合肥儀表廠

■ 概述 渦輪流量計（以下簡稱TUF）是葉輪式流量（流速）計的主要品種，葉輪式流量計還有風(fēng)速計、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)）可用機械、磁感應(yīng)、光電方式檢出并由讀出裝置進行顯示和傳送記錄。據(jù)稱美國早在1886年即發(fā)布過個TUF，1914年的認(rèn)為TUF的流量與頻率有關(guān)。美國的臺TUF是在1938年開發(fā)的，它用于飛機上燃油的流量測量，只是直至二戰(zhàn)后因噴氣發(fā)動機和液體噴氣燃料急需一種高精度、快速響應(yīng)的流量計才使它獲得真正的工業(yè)應(yīng)用。如今，它已在石油、化工、科研、國防、計量各部門中獲得廣泛應(yīng)用。 流量計中TUF、容積式流量計和科氏質(zhì)量流量計是三類重復(fù)性、度的產(chǎn)品，而TUF又具有自己的特點，如結(jié)構(gòu)簡單、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，是其他兩類流量計是難以達(dá)到的。 LWGY系列渦輪流量計是吸取了國內(nèi)外流量儀表技術(shù)經(jīng)過優(yōu)化設(shè)計，具有結(jié)構(gòu)簡單、輕巧、精度高、復(fù)現(xiàn)性好、反應(yīng)靈敏，安裝維護使用方便等特點的新一代渦輪流量計，廣泛用于測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)，工作溫度下運動粘度小于5×10-6m2/s的液體，對于運動粘度大于5×10-6m2/s的液體，可對流量計進行實液標(biāo)定后使用。若與具有特殊功能的顯示儀表配套，還可以進行定量控制、超量報警等，是流量計量和節(jié)能的理想儀表。 ■ 工作原理 圖1所示為渦輪流量傳感器結(jié)構(gòu)簡圖，由圖可見，當(dāng)被測流體流過傳感器時，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)動周期地改變磁電轉(zhuǎn)換器的磁阻值。檢測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，即電脈沖信號，經(jīng)放大器放大后，送至顯示儀表顯示。 1. 球軸承 2．前導(dǎo)向件 3．漲圈 4．殼體 5．前置放大器 6．葉輪 7．軸承 8．軸 渦輪流量計的流量方程可分為兩種：實用流量方程和理論流量方程。 （1）實用流量方程 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 ……流量計輸出信號的頻率，Hz; K ……流量計的儀表系數(shù)，P/m3。 流量計的系數(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。 傳感器的儀表系數(shù)由流量校驗裝置校驗得出，它完全不問傳感器內(nèi)部 流體機理，把傳感器作為一個黑匣子，根據(jù)輸入（流量）和輸出（頻率脈沖信號）確定其轉(zhuǎn)換系數(shù)，它便于實際應(yīng)用。但要注意，此轉(zhuǎn)換系數(shù)（儀表系數(shù)）是有條件的，其校驗條件是參考條件，如果使用時偏離此條件系數(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)動量矩定理可以列出葉輪的運動方程公式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， 0，則M1=M2+M3+M4。經(jīng)理論分析與實驗驗證可得公式: 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力學(xué)特性仍舊不很清楚，它與流體物性及流動特性有復(fù)雜的關(guān)系。比如當(dāng)流場有旋渦和非對稱速度分布時水動力學(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)仍需由實流校驗確定。但是理論流量方程有巨大的實用意義，它可用于指導(dǎo)傳感器結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計及現(xiàn)場使用條件變化時儀表系數(shù)變化規(guī)律的預(yù)測和估算。 ■ 產(chǎn)品特點 1.高度，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)可得到極高的度，在貿(mào)易結(jié)算中是優(yōu)先選用的流量計； 3.