轻松了解涡轮流量计原理、选型、安装与维护

2020-09-11 17:22

涡轮流量计是当前应用较多的流量计种类之一。

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这种流量计的优点,可以说非常的多:

体积小

重量轻

准确度高(可以当作计量标准仪表)

反应时间快(可达到毫秒级)

量程比宽(一般为10:1)

压力损失小

适用工作流体温度高

输出为脉冲信号不易受到干扰

可以长距离传输便于各种参数处理等等

正是基于上述这些优点,涡轮流量计目前正广泛应用于石化、冶金、燃气等行业。

看到如此优秀的流量计,是否想深入的了解一下呢?现在仪控君就带你了解一下这种流量计的方方面面。


涡轮流量计原理

下图就是一款涡轮流量计的透视图,可以看到流量计的管道中心安放了一个涡轮,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,使涡轮克服摩擦力和流体阻力,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。涡轮的转速通过传感器进行检测,并通过后续信号调理电路对信号进行放大、滤波、整形,产生于脉冲成正比的脉冲信号。处理器通过对脉冲信号的处理,得到瞬时的流量值。

涡轮流量计在工作时是这样的:

注意:虽然涡轮流量计与涡街流量计、旋进旋涡流量计都有“涡”字,但原理差别很大!

这个是涡街流量计(忘记涡街流量计原理可以点这里复习)

 这个是旋进旋涡流量计

涡轮流量计的结构

根据上述涡轮流量计原理,这种流量计的结构可分以下几个部分:

1.涡轮

涡轮又称叶轮,大多由导磁不锈钢材料制成,有直板叶片、螺旋叶片等多种,可用嵌有许多导磁体的多孔护罩环来增加一定数量叶片涡轮旋转的频率。涡轮由轴承支撑,与壳体同轴,其叶片数量视口径大小而定。叶轮几何形状及尺寸对传感器能有较大影响,要根据流体性质、流量范围、使用要求等设计。叶轮的动平衡很重要,直接影响仪表性能和使用寿命。

2.轴与轴承

用于支撑叶轮旋转,需要有足够的刚度、强度和硬度、耐磨性、耐腐蚀性等。它决定着传感器的可靠性和使用期限。传感器实效通常是由轴与轴承引起的,因此起结构及材料的选用和维护非常重要。

3.整流器

也叫导向体,在流量计进出口装有导向体,对流体起导向整流以及支撑叶轮的作用。通常选用不导磁材料制成。

4.信号检测传感器

传感器的主要作用是把转动的信号转换为电信号。国内常用变磁阻式,输出信号有效值在10mV以上,配放大器可输出伏级信号。

5.壳体

壳体起到承受被测流体的压力、固定安装检测部件、连接管道的作用。壳体采用不导磁材料制成。

6.显示器

显示器为涡轮流量计接受输出信号的装置。在流量计运行的过程中,瞬时流量、累计流量、仪表系数都可以在显示器向显示出来。


涡轮流量计的选型

在实际的流量计选择应用中,要尽量选择合适的流量计,既要避免资源浪费造成的过度花费,又要避免选择不合适的流量计影响测量的精度。用户在选择流量计之前应首先估计管线输送介质的量和介质可能达到的温度和压力范围,估算出输送介质的最高和最低的工况流量,正确选择规格合适的流量计。选择涡轮流量计的总体原则是:尽量使流量计在最大流量的20%~90%的范围内运行,这样流量计的最佳计量性能及测量精度也是最高的。


涡轮流量计的安装

涡轮流量计在工艺管道上安装时,需要注意以下几点:

1.涡轮流量计应水平安装,流体流向必须和箭头指向一致,安装处的环境温度为20—120℃,相对湿度不超过80%。

2.和涡轮流量计相连接的前后管道的内径应与流量计口径一致。流量计前直管段长度应大于20倍管道直径,流量计后直管段长度应大于15倍管道直径。

3.为了消除杂质,流量计前应装有过滤器。为了减少由管道上游带来的旋回流的干扰及减小流量计前后所需的直管段长度,需要安装整流器。凡测易气化的液体时,应安装消气器,以消除管道内气体,提高测量精确度,延长流量计使用的生命周期。

4.工艺管道中心和流量计中心保持一致。管道和流量计连接处不得有凸出物伸人管道内,以免改变管道截面和流量计进口流场分布。

5.为了减少来自上游的流场干扰,控制阀应置于流量计下游侧,以利于流量的平稳控制。单独设置的压力表可设置在流量计的进口或出口处;单独设置的温度计应设置在流量计的下游处。

