渦輪流量計的原理以及安裝使用淺談

何小濤，賈明鑫，張允寧，崔繼鵬，孫偉俊

（海洋石油工程（青島）有限公司，山東青島 266520）

渦輪流量計的原理以及安裝使用淺談

何小濤，賈明鑫，張允寧，崔繼鵬，孫偉俊

（海洋石油工程（青島）有限公司，山東青島 266520）

渦輪流量計是石油化工生產行業中應用最廣泛的一種流量測量產品，本文對渦輪流量計的工作原理以及結構特點進行了闡述，并對渦輪流量計在工業生產使用中應注意的事項加以說明。

渦輪流量計；工作原理；應用

渦輪流量計屬于速度式流量計的常用種類，它是以動量矩守恒原理為基礎的。由于它的準確度高、反應快、耐壓高等特點，因而在諸多領域用來計量液體、氣體和蒸汽的流量。如何用好渦輪流量計一直是許多用戶非常關心的問題，因此了解渦輪流量計的工作原理、結構形式、渦輪流量計的優缺點以及工業生產中的正確合理安裝使用對于用戶來說是十分必要的。

1 渦輪流量計的工作原理

渦輪流量計的基本結構組成是葉輪、軸承、前置放大器、流量積算儀等。渦輪流量計的原理如圖1所示。在流體管道中放有一個葉輪，兩端用軸承固定。渦輪流量計測量流體的流量時，由于葉輪的旋轉運動，使轉速和流速成正比例，確定流體的流動速度，得到被測介質的流量數據。

圖1 渦輪流量計原理示意圖

葉輪的轉速通過流量計中的傳感線圈來檢測。當葉輪的葉片高速旋轉的過程中，做切割磁力線的運行，在磁感應線圈內產生感應電流，形成一個脈沖電信號，傳感線圈將此電脈沖信號送入前置放大器，對信號進行放大、整形，形成具有一定幅度的連續的矩形脈沖波，再將此脈沖波送入積算儀進行計算和輸出，得到瞬時流量和累計流量的數值，渦輪流量計總體原理框用見圖2所示。

圖2 渦輪流量計總體原理框圖

2 渦輪流量計的結構形式

渦輪流量計主要由儀表殼體、導流器、葉輪、軸承、和信號檢測放大器等部件組成。

2.1 儀表殼體

儀表殼體一般采用不導磁的不銹鋼制成，直接與管道連接，流體流經其中。殼體是渦輪流量計的外殼，保證流量計的密閉，殼體必須承受一定的壓力，將整個流量計的部件聯系起來，形成一個整體的結構。

2.2 導流器

導流器通常也選用不導磁的不銹鋼或硬鋁材料制成，安裝在傳感器進出口處，對流體起著導向整流，保證葉輪的正常旋轉，使測量的流體比較平穩，能夠準確地反應流體的流量。

2.3 葉輪

葉輪是旋轉部件，上安裝有葉片，一般采用導磁不銹鋼材料制成。葉輪受到管道中被測流體沖擊而旋轉，有良好的導磁性能，葉輪的運行狀態直接影響到被測的結果。

2.4 軸和軸承

軸和軸承在渦輪流量計中，起到支撐的作用，能夠將轉動部件支撐起來，采用優質的材料制造而成，使其具有一定的強度，避免軸發生彎曲變形，保證軸承的潤滑，更好地支撐流量計的軸，使轉動部件能夠正常轉動起來，才能達到測量流量的目的。軸和軸承具有很好的耐磨性能。

2.5 信號檢測放大器

信號檢測放大器一般采用變磁阻式，它由永久磁鋼導磁棒線圈等組成。它的作用是將葉輪的旋轉情況轉換為電訊號出書，由于葉輪的旋轉和液體的流量成正比例關系，因此，信號檢測放大器，將輸入的電訊號進行整流、濾波后，輸出到顯示系統，得到被測介質的流量數值。

