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渦輪流量計工作原理及選型安裝 流量計技術指標

時間:2020-07-30    來源:儀多多儀器網(wǎng)    作者:儀多多商城     
1 渦輪的工作原理

渦輪流量計由渦輪、軸承、前置放大器、顯示儀表組成。

渦輪流量計的原理示意圖如圖3—1所示.在管道中心安放一個渦輪,兩端由軸承支撐.當流體通過管道時,沖擊渦輪葉片,對渦輪產(chǎn)生驅動力矩,使渦輪克服摩擦力矩和流體阻力矩而產(chǎn)生旋轉.在一定的流量范圍內,對一定的流體介質粘度,渦輪的旋轉角速度與流體流速成正比.由此,流體流速可通過渦輪的旋轉角速度得到,從而可以計算得到通過管道的流體流量.

渦輪的轉速通過裝在機殼外的傳感線圈來檢測.當渦輪葉片切割由殼體內永久磁鋼產(chǎn)生的磁力線時,就會引起傳感線圈中的磁通變化.傳感線圈將檢測到的磁通周期變化信號送入前置放大器,對信號進行放大、整形,產(chǎn)生與流速成正比的脈沖信號,送入單位換算與流量積算電路得到并顯示累積流量值;同時亦將脈沖信號送入頻率電流轉換電路,將脈沖信號轉換成模擬電流量,進而指示瞬時流量值.

渦輪流量計總體原理框用見圖3—2所示.

被測流體沖擊渦輪葉片,使渦輪旋轉,渦輪的轉速隨流量的變化而變化,即流量大,渦輪的轉速也大,再經(jīng)磁電轉換裝置把渦輪的轉速轉換為相應頻率的電脈沖,經(jīng)前置放大器放大后,送入顯示儀表進行計數(shù)和顯示,根據(jù)單位時間內的脈沖數(shù)和累計脈沖數(shù)即可求出瞬時流量和累積流量。

渦輪變送器的工作原理是當流體沿著管道的軸線方向流動,并沖擊渦輪葉片時,便有與流量qv、流速V和流體密度ρ乘積成比例的力作用在葉片上,推動渦輪旋轉。在渦輪旋轉的同時,葉片周期性地切割電磁鐵產(chǎn)生的磁力線,改變線圈的磁通量。根據(jù)電磁感應原理,在線圈內將感應出脈動的電勢信號,此脈動信號的頻率與被測流體的流量成正比,即: 其中,qv為流體的體積總量,N為變送器產(chǎn)生的脈動總數(shù);ξ為流量系數(shù)。

ξ是渦輪變送器的重要特性參數(shù),不同的儀表有不同的ξ,并隨儀表長期使用的磨損情況而變化;其含義是單位體積流量通過變送器時,變送器的輸出的脈沖數(shù)。

渦輪變送器輸出的脈沖信號,經(jīng)前置于放大器放大后,送入顯示儀表,就可以實現(xiàn)流量的測量。

2.渦輪流量計的構造

流體從機殼的進口流入.通過支架將一對袖承固定在管中心軸線上,渦輪安裝在軸承上.在渦輪上下游的支架上裝有呈輻射形的整流板,以對流體起導向作用,以避免流體自旋而改變對渦輪葉片的作用角度.在渦輪上方機殼外部裝有傳感線圈,接收磁通變化信號.

下面介紹主要部件.

(1)渦輪

渦輪由導磁不銹鋼材料制成,裝有螺旋狀葉片.葉片數(shù)量根據(jù)直徑變化而不同,2-24片不等.為了使渦輪對流速有很好的響應,要求質量盡可能?。畬u輪葉片結構參數(shù)的一般要求為:葉片傾角10°-15°(氣體),30°-45°(液體);葉片重疊度P為1—1.2;葉片與內殼間的間隙為0.5—1mm.

(2)軸承

渦輪的軸承一般采用滑動配合的硬質合金軸承,要求耐磨性能好.由于流體通過渦輪時會對渦輪產(chǎn)生一個軸向推力,使鈾承的摩擦轉矩增大,加速鈾承磨損,為了消除軸向力,需在結構上采取水力平衡措施,這方法的原理見圖3—3所示.由于渦輪處直徑DH略小于前后支架處直徑Ds,所以,在渦輪段流通截而擴大,流速降低,使流體靜壓上升△P,這個△P的靜壓將起到抵消部分軸向推力的作用.


