浅谈涡轮流量计的应用

摘要：涡轮流量计具有结构简单、重量轻、维修方便、加工零部件少、流通能力打及价格低廉等特点，已经广泛应用于石油类、有机液体、无机液体、低温液体等的精确测量。本文从设计、使用的角度对涡轮流量计做简要介绍。

关键字：流量测量、选型

中图分类号： V241.7+22 文献标识码： A 文章编号：

在工业生产过程中，为了有效的知道生产操作、监视和控制生产过程，流量测量时必不可少的。随着科学技术的发展，生产环境日趋复杂，对流量测量的要求也越来越高。因此，运用不同的物理原理和规律也相继问世与之相适应，如差压流量计、电磁流量计、涡轮流量计超声波流量计和质量流量计等等。在所有流量计中，涡轮流量计、容积式流量计及科里奥利质量流量计为重复性、精确度最好的流量计。这三类流量计中，涡轮流量计具有结构简单、重量轻、维修方便、加工零部件少、流通能力打及价格低廉等特点，已经广泛应用于石油类、有机液体、无机液体、低温液体等的精确测量。本文从设计、使用的角度对涡轮流量计做简要介绍。

一 测量原理

涡轮流量计的工作原理是根据置于流体中的叶轮的旋转角速度与流体流速成正比，通过测量叶轮的旋转角速度得到被测流体的流速，从而得到管道内的流量值。

整个仪表由壳体、导向体（疏流器）、叶轮、轴、轴承及信号检测器等组成。

涡轮流量计在管道中心安放一个涡轮，两端由轴承支撑。当流体进入流量计时，首先要经过涡轮流量计内部特殊结构的前导流体并加速。在流体的作用下，涡轮叶片会与流体流向形成一定角度，这个时候涡轮就会产生转动力矩，这个转动力矩需要克服阻力力矩和摩擦力矩之后才能带动涡轮开始转动。当转动力矩、阻力力矩和摩擦力矩达到平衡时，涡轮的转速就会恒定。而且涡轮转动速度与流量成线性关系。叶轮的转速经一副齿轮减速，同时由一个密封的磁性耦合器件将转动的趋势传到仪表外部的机械式计数器。利用电磁感应原理，通过旋转的涡轮叶片顶端导磁体周期性地改变磁阻，将检测线圈检测到的磁通周期变化信号送入前置放大器，经过放大、整形，产生与流速成正比的脉冲信号，送入单位与流量积算电路，得到并显示累积流量值；同时将脉冲信号送入频率-电流转换电路，转换成模拟电流，进而指示瞬时流量值。

涡轮流量计的流量方程为：

qv=f/K

式中，qv体积流量（m3/s）,f为流量计输出信号的频率（Hz），K为流量计的仪表系数（脉冲数/m3）。

二 主要优缺点及应用场合

涡轮流量计由于其结构及测量原理使其具有以下优点：

（1）高精度 对于液体一般为±0.25%~±0.5%，高精度型可达到±0.15%；当介质为气体时，一般为±1.5%,特殊专用型为±0.5%~1%，在所用流量计中，涡轮流量计属于最精确的。

（2）重复性好 短期重复性可达0.05%~0.2%，正是由于其具有良好的重复性，如经常校准或在线校准可得极高的精确度，使其成为在贸易结算计量的优秀解决方案之一。

（3）测量范围宽 中大口径可达40:1~10:1，小口径为6:1或5:1。

（4）输出脉冲频率信号 适于总量计量及计算机连接，无零点漂移，抗干扰能力强。可获得很高的频率信号（3~4Hz），信号分辨率强。

（5）适用于高压测量 仪表表体不必开孔，易制成高压型仪表。

（6）结构类型多，可适应各种测量对象的需要。

然而没有一种流量测量方式是完美的，在拥有以上优点的同时涡轮流量计的不足之处也是显而易见的，在实际的选型与应用中要尤为注意：

（1）难以长期保持校准特性，需要定期校验。对于无性的液体，液体中含有悬浮物或具有腐蚀性时，容易造成轴承磨损及卡住等问题，限制了其使用范围，特殊工况需要采用耐磨硬质合金轴和轴承。有贸易储运和高精度测量要求时，最好配备现场校验设备，可定期校准以保持其特性。