3 渦輪流量計的優缺點

渦輪流量計在工業生產使用中有很多優點，綜合起來一般有以下幾種：

3.1 結構簡單，適用范圍廣

渦街流量計結構比較簡單，安裝及維護保養方便，流體流通的順暢，能夠用于各種介質的流量測量，如氣體、液體、蒸汽等。

3.2 重復性好

渦輪流量計的重復性能突出，測量的精準程度高，在進行貿易結算時，渦流流量計是最佳的選擇。

3.3 計量的精確度高

渦輪流量計進行計量時，能夠達到較高的精度等級，減少測量的誤差，保證精準的計量效果。

（1）輸出脈沖頻率信號，可獲得很高的頻率信號，信號分辨力強；無零點漂移，抗干擾能力強，使用總量計量可與計算機連接。

（2）渦輪流量計可以進行高壓的測量，在壓力較高的條件下，能夠正常對流量進行計量，得到精準的流量數據。

（3）渦流流量計可以用于制備各種傳感器，如可以進行低溫傳感器、井下設備的傳感器以及混砂專用的傳感器等。

同樣渦輪流量計也存在一定的缺點和不足，歸納起來，有以下幾種：（1）長期使用渦輪流量計，為了達到精確度，必須進行校驗，才能正確使用。

（2）不能用于測量脈動的流體，對混相液流的測量效果不佳，，測量結果的精準度變差。

（3）氣體流量計對密度敏感性強，而液體流量計對黏度的變化影響大。

（4）渦輪流量計測量時，流速的變化影響到測量結果，旋轉的流動狀態也會導致測量結果不準確。

（5）如果被測介質不清潔，會影響測量結果，通過安裝過濾器除去雜質，再進行測量，增加了設備的投入量，導致流量測量的成本增大。

（6）小口徑的流量測量儀表的流量，受到被測物性的影響非常大。

4 渦輪流量計的安裝要求及使用

渦輪流量計的安裝要求比較高，安裝環境較為苛刻，要想使渦輪流量計安全有效的運行，保證測量準確，那么就必須正確的選擇渦輪流量計的安裝位置以及安裝形式，這樣才能避免和減少誤差和故障的出現。主要包括一下幾個方面：

1）渦輪流量計不能在強磁場與強電場以及熱輻射環境安裝，負責將會產生很大的干擾從而影響其測量精度

2）渦輪流量計應該水平安裝，盡量不要垂直安裝，在安裝時前后管道法蘭要水平，流量計軸線要與管道軸線同心，并且流向要一致。要保證其前后有一定的直管段，一般上游直管段為10倍公稱直徑，下游直管段為5倍公稱直徑。同時流量計安裝點的上下游配管的內徑要與流量計內徑一致。

3）在渦輪流量計安裝前，流體管道要清掃，在被測流體介質不潔凈時，管道還要加裝過濾器，這樣能減少對軸承的磨損，并防止葉輪被卡住。不允許將過濾器和流量計直接相連，防止損壞流量計。

4）在對渦輪流量計進行檢修時，只需要切換流程，通過旁接管線將流體導出，合理控制渦輪流量計的上下游流程，因此，流量計檢修時，對流體沒有影響，能夠正常的通過。

5）渦輪流量計的電源線應采用金屬屏蔽線，同時接地要良好可靠，不能與強電系統地線共用。

6）渦輪流量計在安裝以及拆卸時要保護好流量計的磁感應部件，不能有任何碰撞。

5 結束語

隨著自動化科技水平的不斷進步，智能化儀器儀表越來越受到重視，人們在工業生產中也越來越用到更多的智能儀表。渦輪流量計自診斷功能被引入流量計中，使得流量儀表不僅僅是簡單的測量儀表，更多地是為了系統維護的目的。同時在渦輪流量計中加入了先進的現場總線通訊技術，使得生產人員能夠遠程實時獲取生產現場的流量數據和歷史數據。總之，渦輪流量計具有壓力損失小、測量范圍廣、結構簡單、維修方便、購置價格低廉，維修保養的費用小，測量流量的范圍寬等優點，因而在石油，化工，冶金，城市燃氣管網等行業中具有廣泛的使用價值。

[1] 樂嘉謙. 儀表工手冊[M]. 第2 版. 化學工業出版社工業裝備與信息工程出版中心，2004.

[2] 蔡武昌. 流量測量方法和儀表的選用[M]. 工業裝備與信息工程出版中心，2001.

The Principle of Turbine Flowmeter and the Use of Installation

He Xiao-tao，Jia Ming-xin，Zhang Yun-ning，Cui Ji-peng，Sun Wei-jun

Turbine flowmeter is one of the most widely used flow measurement products in petrochemical production industry.This paper describes the working principle and structural characteristics of turbine flowmeter，and should pay attention to the use of turbine flowmeter in industrial production To explain.

turbine flowmeter；working principle；application

TH814

B

1003-6490（2017）06-0088-02

2017-05-18

何小濤（1981—），男，陜西興平人，工程師，主要從事儀表設計工作。