渦輪流量計(jì)的工作原理與結(jié)構(gòu)

渦輪流量計(jì)的工作原理與結(jié)構(gòu)

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1．渦輪流量計(jì)的工作原理 渦輪流量計(jì)的原理示意圖如圖3-1所示。在管道中心安放一個(gè)渦輪，兩端由軸承支撐。當(dāng)流體通過管道時(shí)，沖擊渦輪葉片，對(duì)渦輪產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)力矩，使渦輪克服摩擦力矩和流體阻力矩而產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)。在一定的流量范圍內(nèi)，對(duì)一定的流體介質(zhì)粘度，渦輪的旋轉(zhuǎn)角速度與流體流速成正比。由此，流體流速可通過渦輪的旋轉(zhuǎn)角速度得到，從而可以計(jì)算得到通過管道的流體流量。 渦輪的轉(zhuǎn)速通過裝在機(jī)殼外的傳感線圈來檢測(cè)。當(dāng)渦輪葉片切割由殼體內(nèi)永久磁鋼產(chǎn)生的磁力線時(shí)，就會(huì)引起傳感線圈中的磁通變化。傳感線圈將檢測(cè)到的磁通周期變化信號(hào)送入前置放大器，對(duì)信號(hào)進(jìn)行放大、整形，產(chǎn)生與流速成正比的脈沖信號(hào)，送入單位換算與流量積算電路得到并顯示累積流量值；同時(shí)亦將脈沖信號(hào)送入頻率電流轉(zhuǎn)換電路，將脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬電流量，進(jìn)而指示瞬時(shí)流量值。 渦輪流量計(jì)總體原理框用見圖3-2所示。 2．渦輪流量計(jì)的構(gòu)造 流體從機(jī)殼的進(jìn)口流入。通過支架將一對(duì)袖承固定在管中心軸線上，渦輪安裝在軸承上。在渦輪上下游的支架上裝有呈輻射形的整流板，以對(duì)流體起導(dǎo)向作用，以避免流體自旋而改變對(duì)渦輪葉片的作用角度。在渦輪上方機(jī)殼外部裝有傳感線圈，接收磁通變化信號(hào)。 下面介紹主要部件。 (1)渦輪 渦輪由導(dǎo)磁不銹鋼材料制成，裝有螺旋狀葉片。葉片數(shù)量根據(jù)直徑變化而不同，2-24片不等。為了使渦輪對(duì)流速有很好的響應(yīng)，要求質(zhì)量盡可能小。 對(duì)渦輪葉片結(jié)構(gòu)參數(shù)的一般要求為：葉片傾角10°-15°(氣體)，30°-45°（液體）；葉片重疊度P為1-1．2；葉片與內(nèi)殼間的間隙為0．5-1mm。 (2)軸承 渦輪的軸承一般采用滑動(dòng)配合的硬質(zhì)合金軸承，要求耐磨性能好。 由于流體通過渦輪時(shí)會(huì)對(duì)渦輪產(chǎn)生一個(gè)軸向推力，使鈾承的摩擦轉(zhuǎn)矩增大，加速鈾承磨損，為了消除軸向力，需在結(jié)構(gòu)上采取水力平衡措施，這方法的原理見圖3-3所示。由于渦輪處直徑DH略小于前后支架處直徑Ds，所以，在渦輪段流通截而擴(kuò)大，流速降低，使流體靜壓上升ΔP，這個(gè)ΔP的靜壓將起到抵消部分軸向推力的作用。 圖3-3 水力平衡原理示意圖 (3)前置放大器 前置放大器由磁電感應(yīng)轉(zhuǎn)換器與放大整形電路兩部分組成，示意圖見圖3-4所示。 磁電轉(zhuǎn)換器國(guó)內(nèi)一般采用磁阻式，它由永久磁鋼及外部纏繞的感應(yīng)線圈組成。當(dāng)流體通過使諷輪旋轉(zhuǎn)的，葉片在永久磁鋼正下方時(shí)磁阻最小，兩葉片空隙在磁鋼下方時(shí)磁阻最大，渦輪旅轉(zhuǎn)，不斷地改變磁路的磁通量，使線圈中產(chǎn)生變化的感應(yīng)電勢(shì)，送入放大整形電路，變成脈沖信號(hào)。 輸出脈沖的頻率與通過流量計(jì)的流量成正比，其比例系數(shù)K為 K＝f/qv 式中 f--渦輪流量計(jì)輸出脈沖頻率； qv--通過流量計(jì)的流量。 該比例系數(shù)亦稱為渦輪流量計(jì)的儀表系數(shù)。 圖3-4 渦輪流量計(jì)前置放大器原理圖 (4)信號(hào)接收與顯示 信號(hào)接收與顯示器內(nèi)系數(shù)校正器、加法器和頻電轉(zhuǎn)換器等組成，其作用是將從前置放大器送來的脈沖信號(hào)變換成累積流量和瞬時(shí)流量并顯示。