圖3-3 水力平衡原理示意圖

(3)前置放大器

前置放大器由磁電感應轉換器與放大整形電路兩部分組成,示意圖見圖3—4所示.磁電轉換器國內一般采用磁阻式,它由永久磁鋼及外部纏繞的感應線圈組成.當流體通過使諷輪旋轉的,葉片在永久磁鋼正下方時磁阻最小,兩葉片空隙在磁鋼下方時磁阻最大,渦輪旅轉,不斷地改變磁路的磁通量,使線圈中產(chǎn)生變化的感應電勢,送入放大整形電路,變成脈沖信號.輸出脈沖的頻率與通過流量計的流量成正比,其比例系數(shù)K為

K = f / qv

式中 f――渦輪流量計輸出脈沖頻率;
qv——通過流量計的流量.

該比例系數(shù)亦稱為渦輪流量計的儀表系數(shù)。


圖3-4 渦輪流量計前置放大器原理圖

(4)信號接收與顯示

信號接收與顯示器內系數(shù)校正器、加法器和頻電轉換器等組成,其作用是將從前置放大器送來的脈沖信號變換成累積流量和瞬時流量并顯示.

2 渦輪流量計的選型

計本體可以選區(qū)用316不銹鋼材料以防腐,如是防爆區(qū)還必須是防爆結果。

(2)軸承一般有炭化鎢,聚四氟乙烯,碳石墨三種規(guī)格:碳化鎢的精度最高,它作為工業(yè)控制的標準件;聚四氟乙烯,碳石墨能防腐,一般在化工場所優(yōu)先考慮。軸承的壽命流速的平方成正反比,故流速可以的在最大流速的1/3速度比較好。

(3)感應探頭是檢測轉動體的運動并把它轉化為脈沖數(shù)字電信號,它電磁線圈電壓輸出值接近正弦曲線,脈沖信號的頻率范圍隨測量的流量大小成線性變化,典型的范圍為10:1,25:1 和100:1三種規(guī)格。

3渦輪流量計的安裝

(1)變送器的電源線采用金屬屏蔽線,接地要良好可靠。電源為直流24V,650Ω阻抗。
2)變送器應水平安裝,避免垂直安裝,并保證其前后有適應的直管段,一般前10D,后5D。
(3)保證流體的流動方向與儀表外殼的箭頭方向一致,不得裝反。
(4)被測介質對渦輪不能有腐蝕,特別是軸承處,否則應采取措施。
(5)注意對磁感應部分不能碰撞。

4渦輪流量計的組態(tài)與校正

標準的標定方法是十點水標定法,但黏度不同標定的值不同,故通常要做黏度標定曲線。

5渦輪流量計的顯示儀表

顯示儀表的任務是將單位時間輸出脈沖數(shù)和輸出脈沖總數(shù)轉換成瞬流量和總流量,并顯示出來。

由前放大器輸出的脈沖信號,其幅值、波形都是不規(guī)則的,在進入顯示儀表后,先需經(jīng)整形電路整形成為有規(guī)則的具有一定幅值的矩形電脈沖信號民,再經(jīng)過頻率/電流轉換電路,將頻率信號變?yōu)橄鄳碾娏餍盘枺?~20mA)再轉換能瞬時流量值,總量由轉換及積算電路得到。有的顯示儀表就地顯示,有的送DCS顯示。

6注意事項

(1)安裝渦輪流量計前,管道要清掃。被測介質不潔凈時,要加過濾器。否則渦輪、軸承易被卡住,測不出流量來。

(2)拆裝流量計時,對磁感應部分不能碰撞。

(3)投運前先進行儀表系數(shù)的設定。仔細檢查,確定儀表接線無誤,接地良好,方可送電。

(4)安裝渦輪流量計時,前后管道法蘭要水平,否則管道應力對流量計影響很大。

7發(fā)展前景

隨著科學的不斷發(fā)展,當今渦輪變送器已發(fā)展成小型化、高集成度的模塊,設計,有強大的功能軟件,并設有RS232標準計算機通信接口,對維護檢修提供了方便??膳cDCS連接通信,DCS替代了顯示儀表,如HOFFER流量計在工業(yè)臨近生產(chǎn)過程中更方便實用。

