涡轮式流量计.doc

涡轮式流量计专 业： 班 级： 姓 名： 引 言涡轮流量计是一种速度式流量计，是人们常用的一种流量测量仪表 ,由于它具有重复性好、适应性强、量程比宽等优点,加上智能化显示控制仪表的出现 ,涡轮式流量计在准确度要求较高的计量场合得到了广泛的采用，用涡轮流量计间接测量液体的质量流量成为人们首选方案之一。在各种流量计中，涡轮流量计、容积式流量计和科氏质量流量计是三类重复性、精确度最佳的产品，而涡轮流量计又具有自己的特点，如结构简单、加工零部件少、重量轻、维修方便、流通能力大（同样口径可通过的流量大）和可适应高参数（高温、高压和低温）等。广泛应用于以下一些测量对象：石油、有机液体、无机液、液化气、天然气、煤气和低温流体等。在国外液化石油气、成品油和轻质原油等的转运及集输站，大型原油输送管线的首末站都大量采用它进行贸易结算。在欧洲和美国,涡轮流量计是仅次于孔板流量计的天然气计量仪表，仅荷兰在天然气管线上就采用了 2600 多台各种尺寸，压力从 0.8MPa 到 6.5MPa 的气体 涡轮流量计，他们已成为优良的天然气流量计。尽管 涡轮流量计 的优良计量特性受到人们的青睐，可是给人的印象是由活动部件，使用期短，在选用时不免踌躇，经过人们的不懈努力，应该说情况大有改观。涡轮流量计作为最通用的流量计，其产品已发展为多品种、全系列、多规格批量生产的规模。应该指出，涡轮流量计 除前述工业部门大量应用外，在一些特殊部门亦得到广泛应用，如科研实验、国防科技、计量部门，这些领域的使用恰好避开了其弱点（不适于长期连续使用），充分发挥其特点（高精度，重复性好，可用于高压、高温、低温及微流量等条件）。9一、结构和工作原理1.1工作原理1)当流体通过管道时，冲击管道中心涡轮叶片，对涡轮产生驱动力矩，使涡轮克服摩擦力矩和流体阻力矩而产生旋转。在一定的流量范围内，对一定的流体介质粘度，涡轮的旋转角速度与流体流速成正比。由此，流体流速可通过涡轮的旋转角速度得到，从而可以计算得到通过管道的流体流量。2)涡轮的转速通过装在外壳上的检测线圈来检测。涡轮前置放大磁电转换积算数显流量q转速脉冲N（n）N（n）qv传感器显示器 1.2结构1紧固件；2壳体；3前导向体；4止推片；5叶轮；6电磁感应式；信号检测器；7轴承；8后导向体(1)壳体 （表体）：承受被测流体的压力、固定安装检测部件和连接管道壳体采用不导磁不锈钢或硬铝合金制造。 (2) 导向体 对流体起导向整流以及支撑叶轮的作用，通常选用不导磁不锈钢或硬铝材料制作。(3) 涡轮（叶轮） 流量计的检测元件，高导磁性材料。叶轮有直板叶片、螺旋叶片和丁字形叶片等几种。 叶轮的动平衡直接影响仪表性能和使用寿命。 (4)轴与轴承：支撑叶轮旋转。(5)信号检测器：国内常用变磁阻式。二、工作过程涡轮流量传感器是根据流体动量矩原理进行工作的。其基本原理是将流量转换成涡轮转速或转数，可表示为 或 n 。当流体沿管道的轴向流动冲击涡轮叶片时，便有与流体流速u、密度等相关量成比例的力作用于叶片上，受传感器结构尺寸K的影响，产生出相应的测量力矩M，推动涡轮旋转，使涡轮以的转速转动。即 M=f(u,K) (1)而u=q/A，则上关系式可表达为 M=f(q,K,A) (2)涡轮旋转的同时伴有阻碍涡轮转动的阻力矩 ,如机械摩擦阻力矩、磁电反映阻力矩、流体粘性摩擦阻力矩等，根据动量矩原理，则涡轮运动的方程式为 (3)式中，J为涡轮的转动惯量；为涡轮的角加速度；M为推动涡轮转动的测量力矩；为各种阻碍涡轮转动的阻力矩。在一定流量范围内，涡轮的角速度与流体流量q之间有稳定的对应关系，流量q与涡轮转速之间在有效范围内为线性特性可表示为 (4) 式中，A为与传感器结构、介质特性、流动状态有关的阻力参数；为与介质特性等有关的转换系数。 考虑到涡轮叶片数的影响，则 (5) 则式（4）可近似表示为 (6) 式中，n为涡轮以速度旋转时，相应的机械转数；Z为叶片数；为流量系数。式（6）表明：当流量q很小时，相应的阻力的作用涡轮并不转动，n=0；只有当q后，涡轮的测量力矩克服了各种阻力矩后才开始转动，并近似为线性关系，受到寿命及压力损失等因素的影响，也不允许q。