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涡轮流量计工作原理及选型安装 流量计技术指标

时间:2020-07-30    来源:仪多多仪器网    作者:仪多多商城     
1 涡轮的工作原理

涡轮流量计由涡轮、轴承、前置放大器、显示仪表组成。

涡轮流量计的原理示意图如图3—1所示.在管道中心安放一个涡轮,两端由轴承支撑.当流体通过管道时,冲击涡轮叶片,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.

涡轮的转速通过装在机壳外的传感线圈来检测.当涡轮叶片切割由壳体内永久磁钢产生的磁力线时,就会引起传感线圈中的磁通变化.传感线圈将检测到的磁通周期变化信号送入前置放大器,对信号进行放大、整形,产生与流速成正比的脉冲信号,送入单位换算与流量积算电路得到并显示累积流量值;同时亦将脉冲信号送入频率电流转换电路,将脉冲信号转换成模拟电流量,进而指示瞬时流量值.

涡轮流量计总体原理框用见图3—2所示.

被测流体冲击涡轮叶片,使涡轮旋转,涡轮的转速随流量的变化而变化,即流量大,涡轮的转速也大,再经磁电转换装置把涡轮的转速转换为相应频率的电脉冲,经前置放大器放大后,送入显示仪表进行计数和显示,根据单位时间内的脉冲数和累计脉冲数即可求出瞬时流量和累积流量。

涡轮变送器的工作原理是当流体沿着管道的轴线方向流动,并冲击涡轮叶片时,便有与流量qv、流速V和流体密度ρ乘积成比例的力作用在叶片上,推动涡轮旋转。在涡轮旋转的同时,叶片周期性地切割电磁铁产生的磁力线,改变线圈的磁通量。根据电磁感应原理,在线圈内将感应出脉动的电势信号,此脉动信号的频率与被测流体的流量成正比,即: 其中,qv为流体的体积总量,N为变送器产生的脉动总数;ξ为流量系数。

ξ是涡轮变送器的重要特性参数,不同的仪表有不同的ξ,并随仪表长期使用的磨损情况而变化;其含义是单位体积流量通过变送器时,变送器的输出的脉冲数。

涡轮变送器输出的脉冲信号,经前置于放大器放大后,送入显示仪表,就可以实现流量的测量。

2.涡轮流量计的构造

流体从机壳的进口流入.通过支架将一对袖承固定在管中心轴线上,涡轮安装在轴承上.在涡轮上下游的支架上装有呈辐射形的整流板,以对流体起导向作用,以避免流体自旋而改变对涡轮叶片的作用角度.在涡轮上方机壳外部装有传感线圈,接收磁通变化信号.

下面介绍主要部件.

(1)涡轮

涡轮由导磁不锈钢材料制成,装有螺旋状叶片.叶片数量根据直径变化而不同,2-24片不等.为了使涡轮对流速有很好的响应,要求质量尽可能小.对涡轮叶片结构参数的一般要求为:叶片倾角10°-15°(气体),30°-45°(液体);叶片重叠度P为1—1.2;叶片与内壳间的间隙为0.5—1mm.

(2)轴承

涡轮的轴承一般采用滑动配合的硬质合金轴承,要求耐磨性能好.由于流体通过涡轮时会对涡轮产生一个轴向推力,使铀承的摩擦转矩增大,加速铀承磨损,为了消除轴向力,需在结构上采取水力平衡措施,这方法的原理见图3—3所示.由于涡轮处直径DH略小于前后支架处直径Ds,所以,在涡轮段流通截而扩大,流速降低,使流体静压上升△P,这个△P的静压将起到抵消部分轴向推力的作用.


图3-3 水力平衡原理示意图

(3)前置放大器

前置放大器由磁电感应转换器与放大整形电路两部分组成,示意图见图3—4所示.磁电转换器国内一般采用磁阻式,它由永久磁钢及外部缠绕的感应线圈组成.当流体通过使讽轮旋转的,叶片在永久磁钢正下方时磁阻最小,两叶片空隙在磁钢下方时磁阻最大,涡轮旅转,不断地改变磁路的磁通量,使线圈中产生变化的感应电势,送入放大整形电路,变成脉冲信号.输出脉冲的频率与通过流量计的流量成正比,其比例系数K为

K = f / qv

式中 f――涡轮流量计输出脉冲频率;
qv——通过流量计的流量.

该比例系数亦称为涡轮流量计的仪表系数。


图3-4 涡轮流量计前置放大器原理图

(4)信号接收与显示

信号接收与显示器内系数校正器、加法器和频电转换器等组成,其作用是将从前置放大器送来的脉冲信号变换成累积流量和瞬时流量并显示.

