渦輪流量計

一、概述

JA-LWGY系列渦輪流量顯示計是吸取了國內外流量儀表先進技術經過優化設計，具有結構簡單、輕巧、精度高、復現性好、反應靈敏，安裝維護使用方便等特點的新一代渦輪流量流量計，廣泛用于測量封閉管道中與不銹鋼1Cr18Ni9Ti、2Cr13及剛玉Al₂O₃、硬質合金不起腐蝕作用，且無纖維、顆粒等雜質，工作溫度下運動粘度小于5×10-6m²/s的液體，對于運動粘度大于5×10-6m²/s的液體，可對流量計進行實液標定后使用。若與具有特殊功能的顯示儀表配套，還可以進行定量控制、超量報警等，是流量計量和節能的理想儀表。

二、工作原理

圖1所示為渦輪流量傳感器結構簡圖，由圖可見，當被測流體流過傳感器時，在流體作用下，葉輪受力旋轉，其轉速與管道平均流速成正比，葉輪的轉動周期地改變磁電轉換器的磁阻值。檢測線圈中的磁通道隨之發生周期性變化，產生周期性的感應電勢，即電脈沖信號，經放大器放大后，送至顯示儀表顯示。

渦輪流量計的流量方程可分為兩種：實用流量方程和理論流量方程。

（1）實用流量方程

式中
……分別為體積流量，m³/s，質量流量，kg/s；
F……流量計輸出信號的頻率，Hz；
K……流量計的儀表系數，P/m³。
流量計的系數與流量（或管道雷諾數）的關系曲線如圖2所示。由圖可見，儀表系數可分為兩段，即線性段和非線性段。線性段約為其工作段的三分之二，其特性與傳感器結構尺寸及流體粘性有關。在非線性段，特性受軸承摩擦力，流體粘性阻力影響較大。當流量低于傳感器流量下限時，儀表系數隨著流量迅速變化。壓力損失與流量近似為平方關系。當流量超過流量上限時要注意防止空穴現象。結構相似的TUF特性曲線的形狀是相似的，它僅在系統誤差水平方面有所不同。
傳感器的儀表系數由流量校驗裝置校驗得出，它完全不問傳感器內部流體機理，把傳感器作為一個黑匣子，根據輸入（流量）和輸出（頻率脈沖信號）確定其轉換系數，它便于實際應用。但要注意，此轉換系數（儀表系數）是有條件的，其校驗條件是參考條件，如果使用時偏離此條件系數將發生變化，變化的情況視傳感器類型，管道安裝條件和流體物性參數的情況而定。

(2)理論流量方程

根據動量矩定理可以列出葉輪的運動方程

式中

J：葉輪的慣性矩；
d_w/d_t：葉輪的旋轉加速度
M¹：流體的驅動力矩
M²：粘性阻力距
M³：軸承摩擦阻力距
M⁴：磁阻力矩
當葉輪以恒速旋轉時，，則M₁=M₂+M₃+M₄。經理論分析與實驗驗證可得

式中
n：葉輪轉速；
q_v：體積流量；
A：與流體物性（密度、粘度等），葉輪結構參數（葉片傾角、葉輪直徑、流道截面積等）有關的系數；
B：與葉片頂隙，流體流速分布有關的系數；
C：與摩擦力矩有關的系數。
國內外學者提出許多理論流量方程，它們適用于各種傳感器結構及流體工作條件。至今渦輪儀表特性的水動力學特性仍舊不很清楚，它與流體物性及流動特性有復雜的關系。比如當現場有旋渦和非對稱速度分布時水動力學特性就非常復雜。不能用理論式推導儀表系數，儀表系數仍舊需由實流校驗確定。但是理論流量方程有巨大的實用意義，它可用于指導傳感器結構參數設計及現場適用條件變化時儀表系數變化規律的預測和估算。

