簡介輸油管道中的渦輪流量計的設(shè)計與應(yīng)用

一、渦輪流量計的工作原理
　　渦輪流量計的工作原理是通過在管道中安裝一個渦輪，兩邊由軸承加以支撐。在流體經(jīng)過管道時，沖擊渦輪的葉片，沖擊力對渦輪產(chǎn)生驅(qū)動力矩，使渦輪克服磨擦力矩產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)。在一定的流量范圍內(nèi)，對一定的流體介質(zhì)粘度，渦輪的旋轉(zhuǎn)角速度與流體流速成正比。由此，流體流速可通過渦輪的旋轉(zhuǎn)角速度得到，以此便能通過計算得到通過管道的流體流量。

　　渦輪的轉(zhuǎn)速通過裝在機殼外的傳感線圈來檢測。當(dāng)渦輪葉片切割由殼體內(nèi)永久磁鋼產(chǎn)生的磁力線時，就會引起傳感線圈中的磁通變化。傳感線圈將檢測到的磁通周期變化信號送入前置放大器，對信號進行放大、整形，產(chǎn)生與流速成正比的脈沖信號，送入單位換算與流量積算電路得到并顯示累積流量值；同時亦將脈沖信號送入頻率電流轉(zhuǎn)換電路，將脈沖信號轉(zhuǎn)換成模擬電流量，進而指示瞬時流量值。
　　
二、渦輪流量計在輸油管道中的設(shè)計應(yīng)用
　　1.渦輪流量計的主要性能
　　額定壓力：四兆帕；長度：六百毫米；流量范圍：每小時五十立方米至二百五十立方米；壓降：在最大流量下壓力損失小于四十千帕（以水為測試介質(zhì)時）；總質(zhì)量：小于四十公斤。能在零下四十一攝氏度至零上四十六攝氏度的環(huán)境下正常工作。表頭同時顯示瞬時流量和累積流量，并可切換顯示總累積流量、批累積量、瞬時流量及介質(zhì)溫度，讀數(shù)方便，清晰直觀。
　　所配備的通訊接口，傳輸距離不小于九百米。儀表系數(shù)應(yīng)用多段非線性修正，根據(jù)不同流量點對應(yīng)的儀表系數(shù)，插值計算出流量計的儀表系數(shù)。溫度補償功能：基準(zhǔn)溫度二十?dāng)z氏度，不同的油品采用不同溫度體積系數(shù)進行補償。
　　計量精度：零點二級。
　　
2.渦輪流量計的設(shè)計
　　液體渦輪流量計由渦輪流量傳感器和流量積算儀組成?！　?br /> 第一，渦輪流量傳感器的設(shè)計。渦輪流量傳感器是渦輪流量計的基本單元，主要由整流器、導(dǎo)流體、渦輪、感應(yīng)線圈、槽頭接頭、提手等組成。它基于動力矩平衡原理，當(dāng)流體流經(jīng)傳感器時，在整流器和導(dǎo)流體作用下得到整流并加速由于渦輪葉片與流體流向成一定角度，在加速流體的作用下，葉輪產(chǎn)生轉(zhuǎn)動力矩，克服摩擦力矩和流體阻力矩后，渦輪開始旋轉(zhuǎn)。在一定流量范圍內(nèi)，渦輪轉(zhuǎn)速與流體體積流量成正比。葉輪旋轉(zhuǎn)切割磁力線，周期性地改變線圈中的磁通量，使線圈兩端感應(yīng)出與流體體積流量成正比的脈沖信號，該信號經(jīng)放大、濾波、整形后送入流量積算儀。
　　渦輪。渦輪由導(dǎo)磁不銹鋼材料制成，裝有螺旋葉片，葉片數(shù)為六片，葉片傾角為三十五度，葉片與內(nèi)殼間的間隙為零點八毫米。
　　整流器。渦輪流量計特性與管線內(nèi)的速度分布有很大的關(guān)系，因此保證進入流量計的流體具有均勻的速度分布，是提高計量的準(zhǔn)確性一個重要的前提條件。因此研制的渦輪流量計內(nèi)置了整流器。整流器由一束細(xì)不銹鋼管組成，整流束的長度為一百毫米：整流束管子的數(shù)目為四十二。通過增加整流器，可以減少流量計前后直管段的長度，提高計量精度，減小體積和重量?！　?br /> 第二，流量積算儀的設(shè)計。流量積算儀作為流量計的計算顯示部分，采用高性能微功耗的集成芯片，配有脈沖輸出、四毫安至二十毫安模擬信號輸出和YG——865通訊接口三種輸出方式，內(nèi)置高容量三點六伏鋰電池供電，并內(nèi)置溫度傳感器。積算儀接收傳感器的信號，并進行運算處理，就地顯示于顯示窗口上。其主要特點如下：
　　采用高性能微功耗的集成芯片，整機多功能，功耗低。
　　可切換顯示總累積流量、批累積量、瞬時流量及介質(zhì)溫度，清晰直觀，讀數(shù)方便。
　　配有脈沖輸出，四毫安至二十毫安模擬信號輸出，YG——865通訊接口。
　　內(nèi)置高容量三點六伏鋰電池供電，壽命長，更換方便，電池壽命可達兩年以上。
　　軟件中采用了多段非線性修正，把生產(chǎn)過程中由于加工精度造成的儀表誤差通過軟件計算修正到標(biāo)準(zhǔn)值以內(nèi)。
　　內(nèi)置式溫度傳感器，可以在線補償由于溫度引起的變化量。
　　在軟件包中內(nèi)置了汽油、噴氣燃料和柴油的體積膨脹率，通過設(shè)置的切換開關(guān)，可對不同油品進行溫度補償。
　　溫度補償。流體的體積隨溫度的變化而變化，一般來說，溫度升高，體積膨脹，流體的這種屬性稱為熱膨脹性，用熱膨脹率表示。不同流體具有不同的熱膨脹率。
　　下面通過示例，計算不同介質(zhì)當(dāng)溫度每升高一攝氏度時的體積變化率。對于柴油，當(dāng)密度為每立方米八百三十千克時，溫度體積系數(shù)為零點零零零八四，當(dāng)溫度升高一攝氏度時，體積變化率為千分之零點八四，若溫度變化十?dāng)z氏度的話，將會引起百分之零點八四的計量誤差。
　　當(dāng)輸送原油時，溫度對體積的影響很大，當(dāng)溫度變化十?dāng)z氏度時，會引起分百之一點二三的計量誤差，而一般流量計的計量精確度都可達到百分之零點五，只從提高儀表的精度出發(fā)，而不考慮被測介質(zhì)溫度的變化是不準(zhǔn)確的，不能滿足計量交接的要求。溫度補償?shù)哪康木褪菍崪y油品的流量值轉(zhuǎn)換成可代計量交接的標(biāo)準(zhǔn)溫度條件（以二十?dāng)z氏度為基準(zhǔn)）下的流量值。
　　

