Что такое турбинный расходомер?

При условии принудительного вращения рабочего колеса его скорость пропорциональна средней скорости потока в трубопроводе. Вращение рабочего колеса периодически изменяет значение магнитного сопротивления магнитоэлектрического преобразователя. Магнитный поток в катушке обнаружения периодически изменяется, генерируя периодический индуцированный потенциал, т. е. электрический импульсный сигнал, который усиливается усилителем и отправляется на датчик расхода турбины для отображения.

Как рассчитать коэффициент расходомера турбины?

Коэффициент расходомера турбины связан с расходом (или числом Рейнольдса трубопровода)Коэффициент расходомера турбины связан с расходом (или числом Рейнольдса трубопровода)
Кривая зависимости коэффициента прибора показана на рисунке ниже. Как видно из рисунка, коэффициент прибора измерения расхода можно разделить на два участка, а именно линейный участок и нелинейный участок.

Линейный участок составляет около двух третей его рабочего участка, а его характеристики связаны с размером конструкции датчика расхода TUF и вязкостью жидкости.

На характеристики расходомера существенное влияние оказывают коэффициент трения подшипника и сопротивление вязкости жидкости, когда расход ниже нижнего предела расхода датчика,
Поскольку скорость потока быстро меняется, потеря давления находится примерно в квадратичной зависимости от скорости потока. Когда скорость потока превышает верхний предел, будьте осторожны с полостью.
Формы характеристических кривых TUF с аналогичными структурами схожи и отличаются только уровнем систематической погрешности.

Характеристическая кривая турбинного расходомера

1) Высокоточный расходомер: для измерения расхода жидкостей расходомер TUF обычно имеет точность ±0,25%R~±0,5%R, а турбинный расходомер высокоточного типа может достигать ±0,15%R; а для измерения расхода газа точность турбинного расходомера обычно составляет ±1%R~±1,5%R, а специального типа - ±0,5%R~±1%R. Это довольно высокоточные расходомеры среди всех расходомеров.

2) Хорошая повторяемость, кратковременная повторяемость может достигать 0,05%~0,2%. Благодаря хорошей повторяемости, если турбинный расходомер калибруется часто или в режиме онлайн, он может достичь чрезвычайно высокой точности.
3) Электронный турбинный расходомер: выходной сигнал импульсной частоты или выход 4-20 мА, подходит для измерения общего количества и подключения к компьютеру, не имеет дрейфа нуля и обладает высокой помехоустойчивостью.
4) Сигналы очень высокой частоты (3~4 кГц) могут быть получены с высоким разрешением сигнала.
5) Турбинный расходомер широкого диапазона, среднего и большого диаметра может достигать 40:1~10:1, малый диаметр - 6:1 или 5:1.
6) Турбинный датчик расхода имеет компактную и легкую конструкцию, прост в установке и обслуживании, а также большую пропускную способность.
7) Турбинный расходомер подходит для измерения расхода под высоким давлением, не требуется проделывать отверстия в корпусе прибора, и его легко изготовить в виде прибора для измерения расхода под высоким давлением.
8) Существует много типов специальных турбинных расходомеров, которые могут быть спроектированы в различные специальные датчики в соответствии с особыми потребностями пользователей, например, малые расходомеры , расходомеры высокого давления, турбинные расходомеры с трехзажимным соединением, высокотемпературные турбинные расходомеры и т. д.
9) Сложно поддерживать калибровочные характеристики в течение длительного времени, и требуется регулярная калибровка. Для несмазочных жидкостей жидкость содержит взвешенные частицы. Абразивность расходомера может привести к износу подшипников и заклиниванию, что ограничивает область его применения. Использование износостойких твердосплавных валов и подшипников улучшило ситуацию. Для торгового хранения и транспортировки, а также для высокоточных измерений лучше всего оснастить калибровочное оборудование на месте, которое можно регулярно калибровать для поддержания его характеристик.
10) Обычный турбинный расходомер жидкости не подходит для высоковязких сред (например, для измерения расхода меда, битума или смолы). По мере увеличения вязкости нижний предел измерения расходомера увеличивается, диапазон уменьшается, а линейность ухудшается.
11) Свойства жидкости (плотность, вязкость) оказывают большое влияние на характеристики прибора измерения расхода. Газовые расходомеры легко поддаются влиянию плотности, в то время как жидкостные расходомеры чувствительны к изменениям вязкости. Поскольку плотность и вязкость тесно связаны с температурой и давлением, колебания температуры и давления на месте неизбежны. Необходимо принимать меры компенсации в соответствии со степенью их влияния на точность, чтобы поддерживать высокую точность измерения турбинного расходомера.
12) Расходомер сильно зависит от искажения распределения скорости и вращательного потока входящего потока. Требуется более длинный прямой участок трубы на входной и выходной сторонах датчика расхода TUF. Если пространство для установки ограничено, можно установить регулятор расхода (выпрямитель), чтобы сократить длину прямого участка трубы.
13) Не подходит для измерения расхода пульсирующего и смешанного потока.
14) Требования к чистоте измеряемой среды высоки, что ограничивает область ее применения. Как мы все знаем, турбинный расходомер жидкости работает только с чистой и маловязкой жидкостью. Хотя фильтры могут быть установлены для адаптации к загрязненной среде, это также влечет за собой побочные эффекты, такие как повышенная потеря давления и повышенное обслуживание.