三、產品特點

• 高精確度，一般可達±1%R、±0.5%R，高精度型可達±0.2%R；
• 重復性好，短期重復性可達0.05%~0.2%,正是由于具有良好的重復性，如經常校準或在線校準可得到極高的精確度，在貿易結算中是優先選用的流量計；
• 輸出脈沖頻率信號，適于總量計量及與計算機連接，無零點漂移，抗干擾能力強；
• 可獲得很高的頻率信號（3~4kHz），信號分辨力強；
• 范圍度寬，中大口徑可達1:20，小口徑為1:10；
• 適用高壓測量，儀表表體上不必開孔，易制成高壓型儀表；
• 專用型傳感器類型多，可根據用戶特殊需要設計為各類專用型傳感器，例如低溫型、雙向型、井下型、混砂專用型等；
• 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。

四、技術參數

1.基本參數

2.流量范圍及工作壓力

五、儀表選型

六、外形尺寸

傳感器的安裝方式根據規格不同，采用螺紋或法蘭連接，安裝方式見圖4、圖5、圖6，安裝尺寸見表4。

表4

七、安裝注意事項

（1）安裝場所
傳感器應安裝在便于維修，管道無振動、無強電磁干擾與熱輻射影響的場所。渦輪流量計的典型安裝管路系統如圖7所示。圖中各部分的配置可視被測對象情況而定，并不一定全部都需要。渦輪流量計對管道內流速分布畸變及旋轉流是敏感的，進入傳感器應為充分發展管流，因此要根據傳感器上游側阻流件類型配備必要的直管段或流動調整器，如表5所示。若上游側阻流件情況不明確，一般推薦上游直管段長度不小于10D，下游直管段長度不小于5D，如安裝空間不能滿足上述要求，可在阻流件與傳感器之間安裝流動調整器。傳感器安裝在室外時，應有避直射陽光和防雨淋的措施。

圖7 傳感器安裝示意圖
表5

（2）連接管道的安裝要求
水平安裝的傳感器要求管道不應有目測可覺察的傾斜（一般在5°以內），垂直安裝的傳感器管道垂直度偏差亦應小于5°。需連續運行不能停流的場所，應裝旁通管和可靠的截止閥（見圖7），測量時要確保旁通管無泄漏。
在新鋪設管道裝傳感器的位置先介入一段短管代替傳感器，待“掃線”工作完畢確認管道內清掃干凈后，再正式接入傳感器。由于忽視此項工作，掃線損壞傳感器屢見不鮮。
若流體含雜質，則應在傳感器上游側裝過濾器，對于不能停流的，應并聯安裝兩套過濾器輪流清除雜質，或選用自動清洗型過濾器。若被測液體含有氣體，則應在傳感器上游側裝消氣器。過濾器和消氣器的排污口和消氣口要通向安全的場所。
若傳感器安裝位置處于管線的低點，為防止流體中雜質沉淀滯留，應在其后的管線裝排放閥，定期排放沉淀雜質。
被測流體若為易氣化的液體，為防止發生氣穴，影響測量精確度和使用期限，傳感器的出口端壓力應高于公式5計算的最低壓力pmin
pmin=2△p+1.25pv   Pa
式中

pmin——最低壓力，Pa；
△p——傳感器最大流量時壓力損失，Pa；
pv——被測液體最高使用溫度時飽和蒸汽壓，Pa。
流量調節閥應裝在傳感器下游，上游側的截止閥測量時應全開，且這些閥門都不得產生振動和向外泄漏。對于可能產生逆向流的流程應加止回閥以防止流體反向流動。
傳感器應與管道同心，密封墊圈不得凸入管路。液體傳感器不應裝在水平管線的最高點，以免管線內聚集的氣體（如停流時混入空氣）停留在傳感器處，不易排出而影響測量。
傳感器前后管道應支撐牢靠，不產生振動。對易凝結流體要對傳感器及其前后管道采取保溫措施。