渦輪流量計分類
( l )按傳感器結構分類
l )軸向型(普通型)葉輪軸中心與管道軸線重合,是 TUF 的主導產品,有全系列產品( DN10 DN600 )
2 )切向型 葉輪軸與管道軸線垂直,流體流向葉片平面的沖角約 9 0 °, 適用于小口徑微流量產品。
3 )機械型 葉輪的轉動直接或經磁藕合帶動機械計數機構,指示積算總量,測量精度比電信號檢測的傳感器稍低,其傳感器與顯示裝置組成體式,受到用戶歡迎。
4 )井下專用型 適用于石油開采井下作業及采輸用,測量介質有泥漿及油氣流等,傳感器體積受限制,需耐壓、溫及流體沖擊等。
5 )自校正雙渦輪型 可用于氣等氣體流量測量,傳感器由主、輔雙葉輪組成,可由二葉輪的轉速差自動校正流量性的變化。
6 )廣粘度型 在波型浮動轉子壓力平衡結構基礎上擴大上錐體與下錐體的直徑,增加粘度補償翼及承壓葉片等結構措施,使傳感器適用于粘度液體,如重油,粘度可達 30mm2/s
7 )插入型 插人型流量傳感器由測量頭、插入桿、插人機構、轉換器及儀表表體等組成(見第 13 章插入式流量計)。
( 2 )按被測介質分類
l )液體用 TUF
a .普通型適用于測量低粘度(≤ 5mpa.s ) 液體體積流量,公稱通徑為 DN10 ~ DN600, 度等為 0 . 25 0 . 5 (精度型為 0.15 使用介質溫度為 20 + 120 ℃ 壓力為 6 . 3MPao
b .耐腐型 適用于腐蝕性流體,如硫酸、鹽酸、硝酸等,般只有小口徑產品 ( DN20 DN50 )。
c .溫型 適用于液體溫度在 300 ℃ 以下,被測液體溫度受檢測線圈耐溫性能的限制 .
d .低溫型 被測流體可低 250 ℃ ,應用于液態氧、液態氮等流體的測量。
e .粘度型 適應液體粘度達 70 400mpa · s ,通常口徑愈大粘度可愈,同臺傳感器,當流體粘度增大時會使線性流量的下限值提,而范圍度縮小。
2 )氣體用 TUF
a .普通型 測量潔凈氣體的流量,公稱通徑為 DN15 DN350 ,流體溫度為 20+ 120 ℃ ,壓力為 2 . 5 10MPa ,度等 1 。
b .燃氣型 適用于石油氣 . 、人工燃氣、氣及液化石油氣等,可采取自動注油器潤滑保護軸承,避雜質進人運動部件,提使用期限。結構大部分采用機械式就地顯示裝置,亦可用光導纖維技術輸出分辨率的沖信號,口徑系列為 DN25 DN600 ,工作壓力≤ 10mpa ,度為土 1 % (或土 0 . 5 % ) o
( 3 )按信號檢測方式分類
l )感應式 傳感器葉輪中嵌有永磁性材料。當葉輪和永磁性材料旋轉時,磁場交替接近與遠離傳感器表體外的檢測線圈,線圈的感應電勢隨著變化,此周期變化的頻率信號經放大后輸出。
2 )變磁阻式 葉輪葉片或輪箍由導磁材料制成,傳感器表體外檢測線圈中裝有永磁性材料。當葉輪旋轉時,線圈內永磁材料形成的磁路,因導磁性葉片交替接近或遠離,磁通產生周期性變化,線圈的等效阻抗亦隨著變化,在放大線路中產生連續的沖波。
3 )笛簧管(干簧管)式 嵌在葉輪(或與其同步的其他旋轉元件)里的永磁性材料周期地打開和閉合傳感器表體外笛簧管的簧片觸點,這種開關作用使恒流(或恒壓)源產生電沖信號。
4 )光電式 葉輪葉片或葉輪驅動的元件隨著葉輪旋轉,周期性地遮斷光束,所產生光沖信號轉換成電沖信號,近年出現光纖傳輸方式,有效地提抗干擾能力。
( 4 )按傳感器與管道連接方式分類
l )法蘭連接型 傳感器以法蘭方式與管道連接。定型產品法蘭標準按家標準。 壓力限于 6 . 3MPa 以下。
2 )螺紋連接型 傳感器以螺紋方式與管道連接。螺紋有密封型管螺紋和非密封型管螺紋兩種,可承受壓,但不適用于較大口徑。
3 )夾裝型傳感器本身無法蘭,靠管道上法蘭夾持住傳感器的兩密封端面,但不適用于較壓力和較大口徑。
( 5 )按流動方向分類安裝方便
1 )單向型 只允許流體從方向流人傳感器,因此有回流可能的場所,需加裝止回閥。
2 )雙向型 傳感器允許流體從“正”、“逆”兩個方向流人,少有兩個信號檢測器,流量顯示儀表能鑒別信號的相位。累積量采用“加”或“減”來處理“正”或“逆”兩個方向來流的總量。例如潛水艇用的 TUF
7 . 4 . 2 傳感器結構
TUF 傳感器由表體、導向體(導流器)、葉輪、軸、軸承及信號檢測器組成(見圖 7 . 1 )。
l )表體 表體是傳感器的主體部件,它起到承受被測流體的壓力,固定安裝檢測部件,連接管道的作用。表體采用不導磁不銹鋼或硬鋁合制造。對于大口徑傳感器亦可用碳鋼與不銹鋼組合的鑲嵌結構,表體外壁裝信號檢測器。
