渦輪流量計(jì)的原理以及安裝使用淺談

何小濤，賈明鑫，張?jiān)蕦帲蘩^鵬，孫偉俊

（海洋石油工程（青島）有限公司，山東青島 266520）

渦輪流量計(jì)的原理以及安裝使用淺談

何小濤，賈明鑫，張?jiān)蕦帲蘩^鵬，孫偉俊

（海洋石油工程（青島）有限公司，山東青島 266520）

渦輪流量計(jì)是石油化工生產(chǎn)行業(yè)中應(yīng)用最廣泛的一種流量測(cè)量產(chǎn)品，本文對(duì)渦輪流量計(jì)的工作原理以及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)進(jìn)行了闡述，并對(duì)渦輪流量計(jì)在工業(yè)生產(chǎn)使用中應(yīng)注意的事項(xiàng)加以說明。

渦輪流量計(jì)；工作原理；應(yīng)用

渦輪流量計(jì)屬于速度式流量計(jì)的常用種類，它是以動(dòng)量矩守恒原理為基礎(chǔ)的。由于它的準(zhǔn)確度高、反應(yīng)快、耐壓高等特點(diǎn)，因而在諸多領(lǐng)域用來計(jì)量液體、氣體和蒸汽的流量。如何用好渦輪流量計(jì)一直是許多用戶非常關(guān)心的問題，因此了解渦輪流量計(jì)的工作原理、結(jié)構(gòu)形式、渦輪流量計(jì)的優(yōu)缺點(diǎn)以及工業(yè)生產(chǎn)中的正確合理安裝使用對(duì)于用戶來說是十分必要的。

1 渦輪流量計(jì)的工作原理

渦輪流量計(jì)的基本結(jié)構(gòu)組成是葉輪、軸承、前置放大器、流量積算儀等。渦輪流量計(jì)的原理如圖1所示。在流體管道中放有一個(gè)葉輪，兩端用軸承固定。渦輪流量計(jì)測(cè)量流體的流量時(shí)，由于葉輪的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，使轉(zhuǎn)速和流速成正比例，確定流體的流動(dòng)速度，得到被測(cè)介質(zhì)的流量數(shù)據(jù)。

圖1 渦輪流量計(jì)原理示意圖

葉輪的轉(zhuǎn)速通過流量計(jì)中的傳感線圈來檢測(cè)。當(dāng)葉輪的葉片高速旋轉(zhuǎn)的過程中，做切割磁力線的運(yùn)行，在磁感應(yīng)線圈內(nèi)產(chǎn)生感應(yīng)電流，形成一個(gè)脈沖電信號(hào)，傳感線圈將此電脈沖信號(hào)送入前置放大器，對(duì)信號(hào)進(jìn)行放大、整形，形成具有一定幅度的連續(xù)的矩形脈沖波，再將此脈沖波送入積算儀進(jìn)行計(jì)算和輸出，得到瞬時(shí)流量和累計(jì)流量的數(shù)值，渦輪流量計(jì)總體原理框用見圖2所示。

圖2 渦輪流量計(jì)總體原理框圖

2 渦輪流量計(jì)的結(jié)構(gòu)形式

渦輪流量計(jì)主要由儀表殼體、導(dǎo)流器、葉輪、軸承、和信號(hào)檢測(cè)放大器等部件組成。

2.1 儀表殼體

儀表殼體一般采用不導(dǎo)磁的不銹鋼制成，直接與管道連接，流體流經(jīng)其中。殼體是渦輪流量計(jì)的外殼，保證流量計(jì)的密閉，殼體必須承受一定的壓力，將整個(gè)流量計(jì)的部件聯(lián)系起來，形成一個(gè)整體的結(jié)構(gòu)。

2.2 導(dǎo)流器

導(dǎo)流器通常也選用不導(dǎo)磁的不銹鋼或硬鋁材料制成，安裝在傳感器進(jìn)出口處，對(duì)流體起著導(dǎo)向整流，保證葉輪的正常旋轉(zhuǎn)，使測(cè)量的流體比較平穩(wěn)，能夠準(zhǔn)確地反應(yīng)流體的流量。

2.3 葉輪

葉輪是旋轉(zhuǎn)部件，上安裝有葉片，一般采用導(dǎo)磁不銹鋼材料制成。葉輪受到管道中被測(cè)流體沖擊而旋轉(zhuǎn)，有良好的導(dǎo)磁性能，葉輪的運(yùn)行狀態(tài)直接影響到被測(cè)的結(jié)果。

