渦輪流量計(jì)的工作原理

　　 渦輪流量計(jì) 由渦輪、軸承、前置放大器、顯示儀表組成

　　被測(cè)流體沖擊渦輪葉片，使渦輪旋轉(zhuǎn)，渦輪的轉(zhuǎn)速隨流量的變化而變化，即流量大，渦輪的轉(zhuǎn)速也大，再經(jīng)磁電轉(zhuǎn)換裝置把渦輪的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換為相應(yīng)頻率的電脈沖，經(jīng)前置放大器放大后，送入顯示儀表進(jìn)行計(jì)數(shù)和顯示，根據(jù)單位時(shí)間內(nèi)的脈沖數(shù)和累計(jì)脈沖數(shù)即可求出瞬時(shí)流量和累積流量。

　　渦輪流量計(jì)的工作原理是當(dāng)流體沿著管道的軸線方向流動(dòng)，并沖擊渦輪葉片時(shí)，便有與流量qv、流速V和流體密度ρ乘積成比例的力作用在葉片上，推動(dòng)渦輪旋轉(zhuǎn)。在渦輪旋轉(zhuǎn)的同時(shí)，葉片周期性地切割電磁鐵產(chǎn)生的磁力線，改變線圈的磁通量。根據(jù)電磁感應(yīng)原理，在線圈內(nèi)將感應(yīng)出脈動(dòng)的電勢(shì)信號(hào)，此脈動(dòng)信號(hào)的頻率與被測(cè)流體的流量成正比。

　　渦輪流量計(jì)輸出的脈沖信號(hào)，經(jīng)前置于放大器放大后，送入顯示儀表，就可以實(shí)現(xiàn)流量的測(cè)量。

渦輪流量計(jì) 的選型

　?。?span data-style="font-size:medium;margin:0px;font-family:times new roman;padding:0px;">1）流量計(jì)本體可以選區(qū)用316不銹鋼材料以防腐，如是防爆區(qū)還必須是防爆結(jié)果。

　?。?span data-style="font-size:medium;margin:0px;font-family:times new roman;padding:0px;">2）軸承一般有炭化鎢，聚四氟乙烯，碳石墨三種規(guī)格：碳化鎢的精度最高，它作為工業(yè)控制的標(biāo)準(zhǔn)件；聚四氟乙烯，碳石墨能防腐，一般在化工場(chǎng)所優(yōu)先考慮。軸承的壽命流速的平方成正反比，故流速可以的在最大流速的1/3速度比較好。

　?。?span data-style="font-size:medium;margin:0px;font-family:times new roman;padding:0px;">3）感應(yīng)探頭是檢測(cè)轉(zhuǎn)動(dòng)體的運(yùn)動(dòng)并把它轉(zhuǎn)化為脈沖數(shù)字電信號(hào)，它電磁線圈電壓輸出值接近正弦曲線，脈沖信號(hào)的頻率范圍隨測(cè)量的流量大小成線性變化，典型的范圍為10:1，25:1和100:1三種規(guī)格。電磁線圈的電阻一般小于2000Ω，大于該值可能損壞。

 

在推導(dǎo)頻率與流速關(guān)系式時(shí)，使用了渦街的穩(wěn)定條件：間隔比h／ ，這說明旋渦產(chǎn)生的頻率受到一定的旋渦空間構(gòu)造影響，而旋渦的空間結(jié)構(gòu)與旋渦發(fā)生體的形狀有關(guān)．

另外，在前面的討論中，我們還應(yīng)該注意到：

①在上述推導(dǎo)過程中，均是在一維流動(dòng)的條件下的．然而在圓管中的流動(dòng)，是具有軸對(duì)稱分布的三維流動(dòng)．
②在上流有管道存在的條件下，會(huì)有附加的流速分布畸變、旋流、波動(dòng)等不穩(wěn)定因素．

上述兩點(diǎn)都會(huì)對(duì)旋渦的穩(wěn)定性與規(guī)律性產(chǎn)生重要的影響．所以，在渦街現(xiàn)象發(fā)現(xiàn)以后的很長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)，一直未能用來進(jìn)行測(cè)量流量，除了信號(hào)檢測(cè)技術(shù)以外，上述兩點(diǎn)也是重要的原因．為了克服上述因素帶來的影響，必須對(duì)旋渦發(fā)生體形狀有一定要求，使管內(nèi)的旋渦發(fā)生體處流動(dòng)盡量接近二維流動(dòng)，以控制三維流動(dòng)中旋渦發(fā)生體發(fā)出的旋渦相位，使渦線彎曲變得極小．

由此可見，旋渦發(fā)生體形狀對(duì)渦的發(fā)出有決定性的影響．

1. 旋渦發(fā)生體形狀的基本要求

旋渦發(fā)生體的形狀目前已有很多種式樣，但它們必須具有一些相同的基本要求：

①有鈍的(即非流線型的)截面形狀――這是產(chǎn)生旋渦的條件；
②上下截面形狀相同，并且左右對(duì)稱――流動(dòng)接近二維流動(dòng)的條件；
③邊界層分離點(diǎn)是固定的——斯特羅哈數(shù)St恒定的條件．

