1.1渦(wō)輪流量(liàng)計工(gōng)作(zuò)原理
渦(wō)輪流量計
是一種速(sù)度(dù)式流量(liàng)計，其工(gōng)作(zuò)原理(lǐ)是根(gēn)據置于流(liú)體中的葉(yè)輪的(de)旋轉角(jiǎo)速(sù)度與流體流速(sù)成正比，通過測量葉(yè)輪的(de)旋轉(zhuǎn)角速(sù)度得到被(bèi)測流(liú)體的流速，從而(ér)得到(dào)管道内的(de)流量(liàng)值[27]。整(zhěng)個儀(yí)表由殼(ké)體、導向(xiàng)體（疏流器）、葉輪、軸、軸承及信号(hào)檢測(cè)器(qì)等組成(chéng)。流(liú)量(liàng)計内部結(jié)構如圖2-2所示。
渦輪流(liú)量計(jì)在管道中(zhōng)心安放一個渦(wō)輪，兩端由軸(zhóu)承(chéng)支撐。當流(liú)體進入流量計時，首(shǒu)先要經過(guò)渦輪(lún)流(liú)量計内部特(tè)殊結構(gòu)的前導(dǎo)流體并加速。在(zài)流體的作用下(xià)，渦輪葉片(piàn)會與(yǔ)流體流(liú)向(xiàng)形成(chéng)一定(dìng)角度(dù)，這(zhè)個(gè)時候渦(wō)輪就會(huì)産生(shēng)轉動(dòng)力矩(jǔ)，這個轉動力矩(jǔ)需要克服阻力(lì)力矩和(hé)摩擦力(lì)矩之(zhī)後(hòu)才(cái)能帶(dài)動渦輪(lún)開始轉動。當(dāng)轉動力矩(jǔ)、阻力(lì)力矩和摩(mó)擦力矩達(dá)到平(píng)衡時(shí)，渦(wō)輪的轉(zhuǎn)速就會(huì)恒定[27]。而(ér)且渦輪轉(zhuǎn)動速度(dù)與流量成線(xiàn)性關系。葉輪的轉速(sù)經一副齒(chǐ)輪減(jiǎn)速(sù)，同時由(yóu)一個密封(fēng)的磁(cí)性(xìng)耦合器(qì)件将(jiāng)轉動的趨勢(shì)傳(chuán)到儀表(biǎo)外(wài)部的機械式(shì)計數器(qì)。利用(yòng)電磁感應(yīng)原理，通過旋轉(zhuǎn)的渦輪葉(yè)片(piàn)頂端導磁(cí)體周期(qī)性地改變(biàn)磁阻(zǔ)，将檢(jiǎn)測線圈檢(jiǎn)測(cè)到的磁(cí)通周(zhōu)期變(biàn)化(huà)信号(hào)送(sòng)入前置放(fàng)大器(qì)，經過放大、整形(xíng)，産生與(yǔ)流(liú)速成正比(bǐ)的(de)脈沖信(xìn)号，送入(rù)單位與(yǔ)流量積算(suàn)電路(lù)，得到并(bìng)顯示累(lèi)積流量(liàng)值；同時(shí)将脈沖信号送入頻(pín)率-電流轉換電路，轉(zhuǎn)換成(chéng)模拟電(diàn)流，進而(ér)指示(shì)瞬時(shí)流量值。
渦(wō)輪流量計(jì)的流量方(fāng)程(chéng)爲(wèi)
qv=f/k（2-1）
公式(shì)（2-1）中，qv爲體積(jī)流量，單(dān)位m3/h。f爲流(liú)量計輸(shū)出信号(hào)的頻率，單(dān)位hz。k爲(wèi)流量計的儀表(biǎo)系數，單位(wèi)脈沖(chòng)數/m3。
渦輪流量計(jì)流量特(tè)性曲線(xiàn)如圖(tú)2-1所(suǒ)示[7]。從特(tè)性曲線可(kě)以看(kàn)出，當流量(liàng)計從(cóng)零開始(shǐ)增(zēng)大時，葉輪(lún)必(bì)須先克服(fú)軸與軸承之間産生(shēng)的靜(jìng)摩(mó)擦力矩(jǔ)後(hòu)才開(kāi)始旋轉，極小量的流(liú)體通過渦輪流量(liàng)計時，渦(wō)輪并不轉動(dòng)，隻(zhī)有當(dāng)流量大于(yú)某一(yī)最小值時(shí)，這一(yī)最小流量(liàng)值與流(liú)體(tǐ)的密(mì)度成(chéng)平(píng)方根關(guān)系，所(suǒ)以它對密度較大的(de)流體(tǐ)靈敏(mǐn)度較(jiào)好，在流量計較小時(shí)，流量特性變化很大，主要(yào)收粘(zhān)滞性摩(mó)擦力矩影響。
當流量大(dà)于某一數值後(hòu)，流量與轉數才(cái)近似線性關系(xì)，這就(jiù)是渦輪流量計的工作區(qū)域。
由于軸承壽(shòu)命、葉(yè)輪強度(dù)和(hé)壓損等消(xiāo)極的(de)制約，渦輪(lún)不能(néng)轉動(dòng)太快，因此(cǐ)渦(wō)輪流(liú)量(liàng)計和其他流量計(jì)一(yī)樣，存在(zài)測(cè)量的(de)上下限(xiàn)。
1.2渦輪流(liú)量計優缺點
渦(wō)輪流(liú)量計在石油化工、有機液體、無(wú)機液(yè)、液化(huà)氣、天然氣和低(dī)溫流(liú)體中有着廣泛的(de)應(yīng)用，在(zài)使用量(liàng)上是僅(jǐn)次于孔(kǒng)闆流量(liàng)計的計量儀表(biǎo)。
（一）渦輪流(liú)量計(jì)的優點
（1）高(gāo)精度