2.4 軸和軸承

軸和軸承在渦輪流量計(jì)中，起到支撐的作用，能夠?qū)⑥D(zhuǎn)動(dòng)部件支撐起來，采用優(yōu)質(zhì)的材料制造而成，使其具有一定的強(qiáng)度，避免軸發(fā)生彎曲變形，保證軸承的潤(rùn)滑，更好地支撐流量計(jì)的軸，使轉(zhuǎn)動(dòng)部件能夠正常轉(zhuǎn)動(dòng)起來，才能達(dá)到測(cè)量流量的目的。軸和軸承具有很好的耐磨性能。

2.5 信號(hào)檢測(cè)放大器

信號(hào)檢測(cè)放大器一般采用變磁阻式，它由永久磁鋼導(dǎo)磁棒線圈等組成。它的作用是將葉輪的旋轉(zhuǎn)情況轉(zhuǎn)換為電訊號(hào)出書，由于葉輪的旋轉(zhuǎn)和液體的流量成正比例關(guān)系，因此，信號(hào)檢測(cè)放大器，將輸入的電訊號(hào)進(jìn)行整流、濾波后，輸出到顯示系統(tǒng)，得到被測(cè)介質(zhì)的流量數(shù)值。

3 渦輪流量計(jì)的優(yōu)缺點(diǎn)

渦輪流量計(jì)在工業(yè)生產(chǎn)使用中有很多優(yōu)點(diǎn)，綜合起來一般有以下幾種：

3.1 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，適用范圍廣

渦街流量計(jì)結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，安裝及維護(hù)保養(yǎng)方便，流體流通的順暢，能夠用于各種介質(zhì)的流量測(cè)量，如氣體、液體、蒸汽等。

3.2 重復(fù)性好

渦輪流量計(jì)的重復(fù)性能突出，測(cè)量的精準(zhǔn)程度高，在進(jìn)行貿(mào)易結(jié)算時(shí)，渦流流量計(jì)是最佳的選擇。

3.3 計(jì)量的精確度高

渦輪流量計(jì)進(jìn)行計(jì)量時(shí)，能夠達(dá)到較高的精度等級(jí)，減少測(cè)量的誤差，保證精準(zhǔn)的計(jì)量效果。

（1）輸出脈沖頻率信號(hào)，可獲得很高的頻率信號(hào)，信號(hào)分辨力強(qiáng)；無(wú)零點(diǎn)漂移，抗干擾能力強(qiáng)，使用總量計(jì)量可與計(jì)算機(jī)連接。

（2）渦輪流量計(jì)可以進(jìn)行高壓的測(cè)量，在壓力較高的條件下，能夠正常對(duì)流量進(jìn)行計(jì)量，得到精準(zhǔn)的流量數(shù)據(jù)。

（3）渦流流量計(jì)可以用于制備各種傳感器，如可以進(jìn)行低溫傳感器、井下設(shè)備的傳感器以及混砂專用的傳感器等。

同樣渦輪流量計(jì)也存在一定的缺點(diǎn)和不足，歸納起來，有以下幾種：（1）長(zhǎng)期使用渦輪流量計(jì)，為了達(dá)到精確度，必須進(jìn)行校驗(yàn)，才能正確使用。

（2）不能用于測(cè)量脈動(dòng)的流體，對(duì)混相液流的測(cè)量效果不佳，，測(cè)量結(jié)果的精準(zhǔn)度變差。

（3）氣體流量計(jì)對(duì)密度敏感性強(qiáng)，而液體流量計(jì)對(duì)黏度的變化影響大。

（4）渦輪流量計(jì)測(cè)量時(shí)，流速的變化影響到測(cè)量結(jié)果，旋轉(zhuǎn)的流動(dòng)狀態(tài)也會(huì)導(dǎo)致測(cè)量結(jié)果不準(zhǔn)確。

（5）如果被測(cè)介質(zhì)不清潔，會(huì)影響測(cè)量結(jié)果，通過安裝過濾器除去雜質(zhì)，再進(jìn)行測(cè)量，增加了設(shè)備的投入量，導(dǎo)致流量測(cè)量的成本增大。