總之,渦輪流量計是一種速度式流量儀表,由于具有測量精度高,反應速度快,測量范圍廣,價格低廉,安裝方便等優(yōu)點,被廣泛應用于化工生產(chǎn)中。

潤滑油流量計是速度式流量計中的主要種類,它采用多葉片的轉子(rotor)(渦輪)感受流體平均流速,從而且推導出流量或總量的儀表。渦街流量計渦街流量計是根據(jù)卡門(Karman)渦街原理(Maxim)研究(research)生產(chǎn)的測量(cè liáng)氣體(gases)、蒸汽(steam)或液體的體積(volume)流量、標況的體積流量或質量(Mass)流量的體積流量計。

  主要用于工業(yè)管道(Conduit)介質流體的流量測量,如氣體、液體、蒸汽等多種介質。渦街流量計其特點是壓力(pressure)損失小,量程范圍大,精度(***度)高,在測量工況體積流量時幾乎不受流體密度(單位:g/cm3或kg/m3)、壓力、溫度(temperature)、粘度等參數(shù)(parameter)的影響。渦街流量計渦街流量計是根據(jù)卡門(Karman)渦街原理研究生(Postgraduate)產(chǎn)的測量氣體、蒸汽或液體的體積流量、標況的體積流量或質量流量的體積流量計。主要用于工業(yè)管道介質流體的流量測量,如氣體、液體、蒸汽等多種介質。無可動機械(machinery)零件,因此可靠性高,維護(Maintain)量小。儀表參數(shù)能長期穩(wěn)定(解釋:穩(wěn)固安定;沒有變動)。渦街流量計采用壓電應力式傳感器(transducer),可靠性高,可在-20℃~+250℃的工作(job)溫度范圍內工作。有模擬(定義:對真實事物或者過程的虛擬)標準信號,也有數(shù)字脈沖信號輸出,容易與計算(calculate )機等數(shù)字系統(tǒng)配套使用,是一種比較先進、理想的測量儀器(appliance)。

  一般它由傳感器和顯示儀兩部分組成,也可做成整體式。渦街流量計其特點是壓力損失小,量程范圍大,精度高,在測量工況體積流量時幾乎不受流體密度、壓力、溫度、粘度等參數(shù)的影響。無可動機械零件,因此可靠性高,維護量小。儀表參數(shù)能長期穩(wěn)定。渦街流量計采用壓電應力式傳感器,可靠性高,可在-20℃~+250℃的工作溫度范圍內工作。有模擬標準信號,也有數(shù)字脈沖信號輸出,容易與計算機等數(shù)字系統(tǒng)配套使用,是一種比較先進、理想的測量儀器。

       潤滑油流量計和容積(volume)式流量計、科里奧利質量流量計稱為流量計中三類重復性、精度的產(chǎn)品,作為十大類型流量計之一,其產(chǎn)品已發(fā)展為多品種、多系列批量生產(chǎn)的規(guī)模。渦街流量計其特點是壓力損失小,量程范圍大,精度高,在測量工況體積流量時幾乎不受流體密度、壓力、溫度、粘度等參數(shù)的影響。無可動機械零件,因此可靠性高,維護量小。儀表參數(shù)能長期穩(wěn)定。渦街流量計采用壓電應力式傳感器,可靠性高,可在-20℃~+250℃的工作溫度范圍內工作。有模擬標準信號,也有數(shù)字脈沖信號輸出,容易與計算機等數(shù)字系統(tǒng)配套使用,是一種比較先進、理想的測量儀器。

應用概況:

       潤滑油流量計在以下一些測量對象獲得廣泛應用:石油(petroleum)、有機液體、無機液、液化氣、天然(natural)氣和低溫流體統(tǒng)在歐洲和美國,渦輪流量計在用量上是僅次于孔板流量計的天然計量儀表,僅荷蘭在天然氣管線上就采用了2600多臺各種尺寸,壓力從0.8~6.5MPa的氣體渦輪流量計,它們已成為優(yōu)良的天然氣計量儀表。
渦輪流量計優(yōu)點:
  (1)高精度,在所有流量計中,屬于***的流量計;
 ?。?)重復性好;
 ?。?)元零點漂移,抗干擾能力好;
  (4)范圍度寬;
 ?。?)結構(Structure)緊湊。
渦輪流量計缺點:
 ?。?)不能長期保持校準特性(characteristic]);
 ?。?)流體物性對流量特性有較大影響。