對于液體一般(bān)爲±0.25%~±0.5%，高(gāo)精(jīng)度型可達到±0.15%；當介(jiè)質爲(wèi)氣體(tǐ)時，一(yī)般(bān)爲(wèi)±1.5%，特殊專用型爲(wèi)±0.5%~1%，在所用流量計(jì)中，渦輪流量計(jì)屬于(yú)最精确的(de)。
（2）重複(fú)性好
短期(qī)重複性可(kě)達0.05%~0.2%，正(zhèng)是由于其具有(yǒu)良好的(de)重複性(xìng)，如經(jīng)常校(xiào)準或(huò)在線校準可得(dé)極高的(de)精确度(dù)，使其(qí)成爲在貿(mào)易結算計(jì)量的優秀解決(jué)方案(àn)之一。
（3）測量(liàng)範圍寬
中大口徑可(kě)達40:1~10:1，小口徑爲6:1或5:1。
（4）輸出(chū)脈沖(chòng)頻率(lǜ)信(xìn)号(hào)
适于(yú)總量(liàng)計量(liàng)及計(jì)算機(jī)連接，無零點漂移，抗幹(gàn)擾能力強。可獲(huò)得(dé)很高(gāo)的頻率信号（3~4hz），信(xìn)号分辨率強[23]。
（5）适(shì)用于(yú)高(gāo)壓測量(liàng)
儀表表(biǎo)體不必(bì)開孔(kǒng)，易制成高(gāo)壓型儀表。
（6）結構類型多，可适應(yīng)各種測(cè)量(liàng)對象的需要(yào)。
（二(èr)）渦輪(lún)流量計的缺點(diǎn)
（1）難以長(zhǎng)期保持(chí)校準特性，需要定期(qī)校驗(yàn)。對于(yú)無潤(rùn)滑性的液體，液(yè)體(tǐ)中含有懸浮物或具有(yǒu)腐蝕性時，容易(yì)造成軸(zhóu)承(chéng)磨損(sǔn)及卡住等問題(tí)，限制了其(qí)使用(yòng)範圍(wéi)，特殊(shū)工況(kuàng)需要采(cǎi)用耐磨(mó)硬質合金軸和(hé)軸承。有貿易儲運和高精度測量要(yào)求(qiú)時(shí)，最好配備現場校驗(yàn)設備，可定期校準以保持其特(tè)性。
（2）不适用(yòng)于較(jiào)高粘(zhān)度(dù)介質（高(gāo)粘度型(xíng)除(chú)外(wài)），随着粘度的增大(dà)，流量計測量下(xià)限值(zhí)提高，測量(liàng)範(fàn)圍縮小，線性(xìng)度變差。
（3）流體物性（密(mì)度(dù)、粘度）對(duì)儀表特性影響(xiǎng)較大(dà)。氣體渦輪(lún)流(liú)量(liàng)計易(yì)受到(dào)密度的(de)影響，而(ér)液體渦(wō)輪流量計對粘度變化(huà)的反應(yīng)敏感。由于密度和粘度(dù)與溫(wēn)度(dù)、壓力關(guān)系密切，在(zài)現場溫度(dù)、壓力波動(dòng)較大(dà)的情(qíng)況下，要(yào)根(gēn)據它們對(duì)精确度影響(xiǎng)的程度(dù)采取(qǔ)補償(cháng)措施，才能(néng)使流(liú)量計保持(chí)在較(jiào)高(gāo)的精度。
（4）流量(liàng)計受到來自流(liú)速分布畸變和(hé)旋轉(zhuǎn)流(liú)的影響較大(dà)，一次表上下遊(yóu)都需設置(zhì)較長的直(zhí)管(guǎn)段，安裝(zhuāng)空間要求(qiú)嚴格(gé)。
（5）對(duì)被測介(jiè)質的(de)潔淨度要求(qiú)較高，限制了其适用領域(yù)，雖(suī)然可以通(tōng)過安(ān)裝過濾器(qì)以适(shì)應髒污介質，但(dàn)亦帶(dài)來壓損增(zēng)大、維護(hù)量增大(dà)等一系(xì)列(liè)問題(tí)，因此在(zài)由于潔(jié)淨度(dù)較差的流(liú)體測量時要謹(jǐn)慎使用。
（6）小口徑（2”以下）儀表(biǎo)流量(liàng)特性受物性影(yǐng)響嚴重，儀(yí)表性(xìng)能難以提高。
1.3渦(wō)輪流量計安(ān)裝(zhuāng)形式
渦輪(lún)流量計根(gēn)據口(kǒu)徑的不同(tóng)安裝形式分爲法蘭連接(jiē)、螺紋(wén)連接以及(jí)夾裝式連(lián)接三(sān)種安(ān)裝方式。螺(luó)紋連接(jiē)與夾裝(zhuāng)式連(lián)接一般常(cháng)用于(yú)小口(kǒu)徑管(guǎn)線。渦(wō)輪流量計(jì)安裝(zhuāng)時(shí)液體流動方(fāng)向應與傳(chuán)感器外(wài)殼上指示流向的箭頭(tóu)方向一緻(zhì)。典型(xíng)的渦輪流(liú)量計安裝(zhuāng)如圖2-3所示[8]。
液(yè)體渦輪流(liú)量傳感(gǎn)器可水平、垂直(zhí)安裝，垂直安裝(zhuāng)時流體(tǐ)方(fāng)向必(bì)須向上。液體應(yīng)充滿(mǎn)管(guǎn)道，不得(dé)有氣(qì)泡。直(zhí)管段(duàn)内壁(bì)應光(guāng)滑清潔，無凹痕、積垢(gòu)和起皮等缺陷。
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