涡轮流量计特性曲线f 流量计输出信号的频率，Hz；K流量计的仪表系数，P/m3。体积流量 三、分类1）轴向型（普通型）叶轮轴中心与管道轴线重合，是 TUF 的主导产品，有全系列产品（DN10-DN600）。2）切向型 叶轮轴与管道轴线垂直，流体流向叶片平面的冲角约 90 度，适用于小口径微流量产品。3）机械型 叶轮的转动直接或经磁耦合带动机械计数机构，只是积算总量，测量精度比电信号检测的传感器稍低，其传感器与显示装置组成一体式，受到用户欢迎。4）井下专用型 适用于石油开采井下作业及采输用，测量介质有泥浆及油气流等，传感器体积受限制，需耐高压、高温及流体冲击等。5）自校正双涡轮型 可用于天然气等气体流量测量，传感器由主、辅双叶轮组成，可由二叶轮的转速差自动校正流量特性的变化。6）广粘度型 在波特型浮动转子压力平衡结构基础上扩大上锥体与下锥体的直径，增加粘度补偿翼及承压叶片等结构措施，使传感器适用于高粘度液体，如重油，粘度可达 30mm2/s。四、特点（1）精度高：所有流量计中，它属于最精确的。涡轮流量计的准确度在0. 5 % - 0. 1写左右。在线性流量范围内，即使流量发生变化，泉积流量准确度也不会降低.并且在短时间内，涡轮流量计的再现性可达0.0500.；（2）重复性好： 短期重复性可达0.05-0.2； （3）输出脉冲频率信号，适于总量计量及与计算机连接，无零点漂移，抗干扰能力强。可获得很高的频率信号（3-4kHz），信号分辨力强；（4）测量范围宽 ； （5）适用于高压测量，易制成高压型仪表；（6）难以长期保持校准特性，需要定期校验； （7）不适用于较高粘度介质（高粘度型除外）； （8）流体物性（密度、粘度）对仪表特性有较大影响; （9）受来流流速分布畸变和旋转流的影响较大;（10）对被测介质的清洁度要求较高，限制了其适用领域，虽可安装过滤器以适应脏污介质，但亦带来压损增大、维护量增加等副作用。由于它采用非接触式的，反作用小的磁电转换方式，大大的减轻了涡轮的负载，耐压高且反应快，并用数字显示流量，在目前生产与科研中得到了广泛的应用。五、选用考虑要点 精确度一般说来，选用涡轮流量计主要是看中其高精确度。目前涡轮式流量计的精确度大致为液体：国际市场为0.15R，0.2R0.5R 和1R，国内定型产品为0.5R 和1R；气体：国际市场为0.5R 和1R，国内为1R 和1.5R，以上精确度指范围度为 6：1 或10：1。若干涡轮流量传感器典型参数如表 1 所示。精确度除与本身产品质量有关外，还与使用条件密切相关。若缩小范围度可提高精确度；特别是作为标准表法流量标准装置的标准流量计，若定点使用，精确度可大为提高。六、涡轮流量计的安装使用要想充分发挥涡轮流量计的特点，在流量计的安装使用上还必须在以下几方面加以充分注意。6.1被侧介质 从被测流体来说，包括气体、液体和混合流体，是三种具有不同物理特性的流体。从测量流体流条件来说，也是多种多样的，如测量时温度可以从高温到极低温，测量时的压力可以从高压到低压。被侧流量的大小可以从微小流量到大流量。被测流体的流动状态可以是层流、紊流等等。此外，就液体而言，还存在粘度大小不同等情况。 涡轮流量计所测得的液体，一般是低粘度的(一般应小于)、低腐蚀性的液体。虽然目前已经有用于各种介质测量的涡轮流量计，但对高温、高粘度、强腐蚀介质的测量仍需仔细考虑，采取相应的措施。当介质粘度v大于时，流量计的仪表系数必须进行液体标定，否则会产生较大的误差.汽一液两相流、气一固两相流、浓一固两相流均不能用涡轮流量计进行测量6.2安装配管要求 流量计的安装情况对流量计的测量准确度影响很大。 流速分布不均和管内二次流的存在是影响涡轮流量计测量准确度的重要因素，所以，涡轮流量计对上、下游直管段有一定要求。对于工业测量，一般要求上游20D，下游5D的直管长度。为消除二次流动，最好在上游端加装整流器。若上游端能保证有20D左右的直管段，并加装整流器，可使流量计的测量准确度达到标定时的准确度等级3。