2 涡轮流量计的选型

计本体可以选区用316不锈钢材料以防腐,如是防爆区还必须是防爆结果。

(2)轴承一般有炭化钨,聚四氟乙烯,碳石墨三种规格:碳化钨的精度最高,它作为工业控制的标准件;聚四氟乙烯,碳石墨能防腐,一般在化工场所优先考虑。轴承的寿命流速的平方成正反比,故流速可以的在最大流速的1/3速度比较好。

(3)感应探头是检测转动体的运动并把它转化为脉冲数字电信号,它电磁线圈电压输出值接近正弦曲线,脉冲信号的频率范围随测量的流量大小成线性变化,典型的范围为10:1,25:1 和100:1三种规格。

3涡轮流量计的安装

(1)变送器的电源线采用金属屏蔽线,接地要良好可靠。电源为直流24V,650Ω阻抗。
2)变送器应水平安装,避免垂直安装,并保证其前后有适应的直管段,一般前10D,后5D。
(3)保证流体的流动方向与仪表外壳的箭头方向一致,不得装反。
(4)被测介质对涡轮不能有腐蚀,特别是轴承处,否则应采取措施。
(5)注意对磁感应部分不能碰撞。

4涡轮流量计的组态与校正

标准的标定方法是十点水标定法,但黏度不同标定的值不同,故通常要做黏度标定曲线。

5涡轮流量计的显示仪表

显示仪表的任务是将单位时间输出脉冲数和输出脉冲总数转换成瞬流量和总流量,并显示出来。

由前放大器输出的脉冲信号,其幅值、波形都是不规则的,在进入显示仪表后,先需经整形电路整形成为有规则的具有一定幅值的矩形电脉冲信号民,再经过频率/电流转换电路,将频率信号变为相应的电流信号(4~20mA)再转换能瞬时流量值,总量由转换及积算电路得到。有的显示仪表就地显示,有的送DCS显示。

6注意事项

(1)安装涡轮流量计前,管道要清扫。被测介质不洁净时,要加过滤器。否则涡轮、轴承易被卡住,测不出流量来。

(2)拆装流量计时,对磁感应部分不能碰撞。

(3)投运前先进行仪表系数的设定。仔细检查,确定仪表接线无误,接地良好,方可送电。

(4)安装涡轮流量计时,前后管道法兰要水平,否则管道应力对流量计影响很大。

7发展前景

随着科学的不断发展,当今涡轮变送器已发展成小型化、高集成度的模块,设计,有强大的功能软件,并设有RS232标准计算机通信接口,对维护检修提供了方便。可与DCS连接通信,DCS替代了显示仪表,如HOFFER流量计在工业临近生产过程中更方便实用。

总之,涡轮流量计是一种速度式流量仪表,由于具有测量精度高,反应速度快,测量范围广,价格低廉,安装方便等优点,被广泛应用于化工生产中。

润滑油流量计是速度式流量计中的主要种类,它采用多叶片的转子(rotor)(涡轮)感受流体平均流速,从而且推导出流量或总量的仪表。涡街流量计涡街流量计是根据卡门(Karman)涡街原理(Maxim)研究(research)生产的测量(cè liáng)气体(gases)、蒸汽(steam)或液体的体积(volume)流量、标况的体积流量或质量(Mass)流量的体积流量计。

  主要用于工业管道(Conduit)介质流体的流量测量,如气体、液体、蒸汽等多种介质。涡街流量计其特点是压力(pressure)损失小,量程范围大,精度(***度)高,在测量工况体积流量时几乎不受流体密度(单位:g/cm3或kg/m3)、压力、温度(temperature)、粘度等参数(parameter)的影响。涡街流量计涡街流量计是根据卡门(Karman)涡街原理研究生(Postgraduate)产的测量气体、蒸汽或液体的体积流量、标况的体积流量或质量流量的体积流量计。主要用于工业管道介质流体的流量测量,如气体、液体、蒸汽等多种介质。无可动机械(machinery)零件,因此可靠性高,维护(Maintain)量小。仪表参数能长期稳定(解释:稳固安定;没有变动)。涡街流量计采用压电应力式传感器(transducer),可靠性高,可在-20℃~+250℃的工作(job)温度范围内工作。有模拟(定义:对真实事物或者过程的虚拟)标准信号,也有数字脉冲信号输出,容易与计算(calculate )机等数字系统配套使用,是一种比较先进、理想的测量仪器(appliance)。

