液體渦輪流量計(jì)

　  （以下簡(jiǎn)稱TUF）是葉輪式流量（流速）計(jì)的主要品種，葉輪式流量計(jì)還有風(fēng)速計(jì)、水表等。TUF由傳感器和轉(zhuǎn)換顯示儀組成，傳感器采用多葉片的轉(zhuǎn)子感受流體的平均流速，從而推導(dǎo)出流量或總量。轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速（或轉(zhuǎn)數(shù)）可用機(jī)械、磁感應(yīng)、光電方式檢出并由讀出裝置進(jìn)行顯示和傳送記錄。如今，渦輪流量計(jì)已在石油、化工、科研、國(guó)防、計(jì)量各部門中獲得廣泛應(yīng)用。

    流量計(jì)中TUF、容積式流量計(jì)和科氏質(zhì)量流量計(jì)是三類重復(fù)性、精確度的產(chǎn)品，而TUF又具有自己的特點(diǎn)，如結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、加工零部件少、重量輕、維修方便、流通能力大和可適應(yīng)高參數(shù)等，是其他兩類流量計(jì)是難以達(dá)到的。

    是吸取了流量?jī)x表技術(shù)經(jīng)過優(yōu)化設(shè)計(jì)，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、輕巧、精度高、復(fù)現(xiàn)性好、反應(yīng)靈敏，安裝維護(hù)使用方便等特點(diǎn)的新一代渦輪流量計(jì)，廣泛用于測(cè)量封閉管道中與不銹鋼1Cr18Ni9Ti、2Cr13及剛玉Al2O3、硬質(zhì)合金不起腐蝕作用，且無纖維、顆粒等雜質(zhì)，工作溫度下運(yùn)動(dòng)粘度小于5×10-6m2/s的液體，對(duì)于運(yùn)動(dòng)粘度大于5×10-6m2/s的液體，可對(duì)流量計(jì)進(jìn)行實(shí)液標(biāo)定后使用。若與具有特殊功能的顯示儀表配套，還可以進(jìn)行定量控制、超量報(bào)警等，是流量計(jì)量和節(jié)能的理想儀表。

二、工作原理

    圖1所示為結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖，由圖可見，當(dāng)被測(cè)流體流過傳感器時(shí)，在流體作用下，葉輪受力旋轉(zhuǎn)，其轉(zhuǎn)速與管道平均流速成正比，葉輪的轉(zhuǎn)動(dòng)周期地改變磁電轉(zhuǎn)換器的磁阻值。檢測(cè)線圈中的磁通隨之發(fā)生周期性變化，產(chǎn)生周期性的感應(yīng)電勢(shì)，即電脈沖信號(hào)，經(jīng)放大器放大后，送至顯示儀表顯示。

渦輪流量計(jì)的流量方程可分為兩種：實(shí)用流量方程和理論流量方程。

（1）       實(shí)用流量方程

qv=f/K               公式1

qm=qvρ              公式2

式中   qv, qm ……分別為體積流量，m3/s，質(zhì)量流量，kg/s;

           f ……流量計(jì)輸出信號(hào)的頻率，Hz;

           K ……流量計(jì)的儀表系數(shù)，P/m3。

   流量計(jì)的系數(shù)與流量（或管道雷諾數(shù)）的關(guān)系曲線如圖2所示。由圖可見，儀表系數(shù)可分為二段，即線性段和非線性段。線性段約為其工作段的三分之二，其特性與傳感器結(jié)構(gòu)尺寸及流體粘性有關(guān)。在非線性段，特性受軸承摩擦力，流體粘性阻力影響較大。當(dāng)流量低于傳感器流量下，儀表系數(shù)隨著流量迅速變化。壓力損失與流量近似為平方關(guān)系。當(dāng)流量超過流量上要注意防止空穴現(xiàn)象。結(jié)構(gòu)相似的TUF特性曲線的形狀是相似的，它僅在系統(tǒng)誤差水平方面有所不同。

    圖2  渦輪流量計(jì)特性曲線

    傳感器的儀表系數(shù)由流量校驗(yàn)裝置校驗(yàn)得出，它不問傳感器內(nèi)部流體機(jī)理，把傳感器作為一個(gè)黑匣子，根據(jù)輸入（流量）和輸出（頻率脈沖信號(hào)）確定其轉(zhuǎn)換系數(shù)，它便于實(shí)際應(yīng)用。但要注意，此轉(zhuǎn)換系數(shù)（儀表系數(shù)）是有條件的，其校驗(yàn)條件是參考條件，如果使用時(shí)偏離此條件系數(shù)將發(fā)生變化，變化的情況視傳感器類型，管道安裝條件和流體物性參數(shù)的情況而定。