  潤滑油流量計對安裝環(huán)境要求:

  1.盡可能避開強電設備(shèbèi)、高頻(InductionHeating)設備、強開關電源(powersupply)設備。

  渦街流量計其特點是壓力(pressure)損失(loss)小,量程范圍(fànwéi)大,精度(***度)高,在測量工況體積流量時幾乎不受流體密度(單位:g/cm3或kg/m3)、壓力、溫度(temperature)、粘度等參數(shù)(parameter)的影響。

  無可動機械(machinery)零件,因此可靠性高,維護(Maintain)量小。儀表參數(shù)能長期穩(wěn)定。渦街流量計采用壓電應力式傳感器,可靠性高,可在-20℃~+250℃的工作溫度范圍內工作。有模擬標準信號,也有數(shù)字脈沖信號輸出,容易與計算機等數(shù)字系統(tǒng)(system)配套使用(use),是一種比較先進、理想的測量儀器(appliance)。渦街流量計渦街流量計是根據(jù)卡門(Karman)渦街原理(Maxim)研究(research)生產(chǎn)(Produce)的測量氣體(gases)、蒸汽(steam)或液體的體積流量、標況的體積流量或質量(Mass)流量的體積流量計。

  渦街流量計其特點是壓力損失小,量程范圍大,精度高,在測量工況體積流量時幾乎不受流體密度、壓力、溫度、粘度等參數(shù)的影響。無可動機械零件,因此可靠性高,維護量小。儀表參數(shù)能長期穩(wěn)定。渦街流量計采用壓電應力式傳感器,可靠性高,可在-20℃~+250℃的工作溫度范圍內工作。有模擬標準信號,也有數(shù)字脈沖信號輸出,容易與計算機等數(shù)字系統(tǒng)配套使用,是一種比較先進、理想的測量儀器。

  主要用于工業(yè)管道(Conduit)介質流體的流量測量,如氣體、液體、蒸汽等多種介質。儀表的供電電源盡可能與這些設備分離。渦街流量計渦街流量計是根據(jù)卡門(Karman)渦街原理研究生產(chǎn)的測量氣體、蒸汽或液體的體積流量、標況的體積流量或質量流量的體積流量計。主要用于工業(yè)管道介質流體的流量測量,如氣體、液體、蒸汽等多種介質。

  2.避開高溫(hightemperature)熱源和輻射源的直接影響。渦街流量計渦街流量計是根據(jù)卡門(Karman)渦街原理研究生產(chǎn)的測量氣體、蒸汽或液體的體積流量、標況的體積流量或質量流量的體積流量計。主要用于工業(yè)管道介質流體的流量測量,如氣體、液體、蒸汽等多種介質。若必須安裝,須有隔熱(Insulation)通風措施(指針對問題的解決辦法)。

  3.避開高濕環(huán)境和強腐蝕氣體環(huán)境。若必須安裝,須有通風措施。

  4.渦街流量計應盡量避免安裝在振動(vibration)較強的管道上。若必須安裝,須在其上下游(比喻落后的地位)2D處加設管道緊固裝置(device),并加防振墊,加強抗振效果(effect)。

  5.儀表***安裝在室內(indoor),安裝在室外應注意防水,特別注意在電氣接口處應將電纜線彎成U形,避免水順著電纜線進入放大器殼內。

  6.儀表安裝點周圍應該留有較充裕的空間,以便安裝接線和定期維護。

電磁流量計使用中常遇到的故障,第一類一般為儀表本身的故障,即儀表結構件或元器件損壞引起的故障;第二類則是由外界原因引起造成的。如安裝不妥流動畸變,沉積和結垢等。這里重點討論的是應用方面和上述第二類外界原因的故障。

按照故障發(fā)生時期分類,可分為:①運行期故障;②調試期故障。調試期故障出現(xiàn)在新裝用后調試初期,主要原因是儀表選用或設定不當,安裝不妥等。運行期故障足在運行一段時期后出現(xiàn),主要原因有流體中雜質附著電極襯里,環(huán)境條件變化出現(xiàn)新干擾源等。