輸出脈沖頻率信號，適于總量計量及與計算機連接，無零點漂移，抗干擾能力強； 4.可獲得很高的頻率信號（3~4kHz），信號分辨力強； 5.范圍度寬，中大口徑可達(dá)1:20，為1:10； 6.結(jié)構(gòu)緊湊輕巧，安裝維護方便，流通能力大； 7.適用高壓測量，儀表表體上不必開孔，易制成高壓型儀表； 8.型傳感器類型多，可根據(jù)用戶特殊需要設(shè)計為各類型傳感器，例如低溫型、雙向型、井下型、混砂型等； 9.可制成插入型，適用于大口徑測量，壓力損失小，價格低，可不斷流取出，安裝維護方便。 ■ 基本參數(shù)與技術(shù)性能 1.技術(shù)性能 表1 儀表口徑及連接方式 4、6、10、15、20、25、32、40采用螺紋連接 （15、20、25、32、40）50、65、80、100、125、150、200采用法蘭連接 精度等級 ±1%R、±0.5%R、±0.2%R（需特制） 量程比 1:10；1:15；1:20 儀表材質(zhì) 304不銹鋼、316（L）不銹鋼等 被測介質(zhì)溫度（℃） -20～＋110℃ 環(huán)境條件 溫度－10～+55℃，相對濕度5％～90％，大氣壓力86～106Kpa 輸出信號 傳感器：脈沖頻率信號，低電平≤0.8V 高電平≥8V 變送器：兩線制4 ~ 20mADC電流信號 供電電源 傳感器：+12VDC 、+24VDC（可選） 變送器：+24VDC 現(xiàn)場顯示型：儀表自帶3.2V鋰電池 信號傳輸線 STVPV3×0.3（三線制），2×0.3（二線制） 傳輸距離 ≤1000m 信號線接口 基本型：豪斯曼接頭，防爆型：內(nèi)螺紋M20×1.5 防爆等級 基本型：非防爆產(chǎn)品，防爆型：ExdIIBT6 防護等級 IP65 2.測量范圍及工作壓力 表2 儀表口徑 （mm） 正常流量范圍（m3/h） 擴展流量范圍（m3/h） 常規(guī)耐受壓力 （MPa） 特制耐壓等級（MPa） （法蘭連接方式） DN 4 0.04～0.25 0.04～0.4 6.3 12、16、25 DN 6 0.1～0.6 0.06～0.6 6.3 12、16、25 DN 10 0.2～1.2 0.15～1.5 6.3 12、16、25 DN 15 0.6～6 0.4～8 6.3、2.5（法蘭） 4.0、6.3、12、16、25 DN 20 0.8～8 0.45～9 6.3、2.5（法蘭） 4.0、6.3、12、16、25 DN 25 1～10 0.5～10 6.3、2.5（法蘭） 4.0、6.3、12、16、25 DN 32 1.5～15 0.8～15 6.3、2.5（法蘭） 4.0、6.3、12、16、25 DN 40 2～20 1～20 6.3、2.5（法蘭） 4.0、6.3、12、16、25 DN 50 4～40 2～40 2.5 4.0、6.3、12、16、25 DN 65 7～70 4～70 2.5 4.0、6.3、12、16、25 DN 80 10～100 5～100 2.5 4.0、6.3、12、16、25 DN 100 20～200 10～200 1.6 4.0、6.3、12、16、25 DN 125 25～250 13～250 1.6 2.5、4.0、6.3、12、16 DN 150 30～300 15～300 1.6 2.5、4.0、6.3、12、16 DN 200 80～800 40～800 1.6 2.5、4.0、6.3、12、16 ■ 儀表分類 1．按儀表功能分類，LWGY系列渦輪流量計可分為3大類，即： ?渦輪流量傳感器/變送器 ——A1：脈沖信號 A2：4~20mA輸出 ?智能一體化渦輪流量計 —— B：LCD現(xiàn)場顯 ?C1：脈沖輸出和LCD顯示(智能型) C2：脈沖輸出+4～20mA輸出和LCD顯示(智能型) 2．功能說明 ?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)場顯示功能，僅將流量信號遠(yuǎn)傳輸出。流量信號可分為脈沖信號或電流信號（4-20mA）；儀表集成度高，體積小巧，特別適用于與二次顯示儀、PLC、DCS等計算機控制系統(tǒng)配 合使用。 按照不同的輸出信號，該類產(chǎn)品可分為LWGYA1型和LWGYA2型 LWGYA1-型傳感器：12～24VDC供電，三線制脈沖輸出，高電平≥8V，低電平≤0.8V；信號傳輸距離≤1000米； LWGYA2型變送器：24VDC供電，二線制4-20mA 輸出，信號傳輸距離≤1000。 該類渦輪流量產(chǎn)品均為防爆型（ExdIIBT6）——見圖3