǎo)出流量或總的儀表.其應(yīng)用非常廣泛,在歐洲和美國渦輪流量計是繼孔板流量計之后的第二個法定天然氣流量計,已發(fā)展成多品種.全系列、多規(guī)格、批量生產(chǎn)規(guī)模的天然氣流量計。
2結(jié)構(gòu)及工作原理
渦輪流量計是先將流速轉(zhuǎn)換為渦輪的轉(zhuǎn)速，再將轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換成與流量成正比的電信號。這種流量計用于檢測瞬時流量和總的流量，其輸出信號為頻率,易于數(shù)字化。
當(dāng)被測流體流過渦輪流計傳感器時,在流體作用下,葉輪受力旋轉(zhuǎn),其轉(zhuǎn)速與管道平均流速成正比，葉輪的轉(zhuǎn)動周期地改變磁電轉(zhuǎn)換器的磁阻值。檢測線圈中磁邇隨之發(fā)生周期性變化，產(chǎn)生周期性的感應(yīng)電勢,即電脈沖信號,經(jīng)放大器放大后,送至顯示儀表顯示。
下圖為渦輪流量計傳感器的結(jié)構(gòu)圖:
對于渦輪流量計的流計算如下式所示:
q?=?/K
qm= q?ρ
式中:qv, qm-分別為體積流量m3/s,質(zhì)量流量kg/s;- -流量計輸出信號的頻率,Hz;K-流加計的儀表系數(shù)。
流量計的儀表系數(shù)與流量關(guān)系曲線如圖3所示，儀表系數(shù)分為線性段和非線性段。線性段約為工作段的三分之二,其特性與傳感器結(jié)構(gòu)尺寸及流體粘性有關(guān)。在非線性段,特性受軸承摩擦力,流體粘性阻力影響較大。當(dāng)流量低于傳感器流量下限時,儀表系數(shù)隨著流迅速變化。壓力損失與流量近乎為平方關(guān)系。當(dāng)流量超過流量上限時要注意防止空穴現(xiàn)象結(jié)構(gòu)相似的渦輪流量計特性曲線形狀是類似的,它僅在系統(tǒng)誤差水平方面有所不同。
3主要特點
渦輪流量計具有以下優(yōu)點:
1)精度.對于液體一般為土2.5%R~±5%R,高精度型可達±1.5%R;而介質(zhì)為氣體,一般為±1%R~±1.5%R,特殊專用型為±0.5%R~±1%R.在所有流量計中,它屬于最正確的。
2)重復(fù)性好.短期重復(fù)性可達0.05%0.2%,正是由于具有良好的重復(fù)性，如經(jīng)常校準(zhǔn)或在線校準(zhǔn)可得精度,在貿(mào)易結(jié)算中是優(yōu)先選用的流量計。
3)輸出脈沖頻率信號,適用于總量計量及與計算機連接,無零點漂移,抗干擾能力強。
4)可獲得很高的頻率信號,信號分辨力強。
5)范圍度寬。，
6)結(jié)構(gòu)緊湊輕巧,安裝維護方便,流通能力大。
7)適用高壓測量,儀表表體上不必開孔,易制成高壓型儀表。
8)專用型傳感器類型多。
9)可制成插入型,適用于大口徑測量，壓力損失小，價格低,可不斷流取出,安裝維護方便。
渦輪流量計固然有很多優(yōu)點,但是也存在其局限性:
1)難以長期保持校準(zhǔn)特性,需要定期校驗,對于無潤滑性的液體液體中含有懸浮物或磨蝕性,造成軸承磨損及卡住等問題,限制了其使用范圍,采用耐磨硬質(zhì)合金軸和軸承后情況有改進。
2) 一般液體其不適用于較高粘度介質(zhì)(高粘度型除外)。
3)流體物性對儀表特性有較大影響。氣體流量計易受密度影響,而液體流量計對粘度變化反應(yīng)敏感。由于密度和粘度與溫度、壓力關(guān)系密切,在現(xiàn)場溫度、壓力波動是難免的，要根據(jù)它們對精度影響的程度采取補償措施,才能保持高的計量精度。
4)流量計受來流流速分布畸變和旋轉(zhuǎn)流的影響較大,傳感器上下游側(cè)需設(shè)置較長直管段。
5)不適于脈動流和混相流的測量。
6)對被測介質(zhì)的清潔度要求較高，限制了其使用領(lǐng)域。
7)小口徑(DN50以下)儀表的; 流量特性受物性影響嚴(yán)重。
4安裝與使用
傳感器應(yīng)安裝在便于維修,管道無振動，無強電磁干擾與熱輻射影響的場所.水平安裝的傳感器要求管道不應(yīng)有目測可覺察的傾斜(一般在5°以內(nèi)),垂直安裝的傳感器管道垂直度偏差也應(yīng)小于5*。需連續(xù)運行不能停流的場所,應(yīng)裝旁通管和可靠的截止閥,測量時要確保旁通管無泄漏若流體含雜質(zhì),則應(yīng)在傳感器上游加裝過濾器,若液體中含有氣體需加消氣器.若傳感器安裝位置處于管線低點,為防止流體中雜質(zhì)沉淀滯留，應(yīng)在其后的管線裝排放閥,定期排放沉淀雜質(zhì)。
渦輪流量計在使用中需要注意一些問題:
1)低溫和高溫流體的啟用.低溫流體在管道內(nèi)流通前要排凈管道中的水分,小流量先運行十幾分鐘,然后再慢慢升到正常流量。停流時也需要慢慢停止。
2)投人運行的啟閉順序。未裝旁路的傳感器要先以中等開度開啟流量傳感器上游閥,然后緩慢開啟下游閥。裝有旁路的傳感器應(yīng)先全開旁路管閥,以中等開度開啟上游閥，緩慢開啟下游閥,關(guān)小旁路閥開度小流量運行一段時間然后全開.上游閥,全關(guān)旁路閥,最后調(diào)節(jié)下游閥開度到所需流量。
5結(jié)語
渦輪流量計目前應(yīng)用已經(jīng)非常廣泛,其精度高、重復(fù)性好,測量范圍寬,適用性強。但渦輪流量計對介質(zhì)要求高,粘度不能太高,清潔度也應(yīng)比較好。渦輪流量計還有一點制約因素就是振動,所以安裝要求也比較高,使用方面必須符合要求。
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