按故障外界源頭分析來自3個方面:①管道系統(tǒng)和安裝等方面引起的;②環(huán)境方面引起的;③流體方面引起的。來源①主要在調試期表現(xiàn)出來;來源②和③則在調試期和運行期均會出現(xiàn)。

一、運行期故障

經(jīng)初期調試并正常運行一段時期后在運行期間出現(xiàn)的故障,常見故障原因有:流量傳感器內壁附著層,雷電擊,環(huán)境條件變化。

1、內壁附著層

由于電磁流量計測量含有懸浮固相或污臟體的機會遠比其他流量儀表多,出現(xiàn)內壁附著層產(chǎn)生的故障概率也就相對較高。若附著層電導率與液體電導率相近,儀表還能正常輸出信號,只是改變流通面積,形成測量誤差的隱性故障;若是高電導率附著層,電極間電動勢將被短路;若是絕緣性附著層,電極表面被絕緣而斷開測量電路。后兩種現(xiàn)象均會使儀表無法工作。

2、雷電擊

雷電擊在線路中感應瞬時高電壓和浪涌電流,進入儀表就會損壞儀表。雷電擊損儀表有3條引入途徑:電源線,傳感器勺轉換器間的流量信號線和激磁線。然而從雷電故障中損壞零部件的分析,引起故障的感應高電壓和浪涌電流大部分足從控制室電源線路引入的,其他兩條途徑較少。還從發(fā)生雷擊事故現(xiàn)場了解到,不僅電磁流量計出現(xiàn)故障,控制室中其他儀表電常常同時出現(xiàn)雷擊事故。因此使用單位要認識設置控制室儀表電源線防雷設施的重要性?,F(xiàn)任已有若于設計單位隊識和探索解決這一問題。

3、環(huán)境條件變化

主要原因同上節(jié)調試期故障環(huán)境方面,只是干擾源不在調試期出現(xiàn)而在運行期間再介入的。例如一臺接地保護并不理想的電磁流量計,調試期因無廠擾源,儀表運行正常,然而在運行期出現(xiàn)新干擾源(例如測量點附近管道或較遠處實施管道電焊)干擾儀表正常運行,出現(xiàn)輸出信號大幅度波動。

二、調試期故障

本類故障在電磁流量計初始裝用調試時就出現(xiàn),但一經(jīng)改進排除故障,以后在相同條件下一般就不會再度出現(xiàn)。常見調試期故障主要有安裝不妥、環(huán)境干擾、流體特性影響三方面原因。

1、管道系統(tǒng)和安裝等方面

通常是電磁流量傳感器安裝位置不正確引起的故障,常見的例如將流量傳感器安裝在易積聚潴留氣體的管網(wǎng)高點;流量傳感器后無背壓,液體逕直排人大氣,形成其測量管內非滿管;裝在自上向下流的垂直管道上,可能出現(xiàn)排空等,明渠流量計的安裝比較特殊,由于是潛與水下,所以要保證無浮動。

2、環(huán)境方面

主要是管道雜散電流干擾,空間電磁波干擾,大電機磁場干擾等。管道雜散電流干擾通常采取良好單獨接地保護可獲得滿意測量,但如遇管道有強雜散電流(如電解車間管道)亦不一定能克服,須采取流量傳感器與管道緣絕的措施。空間電磁波干擾-般經(jīng)信號電纜引入,通常采用單層或多層屏蔽予以保護,但也曾遇到屏蔽保護還不能克服。

3、流體方面

液體含有均勻分布細小氣泡通常不影響正常測量,唯所測得體積流量是液體和氣體兩者之和;氣泡增大會使輸出信號波動,若氣泡大到流過電極遮蓋整個電極表面,使電極信號回路瞬時斷開,輸出信號將產(chǎn)生更大波動。

低頻(50/16Hz-50/6Hz)矩形波激磁電磁流量計測量液體中含有固體超過一定含量時將產(chǎn)生漿液噪聲,輸出信號亦會有一定程度波動。

兩種或兩種以上液體作管道混合工藝時,若兩種液體電導率(或各自與電極間電位)有差異,在混合未均勻前即進入流量傳感器進行流量測量,輸出信號亦會產(chǎn)生波動。

電極材質與被測介質選配不善,產(chǎn)生鈍化或氧化等化學作用,電極表面形成絕緣膜,以及電化學和極化現(xiàn)象等,均會妨礙正常測量。

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