涡轮流量计对流体的清洁度有较高要求，在流量计前须安装过滤器来保证流体的清洁。过滤器可采用漏斗型的，其本身清洁度，可侧其两端的差压变化得到。6.3信号传输钱为了保证显示仪表对涡轮传感器输出的脉冲信号有足够的灵敏度，就要提高信噪比。为此，在安装时应防止各种电干扰现象，即电磁感应，静电及电容耦合。所以，在配置信号传输线时，必须注意如下几点:1)限制信号线的最大长度。信号线的最大长度为L=d V;其中，V为在最小流量时传感线圈的输出电压有效值; d为系数，其值可取:V1000mV时，d =1. 0; 1000 mV d5000mV时，d=2. 0。2)信号传输线应采用屏蔽电缆，以防来自外部的感应噪声。要求传输电缆在显示仪表端屏蔽接地。传输电缆不能靠近强电磁设备，不允许与动力线平行布置。6.4运转维护1)当涡轮流量计的管道需要清洗时，必须先开旁路，清洗液体不能通过流量计。2)管道系统启动时必须先开旁路，以防止流速突然增加，引起涡轮转速过大而损坏. 3)涡轮流量计轴承应定期更换，一般可根据小流量特性变化来观察其轴承的磨损情况。7、 常见故障及处理方法 故障现象可能原因消除方法流体正常流动时无显示，总量计数器字数不增加1) 检查电源线、保险丝、功能选择开关和信号线有无断路或接触小良2) 检查显示仪内部印刷板，接触件等有无接触不良3) 检查检测线圈4)检查传感器内部故障上述1)3)项检查均确认正常或已排除故障，但仍存在故障现象，说明故障在传感器流通通道内部，可检查叶轮是否碰传感器内壁，有无异物卡住，轴和轴承有无杂物卡住或断裂现象1) 用欧姆表排查故障点2) 印刷板故障检查可采用替换“备用版”法，换下故障板再作细致检查3) 做好检测线圈在传感器表体上位置标记，旋下检测头，用铁片在检测头下快速移动，若计数器字数不增加，则应检查线圈有无断线和焊点脱焊4)去除异物，并清洗或更换损坏零件，复原后气吹或手拨动叶轮，应无摩擦声，更换轴承等零件后应重新校验，求得新的仪表系数未作减小流量操作，但流量显示却逐渐下降按下列顺序检查:1)过滤器是否堵塞，若过滤器压差增大，说明杂物已堵塞2) 流量传感器管段上的阀门出现阀芯松动，阀门开度自动减少3)传感器叶轮受杂物阻碍或轴承间隙进入异物，阻力增加而减速减慢1) 清除过滤器2) 从阀门手轮是否调节有效判断，确认后再修理或更换3)卸下传感器清除，必要时重新校验流体小流动，流量显示不为零，或显示值不稳1)传输线屏蔽接地不良，外界干扰信号混入显示仪输入端2)管道振动，叶轮随之抖动，产生误信号3)截止阀关闭不严泄漏所致，实际上仪表显示泄漏量4)显示仪内部线路板之间或电子元件变质损坏，产生的干扰1) 检查屏蔽层，显示仪端子是否良好接地2) 加固管线，或在传感器前后加装支架防止振动3) 检修或更换阀4)采取“短路法”或逐项逐个检查，判断干扰源，查出故障点显示仪示值与经验评估值差异显著1)传感器流通通道内部故障如受流体腐蚀，磨损严重，杂物阻碍使叶轮旋转失常，仪表系数变化叶片受腐蚀或冲击，顶端变形，影响正常切割磁力线，检测线圈输出信号失常，仪表系数变化;流体温度过高或过低，轴与轴承膨胀或收缩，间隙变化过大导致叶轮旋转失常，仪表系数变化2)传感器背压不足，出现气穴，影响叶轮旋转3)管道流动方面的原因，如未装止回阀出现逆向流动;旁通阀未关严，有泄漏；传感器上游出现较大流速分布畸变(如因上游阀未全开引起的)或出现脉动；液体受温度引起的粘度变化较大等4)显示仪内部故障5)检测器中永磁材料元件时效失磁，磁性减弱到一定程度也会影响测量值6)传感器流过的实际流量已超出该传感器规定的流量范围1)-4)查出故障原因，针对具体原因寻找对策5)更换失磁元件6)更换合适的传感器八、结束语目前，涡轮流量计的种类很多，应用也很广泛，在流量侧量方面发挥着越来越重要的作用，而且其技术更洲良快，不断有新型的涡轮流量计推向市场，走向用户。涡轮流量计在以下一些测量对象获得广泛应用:石油、有机液体、液化气、天然气和低温流体等.在欧洲和美国，涡轮流量计在用量