（2）不适用于较高粘度介质（高粘度型除外），随着粘度的增大，流量计测量下限值提高，测量范围缩小，线性度变差。

（3）流体物性（密度、粘度）对仪表特性影响较大。气体流量计易受到密度的影响，而液体流量计对粘度变化的反应敏感。由于密度和粘度与温度、压力关系密切，在现场温度、压力波动较大的情况下，要根据它们对精确度影响的程度采取补偿措施，才能使流量计保持在较高的精度。

（4）流量计受到来自流速分布畸变和旋转流的影响较大，一次表上下游侧需设置较长的直管段，如安装空间有限，可加装整流器以缩短直管段长度。

（5）对被测介质的洁净度要求较高，限制了其适用领域，虽然可以通过安装过滤器以适应脏污介质，但亦带来压损增大、维护量增大等一系列问题，因此在由于洁净度较差的流体测量时要谨慎使用。

（6）小口径（DN50以下）仪表的流量特性受物性影响严重，仪表性能难以提高。

三、涡轮流量计的选用

涡轮流量计作为高精度流量测量仪表被广泛应用于贸易计量，为满足计量的精度要求在选用时以下几点要特别注意。

（1）流体要求相对洁净。推荐选用的流体如石油化工类：石脑油、乙烯、苯乙烯、聚乙烯、液化石油气、天然气、液氧、液氮、二氧化碳等；化学溶液类：氨水、盐水、甲醇等；一般流体：水、空气、氧气、高压氢气等；有机液体：酒精、乙醚、苯、甲苯、丁二烯、四氯化碳等。

（2）不推荐选用的对象或场所：含杂质多的液体，如循环冷却水、河水、排污水、燃油等；管道压力不高，流量较大（高流速），有可能产生气穴的场合；电焊机、电动机、有触点继电器的附近存在严重电磁干扰的场合等。

（3）涡轮流量计对流体粘度比较敏感，粘度增大时，仪表系数的线性区域会变窄，下限流量提高。对于液体，通常用水作为检测流体。液体粘度低于5x10-6mm2/s时可不考虑粘度影响，否则需采取措施以补偿粘度的影响，如缩小适用范围，使用时提高流量下限值，仪表系数诚意雷诺系数等。

（4）必须经常校验。对于管线传输计量，常配备在线校验设备。目前多在智能仪表中进行各种影响量的补偿，如温圧补偿、非线性补偿等。

（5）一般在工作时最大流量相应的转速不能过高，以延长使用寿命。一般情况下对于连续式工作，仪表流量上限为实际最大流量值的1.4倍，间歇工作的则为1.3倍。

四、涡轮流量计在实际应用中容易出现的问题及相关解决建议

由于各种因素的影响，涡轮流量计在实际应用的过程中会容易出现一些问题的。常见的问题有以下几种：

常见的问题有：无信号、运转速度忽慢忽快、涡轮流量计不计数、负偏差增加(准确度降低)以及设计流量与实际流量不匹配等等。针对上述问题可以提出如下建议：

1、 无信号

对于无信号的情况首先要检查电源，检查电源没问题后再对涡轮流量计本身进行检查，并判断是一次仪表还是二次仪表的故障，如果二次仪表没有问题，则检查信号线是否正确连接，如果仍然无信号输出，也有可能是流体的流速太慢或者传感器出现了问题，导致检测不到信号。

2、 运转速度忽快忽慢

发生情况，首先可以通过调整仪表系数来控制速度，如果仪表系数变化较大，也可以检查插入杆深度是否恰当，大多数情况下，是由于叶轮无法运转，流量计内部含有污物，可以使用盐酸来清洗污物

3、 流量计不计数

对于涡轮流量计不计数的情况，可能是由于电源或者开关接触不良导致的，所以要对涡轮流量计内部的器件进行检查，检查各个部件是否出现故障，如果出现了故障，要及时修理或更换零件。

4、精度下降

作为速度式流量计，随着运行时间的增加（通常在运行两年后），内部轴承会逐渐磨损，容易造成叶轮转速变慢（与正常相比），计量负偏差增大，从而引起计量偏少的现象，对大流量的计量影响尤为突出。建议改善方式：与生产厂家及商积极沟通，进行有针对性的维护或者干脆定期更换轴承。

涡轮流量计作为速度式流量计的主要品种，在国外液化石油气、成品油和轻质原油等的转运及集输站，大型原油输送管线的首末站都大量采用它进行贸易结算。相信随着我国工业设计与国际的不断接轨，涡轮流量计今后的应用会更加广阔。