  一般它由传感器和显示仪两部分组成,也可做成整体式。涡街流量计其特点是压力损失小,量程范围大,精度高,在测量工况体积流量时几乎不受流体密度、压力、温度、粘度等参数的影响。无可动机械零件,因此可靠性高,维护量小。仪表参数能长期稳定。涡街流量计采用压电应力式传感器,可靠性高,可在-20℃~+250℃的工作温度范围内工作。有模拟标准信号,也有数字脉冲信号输出,容易与计算机等数字系统配套使用,是一种比较先进、理想的测量仪器。

       润滑油流量计和容积(volume)式流量计、科里奥利质量流量计称为流量计中三类重复性、精度的产品,作为十大类型流量计之一,其产品已发展为多品种、多系列批量生产的规模。涡街流量计其特点是压力损失小,量程范围大,精度高,在测量工况体积流量时几乎不受流体密度、压力、温度、粘度等参数的影响。无可动机械零件,因此可靠性高,维护量小。仪表参数能长期稳定。涡街流量计采用压电应力式传感器,可靠性高,可在-20℃~+250℃的工作温度范围内工作。有模拟标准信号,也有数字脉冲信号输出,容易与计算机等数字系统配套使用,是一种比较先进、理想的测量仪器。

应用概况:

       润滑油流量计在以下一些测量对象获得广泛应用:石油(petroleum)、有机液体、无机液、液化气、天然(natural)气和低温流体统在欧洲和美国,涡轮流量计在用量上是仅次于孔板流量计的天然计量仪表,仅荷兰在天然气管线上就采用了2600多台各种尺寸,压力从0.8~6.5MPa的气体涡轮流量计,它们已成为优良的天然气计量仪表。
涡轮流量计优点:
  (1)高精度,在所有流量计中,属于***的流量计;
  (2)重复性好;
  (3)元零点漂移,抗干扰能力好;
  (4)范围度宽;
  (5)结构(Structure)紧凑。
涡轮流量计缺点:
  (1)不能长期保持校准特性(characteristic]);
  (2)流体物性对流量特性有较大影响。

  润滑油流量计对安装环境要求:

  1.尽可能避开强电设备(shèbèi)、高频(InductionHeating)设备、强开关电源(powersupply)设备。

  涡街流量计其特点是压力(pressure)损失(loss)小,量程范围(fànwéi)大,精度(***度)高,在测量工况体积流量时几乎不受流体密度(单位:g/cm3或kg/m3)、压力、温度(temperature)、粘度等参数(parameter)的影响。

  无可动机械(machinery)零件,因此可靠性高,维护(Maintain)量小。仪表参数能长期稳定。涡街流量计采用压电应力式传感器,可靠性高,可在-20℃~+250℃的工作温度范围内工作。有模拟标准信号,也有数字脉冲信号输出,容易与计算机等数字系统(system)配套使用(use),是一种比较先进、理想的测量仪器(appliance)。涡街流量计涡街流量计是根据卡门(Karman)涡街原理(Maxim)研究(research)生产(Produce)的测量气体(gases)、蒸汽(steam)或液体的体积流量、标况的体积流量或质量(Mass)流量的体积流量计。

  涡街流量计其特点是压力损失小,量程范围大,精度高,在测量工况体积流量时几乎不受流体密度、压力、温度、粘度等参数的影响。无可动机械零件,因此可靠性高,维护量小。仪表参数能长期稳定。涡街流量计采用压电应力式传感器,可靠性高,可在-20℃~+250℃的工作温度范围内工作。有模拟标准信号,也有数字脉冲信号输出,容易与计算机等数字系统配套使用,是一种比较先进、理想的测量仪器。

  主要用于工业管道(Conduit)介质流体的流量测量,如气体、液体、蒸汽等多种介质。仪表的供电电源尽可能与这些设备分离。涡街流量计涡街流量计是根据卡门(Karman)涡街原理研究生产的测量气体、蒸汽或液体的体积流量、标况的体积流量或质量流量的体积流量计。主要用于工业管道介质流体的流量测量,如气体、液体、蒸汽等多种介质。

  2.避开高温(hightemperature)热源和辐射源的直接影响。涡街流量计涡街流量计是根据卡门(Karman)涡街原理研究生产的测量气体、蒸汽或液体的体积流量、标况的体积流量或质量流量的体积流量计。主要用于工业管道介质流体的流量测量,如气体、液体、蒸汽等多种介质。若必须安装,须有隔热(Insulation)通风措施(指针对问题的解决办法)。

  3.避开高湿环境和强腐蚀气体环境。若必须安装,须有通风措施。

  4.涡街流量计应尽量避免安装在振动(vibration)较强的管道上。若必须安装,须在其上下游(比喻落后的地位)2D处加设管道紧固装置(device),并加防振垫,加强抗振效果(effect)。

