[摘要]渦輪流量計(jì)是在天然氣流量測(cè)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(hào).其測(cè)量精度高,重復(fù)性好,測(cè)量范圈廣,但對(duì)介質(zhì)要求較高.其安裝質(zhì)量要求高保證振動(dòng)小，使用要求也較高。
1前言
渦輪流量計(jì)是葉輪式流量計(jì)的主要品種,葉輪式流量計(jì)還有風(fēng)速計(jì).水表等。渦輪式流計(jì)是速度式流量計(jì)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(guó)渦輪流量計(jì)是繼孔板流量計(jì)之后的第二個(gè)法定天然氣流量計(jì),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(jì)。
2結(jié)構(gòu)及工作原理
渦輪流量計(jì)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(hào)。這種流量計(jì)用于檢測(cè)瞬時(shí)流量和總的流量，其輸出信號(hào)為頻率,易于數(shù)字化。
當(dāng)被測(cè)流體流過(guò)渦輪流計(jì)傳感器時(shí),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(dòng)周期地改變磁電轉(zhuǎn)換器的磁阻值。檢測(cè)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(shì),即電脈沖信號(hào),經(jīng)放大器放大后,送至顯示儀表顯示。
下圖為渦輪流量計(jì)傳感器的結(jié)構(gòu)圖:
對(duì)于渦輪流量計(jì)的流計(jì)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(jì)輸出信號(hào)的頻率,Hz;K-流加計(jì)的儀表系數(shù)。
流量計(jì)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(shí),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(guò)流量上限時(shí)要注意防止空穴現(xiàn)象結(jié)構(gòu)相似的渦輪流量計(jì)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(diǎn)
渦輪流量計(jì)具有以下優(yōu)點(diǎn):
1)精度.對(duì)于液體一般為土2.5%R~±5%R,高精度型可達(dá)±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(jì)中,它屬于最正確的。
2)重復(fù)性好.短期重復(fù)性可達(dá)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(jì)。
3)輸出脈沖頻率信號(hào),適用于總量計(jì)量及與計(jì)算機(jī)連接,無(wú)零點(diǎn)漂移,抗干擾能力強(qiáng)。
4)可獲得很高的頻率信號(hào),信號(hào)分辨力強(qiáng)。
5)范圍度寬。，
6)結(jié)構(gòu)緊湊輕巧,安裝維護(hù)方便,流通能力大。
7)適用高壓測(cè)量,儀表表體上不必開(kāi)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(cè)量，壓力損失小，價(jià)格低,可不斷流取出,安裝維護(hù)方便。
渦輪流量計(jì)固然有很多優(yōu)點(diǎn),但是也存在其局限性:
1)難以長(zhǎng)期保持校準(zhǔn)特性,需要定期校驗(yàn),對(duì)于無(wú)潤(rùn)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(wèn)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(jìn)。
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(duì)儀表特性有較大影響。氣體流量計(jì)易受密度影響,而液體流量計(jì)對(duì)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(chǎng)溫度、壓力波動(dòng)是難免的，要根據(jù)它們對(duì)精度影響的程度采取補(bǔ)償措施,才能保持高的計(jì)量精度。
4)流量計(jì)受來(lái)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(zhǎng)直管段。
5)不適于脈動(dòng)流和混相流的測(cè)量。
6)對(duì)被測(cè)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(wú)振動(dòng)，無(wú)強(qiáng)電磁干擾與熱輻射影響的場(chǎng)所.水平安裝的傳感器要求管道不應(yīng)有目測(cè)可覺(jué)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(yùn)行不能停流的場(chǎng)所,應(yīng)裝旁通管和可靠的截止閥,測(cè)量時(shí)要確保旁通管無(wú)泄漏若流體含雜質(zhì),則應(yīng)在傳感器上游加裝過(guò)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(diǎn),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(jì)在使用中需要注意一些問(wèn)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(yùn)行十幾分鐘,然后再慢慢升到正常流量。停流時(shí)也需要慢慢停止。
2)投人運(yùn)行的啟閉順序。未裝旁路的傳感器要先以中等開(kāi)度開(kāi)啟流量傳感器上游閥,然后緩慢開(kāi)啟下游閥。裝有旁路的傳感器應(yīng)先全開(kāi)旁路管閥,以中等開(kāi)度開(kāi)啟上游閥，緩慢開(kāi)啟下游閥,關(guān)小旁路閥開(kāi)度小流量運(yùn)行一段時(shí)間然后全開(kāi).上游閥,全關(guān)旁路閥,最后調(diào)節(jié)下游閥開(kāi)度到所需流量。
5結(jié)語(yǔ)
渦輪流量計(jì)目前應(yīng)用已經(jīng)非常廣泛,其精度高、重復(fù)性好,測(cè)量范圍寬,適用性強(qiáng)。但渦輪流量計(jì)對(duì)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(jì)還有一點(diǎn)制約因素就是振動(dòng),所以安裝要求也比較高,使用方面必須符合要求。
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