Типы турбинных расходомеров

1) Турбинный расходомер жидкости
а. Турбинный расходомер жидкости обычного типа подходит для измерения объемного расхода жидкостей с низкой вязкостью (≤45 мПа·с) с номинальным диаметром DN4~DN300, уровнем точности 0,25~0,5%, температурой среды -20~+150 ℃ и давлением 6,3 МПа.
б) Коррозионностойкий тип: подходит для едких жидкостей, таких как разбавленная серная кислота, разбавленная соляная кислота, разбавленная азотная кислота и т. д., как правило, только для изделий небольшого диаметра (DN20~DN50).
c. Высокотемпературный тип: Применим к температуре жидкости ниже 150℃. Температура измеряемой жидкости ограничена температурным сопротивлением катушки обнаружения.
d. Турбинный расходомер типа Tri-clamp для гигиенических целей. Его можно использовать для измерения питьевой воды, съедобного масла и молока. Турбинный расходомер полностью из нержавеющей стали с соединением Tri-Clover для легкой установки и легкой очистки.

е. Турбинный расходомер высокого давления. Турбинный расходомер может быть преобразован в тип высокого давления, чтобы выдерживать давление 1000 фунтов на квадратный дюйм, 2000 фунтов на квадратный дюйм или даже выше. Турбинный расходомер с межфланцевым соединением может быть легко преобразован в турбинный расходомер высокого давления.

2) Газотурбинный расходомер

Газотурбинный расходомер измеряет расход чистого газа с номинальным диаметром DN25 ~ DN400, температурой жидкости -20 ~ +120 ℃, давлением 2,5 ~ 10 МПа и уровнем точности 1% или 1,5%.

Газовый турбинный расходомер подходит для нефтяного газа, искусственного газа, природного газа и сжиженного нефтяного газа, воздуха, N2, CO2 и т. д. Автоматические масленки могут использоваться для смазки и защиты подшипников, предотвращения попадания примесей в движущиеся части и увеличения срока службы. Большинство конструкций используют цифровые локальные устройства отображения, а турбинный расходомер также может использоваться для вывода импульсных сигналов высокого разрешения или 4-20 мА или даже с протоколом HART или MODBUS.

Конструкция датчика расхода турбины

Датчик TUF состоит из корпуса счетчика, направляющего корпуса (дефлектора), рабочего колеса, вала, подшипника и детектора сигнала.
1) Корпус турбинного расходомера: Корпус счетчика является основной частью датчика, которая выдерживает давление измеряемой жидкости, фиксирует элементы обнаружения и соединяет трубопровод. Корпус счетчика изготавливается из немагнитной нержавеющей стали или твердого алюминиевого сплава. Для датчиков расхода большого калибра также может использоваться мозаичная структура, состоящая из углеродистой и нержавеющей стали, а детектор сигнала устанавливается на внешней стенке корпуса счетчика.

2) Направляющий корпус: Направляющий корпус устанавливается на входе и выходе датчика расхода. Он направляет и выпрямляет жидкость и поддерживает рабочее колесо. Обычно он изготавливается из немагнитной нержавеющей стали или твердого алюминия. Задняя направляющая датчика расхода турбины обратной тяги также необходима для создания достаточной обратной тяги, и ее структурные формы многочисленны. Передняя направляющая имеет запатентованное изделие, которое может противостоять серьезным помехам потоку жидкости.
3) Турбина, также известная как рабочее колесо, является элементом обнаружения датчика и изготовлена из материалов с высокой магнитной проницаемостью. Рабочие колеса включают прямые лопасти, спиральные лопасти и Т-образные лопасти. Пористое защитное кольцо, в которое встроено множество магнитных проводников, также может использоваться для увеличения частоты определенного количества лопастей. Рабочее колесо поддерживается подшипником в кронштейне и является коаксиальным с корпусом счетчика. Количество его лопастей зависит от размера калибра. Геометрическая форма и размер рабочего колеса оказывают большое влияние на производительность датчика. Он должен быть спроектирован в соответствии со свойствами жидкости, диапазоном расхода и требованиями к использованию. Динамический баланс рабочего колеса очень важен и напрямую влияет на производительность и срок службы прибора для измерения расхода.

