涡轮流量计

一、概述

JA-LWGY系列涡轮流量显示计是吸取了国内外流量仪表先进技术经过优化设计，具有结构简单、轻巧、精度高、复现性好、反应灵敏，安装维护使用方便等特点的新一代涡轮流量流量计，广泛用于测量封闭管道中与不锈钢1Cr18Ni9Ti、2Cr13及刚玉Al₂O₃、硬质合金不起腐蚀作用，且无纤维、颗粒等杂质，工作温度下运动粘度小于5×10-6m²/s的液体，对于运动粘度大于5×10-6m²/s的液体，可对流量计进行实液标定后使用。若与具有特殊功能的显示仪表配套，还可以进行定量控制、超量报警等，是流量计量和节能的理想仪表。

二、工作原理

图1所示为涡轮流量传感器结构简图，由图可见，当被测流体流过传感器时，在流体作用下，叶轮受力旋转，其转速与管道平均流速成正比，叶轮的转动周期地改变磁电转换器的磁阻值。检测线圈中的磁通道随之发生周期性变化，产生周期性的感应电势，即电脉冲信号，经放大器放大后，送至显示仪表显示。

涡轮流量计的流量方程可分为两种：实用流量方程和理论流量方程。

（1）实用流量方程

式中
……分别为体积流量，m³/s，质量流量，kg/s；
F……流量计输出信号的频率，Hz；
K……流量计的仪表系数，P/m³。
流量计的系数与流量（或管道雷诺数）的关系曲线如图2所示。由图可见，仪表系数可分为两段，即线性段和非线性段。线性段约为其工作段的三分之二，其特性与传感器结构尺寸及流体粘性有关。在非线性段，特性受轴承摩擦力，流体粘性阻力影响较大。当流量低于传感器流量下限时，仪表系数随着流量迅速变化。压力损失与流量近似为平方关系。当流量超过流量上限时要注意防止空穴现象。结构相似的TUF特性曲线的形状是相似的，它仅在系统误差水平方面有所不同。
传感器的仪表系数由流量校验装置校验得出，它完全不问传感器内部流体机理，把传感器作为一个黑匣子，根据输入（流量）和输出（频率脉冲信号）确定其转换系数，它便于实际应用。但要注意，此转换系数（仪表系数）是有条件的，其校验条件是参考条件，如果使用时偏离此条件系数将发生变化，变化的情况视传感器类型，管道安装条件和流体物性参数的情况而定。

(2)理论流量方程

根据动量矩定理可以列出叶轮的运动方程

式中

J：叶轮的惯性矩；
d_w/d_t：叶轮的旋转加速度
M¹：流体的驱动力矩
M²：粘性阻力距
M³：轴承摩擦阻力距
M⁴：磁阻力矩
当叶轮以恒速旋转时，，则M₁=M₂+M₃+M₄。经理论分析与实验验证可得

式中
n：叶轮转速；
q_v：体积流量；
A：与流体物性（密度、粘度等），叶轮结构参数（叶片倾角、叶轮直径、流道截面积等）有关的系数；
B：与叶片顶隙，流体流速分布有关的系数；
C：与摩擦力矩有关的系数。
国内外学者提出许多理论流量方程，它们适用于各种传感器结构及流体工作条件。至今涡轮仪表特性的水动力学特性仍旧不很清楚，它与流体物性及流动特性有复杂的关系。比如当现场有旋涡和非对称速度分布时水动力学特性就非常复杂。不能用理论式推导仪表系数，仪表系数仍旧需由实流校验确定。但是理论流量方程有巨大的实用意义，它可用于指导传感器结构参数设计及现场适用条件变化时仪表系数变化规律的预测和估算。

三、产品特点

• 高精确度，一般可达±1%R、±0.5%R，高精度型可达±0.2%R；
• 重复性好，短期重复性可达0.05%~0.2%,正是由于具有良好的重复性，如经常校准或在线校准可得到极高的精确度，在贸易结算中是优先选用的流量计；
• 输出脉冲频率信号，适于总量计量及与计算机连接，无零点漂移，抗干扰能力强；
• 可获得很高的频率信号（3~4kHz），信号分辨力强；
• 范围度宽，中大口径可达1:20，小口径为1:10；
• 适用高压测量，仪表表体上不必开孔，易制成高压型仪表；
• 专用型传感器类型多，可根据用户特殊需要设计为各类专用型传感器，例如低温型、双向型、井下型、混砂专用型等；
• 可制成插入型，适用于大口径测量，压力损失小，价格低，可不断流取出，安装维护方便。

四、技术参数

1.基本参数

2.流量范围及工作压力

五、仪表选型

六、外形尺寸

传感器的安装方式根据规格不同，采用螺纹或法兰连接，安装方式见图4、图5、图6，安装尺寸见表4。

表4

七、安装注意事项

（1）安装场所
传感器应安装在便于维修，管道无振动、无强电磁干扰与热辐射影响的场所。涡轮流量计的典型安装管路系统如图7所示。图中各部分的配置可视被测对象情况而定，并不一定全部都需要。涡轮流量计对管道内流速分布畸变及旋转流是敏感的，进入传感器应为充分发展管流，因此要根据传感器上游侧阻流件类型配备必要的直管段或流动调整器，如表5所示。若上游侧阻流件情况不明确，一般推荐上游直管段长度不小于10D，下游直管段长度不小于5D，如安装空间不能满足上述要求，可在阻流件与传感器之间安装流动调整器。传感器安装在室外时，应有避直射阳光和防雨淋的措施。

图7 传感器安装示意图
表5

（2）连接管道的安装要求
水平安装的传感器要求管道不应有目测可觉察的倾斜（一般在5°以内），垂直安装的传感器管道垂直度偏差亦应小于5°。需连续运行不能停流的场所，应装旁通管和可靠的截止阀（见图7），测量时要确保旁通管无泄漏。
在新铺设管道装传感器的位置先介入一段短管代替传感器，待“扫线”工作完毕确认管道内清扫干净后，再正式接入传感器。由于忽视此项工作，扫线损坏传感器屡见不鲜。
若流体含杂质，则应在传感器上游侧装过滤器，对于不能停流的，应并联安装两套过滤器轮流清除杂质，或选用自动清洗型过滤器。若被测液体含有气体，则应在传感器上游侧装消气器。过滤器和消气器的排污口和消气口要通向安全的场所。
若传感器安装位置处于管线的低点，为防止流体中杂质沉淀滞留，应在其后的管线装排放阀，定期排放沉淀杂质。
被测流体若为易气化的液体，为防止发生气穴，影响测量精确度和使用期限，传感器的出口端压力应高于公式5计算的最低压力pmin
pmin=2△p+1.25pv   Pa
式中

pmin——最低压力，Pa；
△p——传感器最大流量时压力损失，Pa；
pv——被测液体最高使用温度时饱和蒸汽压，Pa。
流量调节阀应装在传感器下游，上游侧的截止阀测量时应全开，且这些阀门都不得产生振动和向外泄漏。对于可能产生逆向流的流程应加止回阀以防止流体反向流动。
传感器应与管道同心，密封垫圈不得凸入管路。液体传感器不应装在水平管线的最高点，以免管线内聚集的气体（如停流时混入空气）停留在传感器处，不易排出而影响测量。
传感器前后管道应支撑牢靠，不产生振动。对易凝结流体要对传感器及其前后管道采取保温措施。