同時(shí)，旋渦發(fā)生體在管道中的安裝位置必須嚴(yán)格對(duì)稱．旋渦發(fā)生體上游必須具有10倍D以上的直管，下游必須有5倍D的直管．

2．旋渦發(fā)生體的基本結(jié)構(gòu)

旋渦發(fā)生體形狀有圓柱、三角往、T型柱、四角柱等，以下主要介紹圓柱與三角柱這兩種型式。

(1)圓柱型旋渦發(fā)生體

前面關(guān)于旋渦理論部分的內(nèi)容就是以圓柱為例進(jìn)行討論的。雖然這種型式使用較早，但嚴(yán)格地說，在高流速下它的斯特羅哈數(shù)St并不穩(wěn)定．因此，人們就將其改進(jìn)成開狹縫或?qū)嚎仔问剑?p align=center>
圖1 圓柱旋渦發(fā)生器 圖2 電容式三角柱旋渦發(fā)生體
1－導(dǎo)壓孔；2－空腔；3－隔墻；4－鉑緣

開導(dǎo)壓孔的圓柱旋渦發(fā)生器如圖1所示．由于有導(dǎo)壓孔存在，當(dāng)旋渦發(fā)出的同時(shí)產(chǎn)生的交替升力使流體通過導(dǎo)壓孔流動(dòng)，產(chǎn)生一邊吸入，一邊吹出的效果．當(dāng)流體附面層在圓柱表面開始分離時(shí)，在吸入一側(cè)，分離被抑制；在吹出一例，分離則被促進(jìn)發(fā)生．這樣就可使流體分離點(diǎn)的位置固定下來，也就可以使斯特羅哈數(shù)St相對(duì)穩(wěn)定．

（2）三角柱型旋渦發(fā)生體

目前采用較多的旋渦發(fā)生體是三角柱形的，其形狀一般由實(shí)驗(yàn)確定．它不僅可以得到比圓柱更強(qiáng)烈的旋渦，而且它的邊界層分離點(diǎn)是固定的，即其斯特羅哈數(shù)St相對(duì)恒定，大約為St＝0．16．這樣，渦頻與流速的關(guān)系為f＝0．16 u／d，其中d為三角柱的底邊寬度．形狀可見圖2所示．

如何正確的安裝渦街流量計(jì)

　　在安裝渦街流量計(jì)時(shí)如果安裝的不得當(dāng)會(huì)導(dǎo)致渦街流量無法正常工作，或者顯示的測(cè)量值不準(zhǔn)確等問題。下面我們就來說說如何正確的安裝渦街流量計(jì)。

　　渦街流量計(jì)安裝注意事項(xiàng)如下：

　　1、連接管道的法蘭尺寸必須與儀表的公稱尺寸相同，法蘭孔要光滑，可以是對(duì)焊法蘭；

　　2、流量計(jì)必須安裝在無障礙物的直管上；

　　3、安裝法蘭密封圈時(shí)注意不要使流體產(chǎn)生蒸汽；

　　4、流量計(jì)不能安裝在泵的進(jìn)出口，泵經(jīng)常會(huì)產(chǎn)生振蕩的流體，會(huì)影響渦街流量計(jì)阻流體產(chǎn)生管道的振動(dòng)；

　　5、流量計(jì)若安裝在泵的出口，會(huì)經(jīng)受嚴(yán)重的流量脈動(dòng)，引起傳感器的損壞；

　　6、流量計(jì)安裝在振動(dòng)調(diào)節(jié)閥的附近會(huì)造成同樣的損壞；

　　7、儀表上游四倍的管道直徑和下游二倍管道直徑范圍內(nèi)的管道內(nèi)表面應(yīng)無扎屑、砂孔、裂縫、凸出物和其它表面凹凸不平；

　　8、當(dāng)安裝儀表時(shí)應(yīng)考慮儀表的維護(hù)方便。若更換傳感器時(shí)不能中斷流體，則在安裝流量計(jì)前應(yīng)安裝隔離支管；

　　9、可以安裝旁路管，以使維修時(shí)移走整個(gè)儀表。

　　10、在測(cè)量液體時(shí)，建議將流量計(jì)安裝在調(diào)節(jié)閥的上游，這樣能保證滿管和足夠的背壓避免液體的閃蒸和汽蝕；

　　11、在測(cè)量氣體時(shí)，有幾種安裝方式，對(duì)最大的可測(cè)范圍而言，建議將流量計(jì)安裝于調(diào)節(jié)閥的下游10至30倍的管道直徑或更遠(yuǎn)處，這樣能保證流量計(jì)有最大的流速，從而使傳感器產(chǎn)生比較有效的信號(hào)；

　　12、若流體流動(dòng)穩(wěn)定時(shí)，流量計(jì)可以安裝在調(diào)節(jié)閥的上游，因?yàn)檎{(diào)節(jié)閥上游的壓力波動(dòng)通常比較??；

　　13、當(dāng)測(cè)量蒸汽時(shí)，建議將流量計(jì)安裝在調(diào)節(jié)閥的下游10至30管道直徑距離處，這樣對(duì)測(cè)量飽和蒸汽特別有效，能夠保證流量計(jì)處的冷凝量最小。

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