6.在测量单向流体流量的场合,应在流量计的下游处设置单向阀,以防止因流体的反冲现象而影响流量计特性。

7.在流量计安装过程中,应尽量减小应力,以避免由于安装应力所引起的变形和热胀冷缩所引起的畸变。

8.在可能的条件下,应设置旁路管道。这样既可在启动时起保护作用,又可以在维修时不影响流体的正常输送。

9.对不带前置放大器的流量计,其流量计和前置放大器之间的间距不得超过3~5m,应该采用屏蔽电缆将流量计的输出信号传送至前置放大器的输入端。对带前置放大器的流量计,应采用四芯屏蔽电缆,将其输出信号传输到流量指示积算仪。

10.应保证流量计有良好的接地,以保证流量计的正常工作和安全运行。

11.安装流量计前,应将管道内铁屑、焊渣和杂物消除干净。启动仪表前,应排除管道内气体。启动仪表时,管路阀门不宜开得过大过快,应避免过载流量流经流量计而使仪表受损。

12.智能式流量指示积算显示仪表应水平放置或水平安装在仪表屏上,安装高度应以读数和操作方便为准,一般为1.5m左右


影响涡轮流量计精度的因素

1.漩涡流动

漩涡流动会直接影响涡轮流量计叶片的受力情况,进而对测量精度产生影响。涡轮流量计上游直管段越长,漩涡流动对仪表常数影响就越小,因此,在安装涡轮流量计时,增加其上游直管段长度以削弱漩涡流动对涡轮流量计精度的影响是有益的。

2.脉动流

脉动流指流体在测量区域流速是时间的函数。但在一个足够长的时间段内有一个恒定的平均值。入口脉动流会导致涡轮流量计测量结果出现正误差,即测量值与真值相比偏大;当入口脉动流的脉动频率小于涡轮流量计叶轮角频率时,涡轮流量计测量结果接近真实值,入口脉动流所引起的测量误差很小:当入口脉动流的脉动频率大于涡轮流量计叶轮角频率时.入口脉动流所引起的测量误差则较大。

3.黏度

涡轮流量计在使用过程中,当被测流体黏度与标定流体黏度不相同时,也会引起误差。通过研究发现,尽管被测流体黏度变化极其微小,但涡轮流量计的性能却会发生很大变化。

虽然国内外学者展开了大量研究,但目前仍然没有一套详细完整的理论可以描述被测流体黏度变化对涡轮流量计特性的影响规律。已有研究得到的被测流体黏度变化影响涡轮流量计特性的重要结论如下:被测流体黏度会影响流体进入涡轮流量计叶轮之前的速度剖面,从而影响涡轮流量计的特性;被测流体黏度对涡轮流量计叶轮前流体轴向流速分布有影响.从而影响涡轮流量计的特性:在测量低黏度流体时,主要是涡轮流量计上游流体速度剖面的变化对仪表常数产生影响;在测量高黏度流体时,由被测流体黏度和涡轮流量计叶轮阻碍作用而引起的叶轮前流体轴向流速的重新分布对仪表常数的影响.比涡轮流量计上游流体速度剖面变化对仪表常数的影响更大


运行与维护

1.在需要清洗工艺管道时,清洗液体不能直接通过流量计。应该打开旁路阀,让清洗液体流经旁路管线来完成工艺管道清洗工作。

2.管道系统启动时应当先开旁路管线,以防止因流速突然增加使涡轮因转速过大而损坏流量计。

3.在使用涡轮流量计之前,应该仔细阅读产品使用说明书,以保证对仪表事先有全面的了解。

4.要求被测介质洁净,以减少轴承磨损。尽管在流量计前加装了过滤器,但仍有杂质进入表内而造成磨损,为此需定期检修,一旦有卡阻现象应立即清洗,以确保计量结果的准确性。

5.工艺介质的密度和黏度变化对仪表测量结果有影响。当测量液体介质流量时,其温度与压力的变化对其密度影响很小,一般可忽略不计;但当测量气体介质流量时,其温度、压力改变后对气体的密度影响很大,这时需对其介质的密度进行温、压补偿,以实现被测介质流量的准确检测或计量。除关注被测介质的密度变化对仪表测量结果的影响外,还应注意被测介质黏度的变化。当被测介质黏度的变化较大时,应将流量计予以重新标定后方可使用。

6.涡轮流量计不能垂直安装。当测量管道有弯曲现象时,将会引起流体的旋转,影响涡轮转数改变,使仪表的测量误差增大。