（2）理論流量方程

根據(jù)動(dòng)量矩定理可以列出葉輪的運(yùn)動(dòng)方程

     公式3

式中     J：葉輪的慣性矩；

     dw/dt：葉輪的旋轉(zhuǎn)加速度；

M1：流體的驅(qū)動(dòng)力拒；

M2：粘性阻力矩；

M3：軸承摩擦阻力矩；

M4：磁阻力矩。

當(dāng)葉輪以恒速旋轉(zhuǎn)時(shí)， 0，則M1=M2+M3+M4。經(jīng)理論分析與實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證可得

               公式4

式中   n：葉輪轉(zhuǎn)速；

qv：體積流量；

A：與流體物性（密度、粘度等），葉輪結(jié)構(gòu)參數(shù)（葉片傾角、葉輪直徑、

流道截面積等）有關(guān)的系數(shù)；

B：與葉片頂隙，流體流速分布有關(guān)的系數(shù)；

C：與摩擦力矩有關(guān)的系數(shù)。

   國(guó)內(nèi)外學(xué)者提出許多理論流量方程，它們適用于各種傳感器結(jié)構(gòu)及流體工作條件。至今渦輪儀表特性的水動(dòng)力學(xué)特性仍舊不很清楚，它與流體物性及流動(dòng)特性有復(fù)雜的關(guān)系。比如當(dāng)流場(chǎng)有旋渦和非對(duì)稱速度分布時(shí)水動(dòng)力學(xué)特性就非常復(fù)雜。不能用理論式推導(dǎo)儀表系數(shù)，儀表系數(shù)仍需由實(shí)流校驗(yàn)確定。但是理論流量方程有巨大的實(shí)用意義，它可用于指導(dǎo)傳感器結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計(jì)及現(xiàn)場(chǎng)使用條件變化時(shí)儀表系數(shù)變化規(guī)律的預(yù)測(cè)和估算。

三、產(chǎn)品特點(diǎn)

1、高精確度，一般可達(dá)±1%R、±0.5%R，高精度型可達(dá)±0.2%R；

2、重復(fù)性好，短期重復(fù)性可達(dá)0.05%~0.2%,正是由于具有良好的重復(fù)性，如經(jīng)常校準(zhǔn)或在線校準(zhǔn)可得到的精確度，在貿(mào)易結(jié)算中是優(yōu)先選用的流量計(jì)；

3、輸出脈沖頻率信號(hào)，適于總量計(jì)量及與計(jì)算機(jī)連接，無零點(diǎn)漂移，抗干擾能力強(qiáng)；

4、可獲得很高的頻率信號(hào)（3~4kHz），信號(hào)分辨力強(qiáng)；

5、范圍度寬，中大口徑可達(dá)1:20，小口徑為1:10；

6、結(jié)構(gòu)緊湊輕巧，安裝維護(hù)方便，流通能力大；

7、適用高壓測(cè)量，儀表表體上不必開孔，易制成高壓型儀表；

8、專用型傳感器類型多，可根據(jù)用戶特殊需要設(shè)計(jì)為各類專用型傳感器，例如低溫型、雙向型、井下型、混砂專用型等；

9、可制成插入型，適用于大口徑測(cè)量，壓力損失小，價(jià)格低，可不斷流取出，安裝維護(hù)方便。

四、基本參數(shù)與技術(shù)性能

1、技術(shù)性能表1

2.測(cè)量范圍及工作壓力表2

五、儀表分類

1、按儀表功能分類，LWGY系列渦輪流量計(jì)可分為2大類，即：

a、渦輪流量傳感器/變送器

b、智能一體化渦輪流量計(jì)

2、功能說明

a、渦輪流量傳感器/變送器

該類渦輪流量產(chǎn)品本身不具備現(xiàn)場(chǎng)顯示功能，僅將流量信號(hào)遠(yuǎn)傳輸出。流量信號(hào)可分為脈沖信號(hào)或電流信號(hào)（4-20mA）；儀表價(jià)格低廉，集成度高，體積小巧，特別適用于與二次顯示儀、PLC、DCS等計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)配合使用。

按照不同的輸出信號(hào)，該類產(chǎn)品可分為L(zhǎng)WGY-□N型和LWGY-□A型

LWGY-□N型傳感器：12～24VDC供電，三線制脈沖輸出，高電平≥8V，低電平≤0.8V；信號(hào)傳輸距離≤1000米；

儀表選型表3

注：DN15～DN40常規(guī)為螺紋連接，如希望采用法蘭連接，請(qǐng)?jiān)?ldquo;公稱通徑”后加“（FL）”

例如，選用一臺(tái)法蘭連接式防爆型渦輪流量計(jì)測(cè)量柴油，管道為DN40、現(xiàn)場(chǎng)需要顯示并遠(yuǎn)傳電流信號(hào)，要求精度0.5級(jí)，304不銹鋼材質(zhì)，儀表耐壓16MPa測(cè)量范圍為標(biāo)準(zhǔn)量程，其產(chǎn)品型號(hào)應(yīng)為：LWGY-40(FL)/C/05/S/S/E/H16。