3.渦輪流量計的標(biāo)定
　　確定流量計儀表系數(shù)及精確度分析渦輪流量計屬于速度式流量計，在一定的流量范圍內(nèi)，對一定的流體介質(zhì)粘度，渦輪的旋轉(zhuǎn)角速度與流體的流速成正比。
　　該流量計采用活塞式液體體積管進行檢定。體積管型號為JHYG-150，流量范圍：每小時零點五六立方米至五百六十立方米、準(zhǔn)確度為百分之零點零三。根據(jù)規(guī)程要求，在流量每小時二十五立方米至二百五十立方米的范圍內(nèi)進行檢定，對每個檢定點進行九次檢定，檢定時記錄每個檢定點的條件。對不同流量工況下的檢定結(jié)果進行分析，流量計的線性度、重復(fù)性、精度分別為千分之零點一五二，千分之零點零三一和千分之零點零點一五八。
　　
三、本文結(jié)語
　　綜上，筆者針對著輸油管道中如何準(zhǔn)確測量流量的問題談了渦輪流量計的設(shè)計應(yīng)用，分別從其工作原理、結(jié)構(gòu)特點，以及結(jié)合筆者單位的工作情況談了設(shè)計應(yīng)用問題。希望淺顯的論述能為輸油管道液體的準(zhǔn)確計量起到積極推動和幫助作用