2 )導向體 在傳感器進出口裝有導向體,它對流體起導向整流以及支承葉輪的作用,通常選用不導磁不銹鋼或硬鋁材料制作。反推式渦輪流量傳感器的后導流件還要求能產生足夠的反推力,其結構形式很多。前導流器有專利產品可以抗流體流動的嚴重干擾。
3 )渦輪 亦稱葉輪,是傳感器的檢測元件,它由導磁性材料制成。葉輪有直板葉片、螺旋葉片和丁字形葉片等幾種,亦可用嵌有許多導磁體的多孔護罩環來增加定數量葉片禍輪旋轉的頻率,葉輪由支架中軸承支承,與表體同軸,其葉片數視口徑大小而定。葉輪幾何形狀及尺寸對傳感器性能有較大響,要根據流體性質、流量范圍、使用要求等設計,葉輪的動平衡很重要,直接響儀表性能和使用壽命。
4 )軸與軸承 它支承葉輪旋轉,需有足夠的剛度、強度和硬度、耐磨性、耐腐蝕性等。它決定著傳感器的可靠性和使用期限。傳感器失效通常是由軸與軸承引起的,因此它的結構與材料的選用以及維護是很重要的。
5 )信號檢測器 內常用變磁阻式,如圖 7 . 1 上半部分所示。由磁鋼、導磁棒(鐵芯)、線圈等組成。磁鋼對葉片有吸引力,產生磁阻力矩,小口徑傳感器在小流量時,磁阻力矩在諸阻力矩中成為主要項,為此將磁鋼分為大小兩種規格,小口徑配小規格以降低磁阻力矩。輸出信號有效值在 10mv 以上的可直接配用流量計算機,配上放大器則輸出伏頻率信號。
傳感器結構類型很多,這里介紹幾種廣泛應用的產品。
l )止推式渦輪流量傳感器 這類產品的結構簡圖示于圖 7 . 3 。圖( a )與圖( b )為軸尖止推類,采用平面或球面點接觸,接觸點與傳感器軸線重合,點接觸的優點是摩擦力矩很小,可用于較低的下限流量,但是大流量時磨損嚴重。圖( c )為端面面接觸止推型,端頭呈球形,軸承為平面形。此類結構僅用于小口徑(≤ DN15mm )傳感器,發揮其靈敏度的點。
渦輪流量計
2 )反推式渦輪流量傳感器 這類產品的結構簡圖如圖 7 . 4 所示。圖 7 . 4 ( a )中在輸人端面處壓力 pH 降低,產生反推力;圖 7 . 4 ( b )系流體經前面孔引入產生反推力;圖 7 . 4 ( c )表示流體由后反向推。反推式結構在定流量范圍內可使葉輪處于浮游狀態,軸向不存在接觸點,無端面摩擦和磨損,可延長使用期限。
渦輪流量計
3 )切向式渦輪流量傳感器 圖 7 , 5 所示為用于微流量測量的渦輪流量傳感器。流體由葉輪的切向流過,沖擊其葉片旋轉。由于被測流量小,為加大流體對葉輪的沖力,人口處裝有噴嘴,可以換噴嘴孔徑以調節流量范圍。葉輪的轉速采用光電法檢測,以避如磁阻法產生磁阻力矩。
渦輪流量計
4 )氣體 TUF 氣體的密度遠小于液體密度,流體推動力矩小,氣體流量傳感器與液體流量傳感器在結構參數上有顯著差別。要加大輪毅半徑,縮小流道截面積,使氣流流速加大且集中經過葉片邊緣。因氣流流速很,要用較小沖角的葉片。般為降低摩擦阻力矩,采用滾動軸承,并對軸承系統注人潤滑劑。它能沖洗掉軸承表面的微粒,延長軸承壽命。多孔狀的貯油室能在換加潤滑劑期間向軸承持續供油。典型的燃氣 TUF 如圖 7 . 6 所示。圖 7 . 6 ( a )所示為氣體 TUF 的剖面圖。圖 7 , 6 ( b )功所示為在傳感器顯示裝置上附加氣體體積補償器,補償器把傳感器測量的實際體積流量經壓力、溫度換算為標準狀態下的體積流量。另外還有報警、自診斷、遠傳信號等多種功能,它是臺功能齊全的流量計算機。
渦輪流量計
5 )自校正氣體雙渦輪流量傳感器 圖 7 . 7 所示為這種流量計的作用原理簡圖。由圖 7 . 7 可看出傳感器表體內裝有兩個立旋轉的葉輪。入口處為主渦輪,其下游的稱為輔渦輪。兩渦輪葉片均為螺旋狀,但輔渦輪的螺旋角較小,它起到感受主渦輪出口流體因流速分布畸變、運動件磨損結垢等形成阻力矩變化和流體物性(密度,粘度)變化的響。它可以保證使用條件與校驗條件不同時把儀表系數校正到校驗時的精度。
渦輪流量計
6 )無軸承渦輪流量傳感器 其結構簡圖如圖 7 . 8 所示。利用兩個錐形體的動力作用,可以使葉輪浮游工作,雖然無軸承解決了軸承磨損問題,但是流體的不潔凈會使浮游失去作用,故對流體清潔度要求,響了其推廣使用。
渦輪流量計
7 )廣粘度型渦輪流量傳感器 其結構簡圖如圖 7 . 9 所示。葉輪為平板葉片,軸承用套筒軸承,轉子前后設置兩個錐體,使轉子的葉片部分形成雙重圓筒流道。下錐體下游處流速減速后恢復的靜壓通過下錐體內部的壓力導人孔作用在轉子的下游側使其與推力相平衡,葉輪浮動。上下錐體較輪殼直徑大,增加粘度補償翼及在轉子兩側安裝環形板。采取以上措施可以使傳感器在粘度( 15 30mm2/ s )仍能保持線性區域和范圍度,用于重油測量范圍度為 7 : 1 ,度達士 0 . 2 %。