《建筑環(huán)境與能源應用工程專業(yè)綜合實驗》 教案 3-20葉輪式流量計

葉輪式流量計1.水表水表的主要特點是在于其傳感器和指示裝置均為機械式設計，且工作動力來自水流。常用的葉輪式水表根據水流特點可分為切線流葉輪式水表、豎式葉輪式水表和軸流式葉輪式水表。切線流葉輪式水表的水流沿切線流入表內，驅動葉輪旋轉，由旋轉的圈數(shù)測量通過表的流量。切線流葉輪式水表有單流束和多流束兩種形式（REF_Ref18134\h圖1），要水平安裝。單流束切線流葉輪式水表僅有一層外殼，只有一束水流來推動內部的葉輪旋轉。該水表結構簡單、價廉，適用于小管徑的管道。多流束切線流葉輪式水表的外殼內另有測量室，水流通過測量室周圍上分布的小孔均勻地以切線方向推動內部的葉輪旋轉。該水表測量精度高、葉輪偏磨耗小、安裝所需直管段短，適用于中、小管徑的管道。豎式葉輪式水表的水流方向與葉輪的轉動軸垂直，水流從下面向上推動葉輪旋轉。該表啟動流量小、壓力損失小，要水平安裝，適用于中、小管徑的管道。軸流式葉輪式水表的水流方向與葉輪的轉動軸平行，壓力損失小，能夠以任何位置安裝，適用于大管徑的管道。葉輪的旋轉由齒輪機構來減速，并傳給流量指示部分。流量指示部分處于水中的稱為濕式水表，流量指示部分處于空氣中的稱為干式水表。濕式水表不需要密封水，結構簡單，但水中雜質易污染表刻度盤，且難于實現(xiàn)流量信號的遠傳。干式水表不存在水中雜質污染表刻度盤問題，容易實現(xiàn)流量信號的遠傳。遠傳水表的信號有兩類，一類是包括代表實時流量的開關信號、脈沖信號、數(shù)字信號等，傳感器一般用干簧管或霍爾元件。另一類代表累計流量的數(shù)字信號和經編碼的其他電信號等。遠傳輸出的方式包括有線和無線。（a）單流束（b）多流束圖1切線流葉輪式水表水表的特性曲線如REF_Ref18369\h圖2。圖中qVmin為水表保證最大誤差時所要求的最小流量；qVt為水表從最大誤差區(qū)域向最小誤差區(qū)域過渡的分界流量；qVmax為水表保證最小誤差時所要求的最大流量；qVn為水表的最大持續(xù)工作流量，也稱為公稱流量。圖2水表的特性曲線2.渦輪流量計渦輪流量計由渦輪流量傳感器和顯示儀器組成，具有體積小、結構緊湊，讀數(shù)直觀清晰、信號能遠距離傳送，可靠性高、不受外界電源干擾、耐高壓，精度高、反應快、量程寬、線性好，壓力損失小等諸多優(yōu)點，目前已在石油、化工、科研、國防、計量各個部門中得到廣泛應用。液化石油氣、成品油和輕質原油等的轉運及集輸站，大型原油輸送管線的首末站都大量采用它進行貿易結算。渦輪流量變送器的結構如REF_Ref19821\h圖3所示。它由導流器3、8與軸向渦輪葉片5、磁電轉換裝置6和放大器等組成。當流體通過傳感器時，在流體作用下，渦輪葉片旋轉，由磁性材料制成的渦輪葉片通過固定在殼體上的永久磁鋼時，磁路中的磁阻發(fā)生周期性變化，從而感生出交流電脈沖信號，該信號的頻率與被測流體的體積流量成正比。磁—電轉換器的輸出信號經放大后，輸出至顯示儀表，進行流量指示和計算。圖3渦輪流量變送器構造1—緊固環(huán)；2—殼體；3—前導流器；4—止推片；5—渦輪葉片；6—磁-電轉換器；7—軸承；8—后導流器在測量范圍內，傳感器輸出脈沖數(shù)與流量成正比，其比值稱為儀表常數(shù)，用K（次/m3）表示。每一臺渦輪流量傳感器都有經過實際校驗測得的儀表常數(shù)。測得脈沖信號的頻率，便可以利用REF_Ref19736\h式（1）求出流體的流量。 qV=fK式中qV——體積流量，F(xiàn)——檢測線圈感應出的電脈沖信號頻率，次/s。渦輪流量計的儀表常數(shù)與流量（或者雷諾數(shù)）的關系如REF_Ref6915\h圖4所示。由圖可見，理想的K-qv特性應為一水平直線。實際特性曲線可以分為線性區(qū)和非線性區(qū)。在線性區(qū)儀表常數(shù)近似看作線性。線性區(qū)約為其工作區(qū)的2/3，其特性與傳感器結構尺寸及流體黏性有關。在非線性區(qū)，特性受軸承摩擦力，流體黏性力影響較大。當流量低于傳感器流量下限時，儀表常數(shù)隨著流量迅速變化，在層流與紊流的過渡區(qū)域中（Re=2300左右），流動狀態(tài)由紊流變?yōu)閷恿鲿r，由于層流狀態(tài)的流體黏滯摩擦力矩小于紊流狀態(tài)的流體黏滯摩擦力矩，渦輪的轉速升高，此時特性曲線呈現(xiàn)出高峰（通常處在流量上限的20%～35%處）。儀表適用的流量范圍，應在特性曲線的線性部分，要求K的線性度在±0.5%以內，復現(xiàn)性在±0.1%以內。變送器最好工作在流量上限的50%以上，這樣，不至于工作在特性曲線的非線性區(qū)，而造成較大的測量誤差。當流量超過流量上限時，要注意防止空穴現(xiàn)象。圖4渦輪流量計特性曲線渦輪流量傳感器與顯示儀表的連接結構有一體式（傳感器與變送器組合成一體）和分體式兩種。渦輪流量傳感器有短管型（REF_Ref20363\h圖5）和插入型。插入型適用于大型管道，測量精度遠低于短管型，通常用于過程控制，不適用于貿易核算計量。圖5渦旋流量變送器結構圖1—緊固環(huán)；2—殼體；3—前導流器；4—止推器；5—渦輪葉片；6—磁-電轉換器；7—軸承；8—后導流器渦輪流量傳感器必須水平安裝，其上游應裝過濾器，它對管道內流速分布畸變及旋轉流特別敏感，要求進入傳感器的流體應為充分發(fā)展管流，傳感器上游側應根據阻力件類型配備直管段（REF_Ref10768\h表1）。如果上游側阻力件情況不明，一般推薦上游側應有20D（變送器公稱直徑）的直管段；下游側應有5D的直管段。否則需用整流器整流。傳感器上游側的截斷閥應全開，流量調節(jié)閥應安裝在傳感器下游側。為保證通過流量變送器的流體是單相流，必要時需裝消氣器并保證下游具有一定的背壓。表1渦輪流量計所要求的最短直管段長度上游側阻流件類型單個90°彎頭在同一平面上的兩個90°彎頭在不同平面上的兩個90°彎頭同心漸縮管全開閥門半開閥門下游側長度L/D2025401520505渦輪流量變送器準確度高，基本誤差為±（0.2～1.0）%；重復性好，量程比通常為（6﹕1）～（10﹕1）；