（6）小口徑的流量測(cè)量?jī)x表的流量，受到被測(cè)物性的影響非常大。

4 渦輪流量計(jì)的安裝要求及使用

渦輪流量計(jì)的安裝要求比較高，安裝環(huán)境較為苛刻，要想使渦輪流量計(jì)安全有效的運(yùn)行，保證測(cè)量準(zhǔn)確，那么就必須正確的選擇渦輪流量計(jì)的安裝位置以及安裝形式，這樣才能避免和減少誤差和故障的出現(xiàn)。主要包括一下幾個(gè)方面：

1）渦輪流量計(jì)不能在強(qiáng)磁場(chǎng)與強(qiáng)電場(chǎng)以及熱輻射環(huán)境安裝，負(fù)責(zé)將會(huì)產(chǎn)生很大的干擾從而影響其測(cè)量精度

2）渦輪流量計(jì)應(yīng)該水平安裝，盡量不要垂直安裝，在安裝時(shí)前后管道法蘭要水平，流量計(jì)軸線要與管道軸線同心，并且流向要一致。要保證其前后有一定的直管段，一般上游直管段為10倍公稱直徑，下游直管段為5倍公稱直徑。同時(shí)流量計(jì)安裝點(diǎn)的上下游配管的內(nèi)徑要與流量計(jì)內(nèi)徑一致。

3）在渦輪流量計(jì)安裝前，流體管道要清掃，在被測(cè)流體介質(zhì)不潔凈時(shí)，管道還要加裝過濾器，這樣能減少對(duì)軸承的磨損，并防止葉輪被卡住。不允許將過濾器和流量計(jì)直接相連，防止損壞流量計(jì)。

4）在對(duì)渦輪流量計(jì)進(jìn)行檢修時(shí)，只需要切換流程，通過旁接管線將流體導(dǎo)出，合理控制渦輪流量計(jì)的上下游流程，因此，流量計(jì)檢修時(shí)，對(duì)流體沒有影響，能夠正常的通過。

5）渦輪流量計(jì)的電源線應(yīng)采用金屬屏蔽線，同時(shí)接地要良好可靠，不能與強(qiáng)電系統(tǒng)地線共用。

6）渦輪流量計(jì)在安裝以及拆卸時(shí)要保護(hù)好流量計(jì)的磁感應(yīng)部件，不能有任何碰撞。

5 結(jié)束語(yǔ)

隨著自動(dòng)化科技水平的不斷進(jìn)步，智能化儀器儀表越來越受到重視，人們?cè)诠I(yè)生產(chǎn)中也越來越用到更多的智能儀表。渦輪流量計(jì)自診斷功能被引入流量計(jì)中，使得流量?jī)x表不僅僅是簡(jiǎn)單的測(cè)量?jī)x表，更多地是為了系統(tǒng)維護(hù)的目的。同時(shí)在渦輪流量計(jì)中加入了先進(jìn)的現(xiàn)場(chǎng)總線通訊技術(shù)，使得生產(chǎn)人員能夠遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)獲取生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的流量數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)。總之，渦輪流量計(jì)具有壓力損失小、測(cè)量范圍廣、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、維修方便、購(gòu)置價(jià)格低廉，維修保養(yǎng)的費(fèi)用小，測(cè)量流量的范圍寬等優(yōu)點(diǎn)，因而在石油，化工，冶金，城市燃?xì)夤芫W(wǎng)等行業(yè)中具有廣泛的使用價(jià)值。

[1] 樂嘉謙. 儀表工手冊(cè)[M]. 第2 版. 化學(xué)工業(yè)出版社工業(yè)裝備與信息工程出版中心，2004.

[2] 蔡武昌. 流量測(cè)量方法和儀表的選用[M]. 工業(yè)裝備與信息工程出版中心，2001.

The Principle of Turbine Flowmeter and the Use of Installation

He Xiao-tao，Jia Ming-xin，Zhang Yun-ning，Cui Ji-peng，Sun Wei-jun

Turbine flowmeter is one of the most widely used flow measurement products in petrochemical production industry.This paper describes the working principle and structural characteristics of turbine flowmeter，and should pay attention to the use of turbine flowmeter in industrial production To explain.

turbine flowmeter；working principle；application

TH814

B

1003-6490（2017）06-0088-02

2017-05-18

何小濤（1981—），男，陜西興平人，工程師，主要從事儀表設(shè)計(jì)工作。