  5.仪表***安装在室内(indoor),安装在室外应注意防水,特别注意在电气接口处应将电缆线弯成U形,避免水顺着电缆线进入放大器壳内。

  6.仪表安装点周围应该留有较充裕的空间,以便安装接线和定期维护。

电磁流量计使用中常遇到的故障,第一类一般为仪表本身的故障,即仪表结构件或元器件损坏引起的故障;第二类则是由外界原因引起造成的。如安装不妥流动畸变,沉积和结垢等。这里重点讨论的是应用方面和上述第二类外界原因的故障。

按照故障发生时期分类,可分为:①运行期故障;②调试期故障。调试期故障出现在新装用后调试初期,主要原因是仪表选用或设定不当,安装不妥等。运行期故障足在运行一段时期后出现,主要原因有流体中杂质附着电极衬里,环境条件变化出现新干扰源等。

按故障外界源头分析来自3个方面:①管道系统和安装等方面引起的;②环境方面引起的;③流体方面引起的。来源①主要在调试期表现出来;来源②和③则在调试期和运行期均会出现。

一、运行期故障

经初期调试并正常运行一段时期后在运行期间出现的故障,常见故障原因有:流量传感器内壁附着层,雷电击,环境条件变化。

1、内壁附着层

由于电磁流量计测量含有悬浮固相或污脏体的机会远比其他流量仪表多,出现内壁附着层产生的故障概率也就相对较高。若附着层电导率与液体电导率相近,仪表还能正常输出信号,只是改变流通面积,形成测量误差的隐性故障;若是高电导率附着层,电极间电动势将被短路;若是绝缘性附着层,电极表面被绝缘而断开测量电路。后两种现象均会使仪表无法工作。

2、雷电击

雷电击在线路中感应瞬时高电压和浪涌电流,进入仪表就会损坏仪表。雷电击损仪表有3条引入途径:电源线,传感器勺转换器间的流量信号线和激磁线。然而从雷电故障中损坏零部件的分析,引起故障的感应高电压和浪涌电流大部分足从控制室电源线路引入的,其他两条途径较少。还从发生雷击事故现场了解到,不仅电磁流量计出现故障,控制室中其他仪表电常常同时出现雷击事故。因此使用单位要认识设置控制室仪表电源线防雷设施的重要性。现任已有若于设计单位队识和探索解决这一问题。

3、环境条件变化

主要原因同上节调试期故障环境方面,只是干扰源不在调试期出现而在运行期间再介入的。例如一台接地保护并不理想的电磁流量计,调试期因无厂扰源,仪表运行正常,然而在运行期出现新干扰源(例如测量点附近管道或较远处实施管道电焊)干扰仪表正常运行,出现输出信号大幅度波动。

二、调试期故障

本类故障在电磁流量计初始装用调试时就出现,但一经改进排除故障,以后在相同条件下一般就不会再度出现。常见调试期故障主要有安装不妥、环境干扰、流体特性影响三方面原因。

1、管道系统和安装等方面

通常是电磁流量传感器安装位置不正确引起的故障,常见的例如将流量传感器安装在易积聚潴留气体的管网高点;流量传感器后无背压,液体迳直排人大气,形成其测量管内非满管;装在自上向下流的垂直管道上,可能出现排空等,明渠流量计的安装比较特殊,由于是潜与水下,所以要保证无浮动。

2、环境方面

主要是管道杂散电流干扰,空间电磁波干扰,大电机磁场干扰等。管道杂散电流干扰通常采取良好单独接地保护可获得满意测量,但如遇管道有强杂散电流(如电解车间管道)亦不一定能克服,须采取流量传感器与管道缘绝的措施。空间电磁波干扰-般经信号电缆引入,通常采用单层或多层屏蔽予以保护,但也曾遇到屏蔽保护还不能克服。

3、流体方面

液体含有均匀分布细小气泡通常不影响正常测量,唯所测得体积流量是液体和气体两者之和;气泡增大会使输出信号波动,若气泡大到流过电极遮盖整个电极表面,使电极信号回路瞬时断开,输出信号将产生更大波动。

低频(50/16Hz-50/6Hz)矩形波激磁电磁流量计测量液体中含有固体超过一定含量时将产生浆液噪声,输出信号亦会有一定程度波动。

两种或两种以上液体作管道混合工艺时,若两种液体电导率(或各自与电极间电位)有差异,在混合未均匀前即进入流量传感器进行流量测量,输出信号亦会产生波动。

电极材质与被测介质选配不善,产生钝化或氧化等化学作用,电极表面形成绝缘膜,以及电化学和极化现象等,均会妨碍正常测量。

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