渦輪流量計(jì)的特點(diǎn)與安裝使用

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1.渦輪流量計(jì)的特點(diǎn) 從前面的討論中可知，渦輪流量計(jì)是一種有很多優(yōu)點(diǎn)的流量?jī)x表。歸納起來，它有如下特點(diǎn)。 (1)準(zhǔn)確度高 渦輪流量計(jì)的準(zhǔn)確度在(0.5－0. 1)％左右。在線性流量范圍內(nèi)，即使流量發(fā)生變化，累積流量準(zhǔn)確度也不會(huì)降低。并且在短時(shí)間內(nèi)，渦輪流量計(jì)的再現(xiàn)性可達(dá)0.05％。 (2)量程比寬 渦輪流量計(jì)的量程比可達(dá)8—10。在同樣口徑下，渦輪流量計(jì)的最大流量值大于很多其它流量計(jì)。 (3)適應(yīng)性強(qiáng) 渦輪流量計(jì)可以做成封閉結(jié)構(gòu)，其轉(zhuǎn)速信號(hào)是非接觸測(cè)量，所以容易實(shí)現(xiàn)耐高壓設(shè)計(jì)。 如果流量計(jì)的渦輪和軸承選擇耐高溫、熱膨脹系數(shù)小的材料，就可以在較寬的溫度范圍內(nèi)使用。這時(shí)，應(yīng)注意對(duì)它的儀表系數(shù)進(jìn)行修正(主要是其流通截面的變化)： 式中 K，K0——使用時(shí)和校驗(yàn)時(shí)的儀表系數(shù)； t，t0——使用時(shí)和校驗(yàn)時(shí)的流體溫度； R，H分別為渦輪和機(jī)殼的材料膨脹系數(shù)。 (4)數(shù)字信號(hào)輸出 渦輪流量計(jì)輸出為與流量成正比的脈沖數(shù)字信號(hào)。它具有在傳輸過程中準(zhǔn)確度不降低、易于累積、易于送入計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)。 2. 渦輪流量計(jì)的安裝使用 要想充分發(fā)揮渦輪流量計(jì)的特點(diǎn)，在流量計(jì)的安裝使用上還必須加以充分注意。下面概要討論一下這方面的問題。 (1)被測(cè)介質(zhì) 渦輪流量計(jì)所測(cè)得的液體，一般是低粘度的(一般應(yīng)小于15×l0－6m2／s)、低腐蝕性的液體。雖然目前已經(jīng)有用于各種介質(zhì)測(cè)量的渦輪流量計(jì)，但對(duì)高溫、高粘度、強(qiáng)腐蝕介質(zhì)的測(cè)量仍需仔細(xì)考慮，采取相應(yīng)的措施。當(dāng)介質(zhì)粘度v大于15×l0－6m2／s時(shí)，流量計(jì)的儀表系數(shù)必須進(jìn)行實(shí)液標(biāo)定，否則會(huì)產(chǎn)生較大的誤差。 汽－液兩相流、氣－固兩相流、濃－固兩相流均不能用渦輪流量計(jì)進(jìn)行測(cè)量。 (2)安裝配管要求 流量計(jì)的安裝情況對(duì)流量計(jì)的測(cè)量準(zhǔn)確度影響很大。 ①流速分布不均和管內(nèi)二次流的存在是影響渦輪流量計(jì)測(cè)量準(zhǔn)確度的重要因素。所以，渦輪流量計(jì)對(duì)上、下游直管段有—定要求。對(duì)于工業(yè)測(cè)量，一般要求上游20D，下游5D的直管長(zhǎng)度。為消除二次流動(dòng)，最好在上游端加裝整流器。若上游端能保證有20D左右的直管段，并加裝整流器，可使流量計(jì)的測(cè)量準(zhǔn)確度達(dá)到標(biāo)定時(shí)的準(zhǔn)確度等級(jí)。 ②渦輪流量計(jì)對(duì)流體的清潔度有較高要求，在流量計(jì)前須安裝過濾器來保證流體的清潔。過濾器可采用漏斗型的，其本身清潔度，可測(cè)其兩端的差壓變化得到。 ③為保證通過流量計(jì)的液體是單相的，即不能讓空氣或蒸氣進(jìn)入流量計(jì)，在流量計(jì)上游必要時(shí)應(yīng)裝消氣器。對(duì)于易氣化的液體，在流量計(jì)下游必須保證一定背壓。該背壓的大小可取最大流量下流量傳感器壓降的二倍加上最高溫度下被測(cè)液體蒸氣壓的1.2倍。 (3)信號(hào)傳輸線 為了保證顯示儀表對(duì)渦輪傳感器輸出的脈沖信號(hào)有足夠的靈敏度，就要提高信噪比。為此，在安裝時(shí)應(yīng)防止各種電干擾現(xiàn)象，即電磁感應(yīng)，靜電及電容耦合。所以，在配置信號(hào)傳輸線時(shí)，必須注意如下幾點(diǎn)： ①限制信號(hào)線的最大長(zhǎng)度。信號(hào)線的最大長(zhǎng)度為，L＝dV；其中，V為在最小流量時(shí)傳感線圈的輸出電壓有效值，mV；d為系數(shù)，m／mV，其值可取：V＜1000mV時(shí)，d＝1.0；1000 mV＜d＜5000 mV時(shí)，d＝1.5；V＞5000mV時(shí)，d＝2.0。 ②信號(hào)傳輸線應(yīng)采用屏蔽電纜，以防來自外部的感應(yīng)噪聲。要求傳輸電纜在顯示儀表端屏蔽接地。傳輸電纜不能*近強(qiáng)電磁設(shè)備，不允許與動(dòng)力線乎行布置。 (4)運(yùn)轉(zhuǎn)維護(hù) ①當(dāng)渦輪流量計(jì)的管道需要清洗時(shí)，必須開旁路，清洗液體不能通過流量計(jì)。 ②管道系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)必須先開旁路，以防止流速突然增加，引起渦輪轉(zhuǎn)速過大而損壞。 ③渦輪流量計(jì)軸承應(yīng)定期更換，一般可根據(jù)小流量特性變化來觀察其軸承的磨損情況。

測(cè)量氣體時(shí)它的最大允許流量怎樣計(jì)算呢？我只知道與壓力和溫度等有關(guān)，具體計(jì)算公式是怎樣的？請(qǐng)指教，謝謝！