4) Вал и подшипники: Они поддерживают вращение рабочего колеса и должны обладать достаточной жесткостью, прочностью, твердостью, износостойкостью, коррозионной стойкостью и т. д. Они определяют надежность и срок службы датчика расхода турбины. Отказ датчика обычно вызывается валом и подшипниками, поэтому его структура, выбор материала и техническое обслуживание очень важны.

5) Детекторы сигналов широко используются в Китае. Они состоят из постоянных магнитов, магнитных стержней (железных сердечников), катушек и т. д. Постоянные магниты оказывают притягивающее воздействие на лопасти, создавая магнитный момент сопротивления. Когда скорость потока мала для датчиков расхода турбины малого диаметра, магнитный момент сопротивления становится основным элементом среди моментов сопротивления. По этой причине постоянные магниты делятся на две спецификации: большие и малые. Датчики малого диаметра оснащены малыми спецификациями для уменьшения магнитного момента сопротивления. Выходные сигналы с эффективным значением более 10 мВ могут напрямую использоваться с компьютерами расхода, а при оснащении усилителями они могут выводить сигналы частоты на уровне напряжения.

Для жидкостей для калибровки датчика расхода турбины обычно используется вода. Если точность составляет 0,5, его можно использовать для жидкостей ниже 5×10-6 мм²/с без учета влияния вязкости. Если вязкость жидкости выше 5×10-6 мм²/с, его можно калибровать с помощью жидкости эквивалентной вязкости без внесения поправок на вязкость. Кроме того, можно предпринять некоторые меры для компенсации влияния вязкости, например, сузить диапазон использования, увеличить нижний предел расхода или умножить коэффициент прибора на коэффициент коррекции числа Рейнольдса и т. д.

Влияние вязкости на коэффициент прибора связано с типом и параметрами конструкции датчика, размером апертуры и т. д. Существует несколько способов выражения влияния вязкости на коэффициент прибора: зависимость между коэффициентом прибора и числом Рейнольдса, зависимость между коэффициентом прибора и выходной частотой при нескольких вязкостях и зависимость между коэффициентом прибора и отношением выходной частоты, деленной на кинематическую вязкость и т. д. Некоторые производители турбинных расходомеров имеют эту информацию, но не все производители ее имеют.

В нефтяной промышленности TUF получил распространение и используется благодаря некоторым характеристикам по сравнению с объемным расходомером.

Главные особенности — малый вес, простая и компактная конструкция, большая пропускная способность, простота обслуживания, толерантность к некоторым примесям без блокировки канала потока и превосходная безопасность. Еще в 1960-х годах на нефтяном месторождении Северного моря в Великобритании использовался TUF для измерения сырой нефти, а японская компания Tokiko также выпустила широкополосный TUF типа Портера для измерения тяжелой нефти.

Требования к плотности газа для газотурбинного расходомера

Газотурбинный расходомер в основном учитывает влияние плотности жидкости на коэффициент прибора. Влияние плотности в основном проявляется в области низкого расхода, как показано на рисунке ниже. Увеличение плотности (т.е. увеличение давления) расширяет прямую часть характеристической кривой до области нижнего предела расхода, диапазон датчика расширяется, а линейность улучшается. Если газотурбинный расходомер калибруется на воздухе при нормальном давлении, рабочее давление измеряемой среды отличается во время использования, и его нижний предел расхода рассчитывается по следующей формуле

Где qVmin и qVamina — нижний предел объемного расхода измеряемой среды и воздуха при давлении p и давлении pa (101,325 кПа) соответственно, м³/ч;
P. Pa- рабочее давление (абсолютное давление) и атмосферное давление (101,325 кПа), кПа;
d - Относительная плотность измеряемой среды, безразмерная.

Применение, для которого турбинный расходомер не подходит

Жидкости с большим количеством примесей, такие как циркулирующая охлаждающая вода, речная вода, сточные воды, мазут и т. д.; места с быстрым изменением расхода, такие как система подачи воды в котел, система подачи воздуха с пневмоударником и т. д.; при измерении жидкостей давление в трубопроводе невысокое, а расход большой, давление на стороне выхода прибора может быть близко к давлению насыщенных паров, и существует риск кавитации. Например, жидкий аммиак может свободно вытекать из резервуара высокого уровня, поэтому его не следует устанавливать на выпускном отверстии; вблизи электросварочных аппаратов, двигателей, реле с контактами и т. д. имеются места с серьезными электромагнитными помехами; длина прямых участков трубопровода вверх и вниз по течению серьезно недостаточна, например, в машинном отделении судна; если автоматическая система подачи воды в котел часто запускает и останавливает насос, это приведет к удару по крыльчатке и быстрому повреждению датчика; при выборе едких или абразивных сред следует проявлять