1、6.2.1 涡轮流量计的结构及原理涡轮流量计的结构及原理 涡轮流量计的工作原理涡轮流量计的工作原理天大泰和天大泰和美国美国GPI艾默生丹尼尔系列艾默生丹尼尔系列液体涡轮流量计液体涡轮流量计天津华水气体涡轮天津华水气体涡轮数数轮轮式式气气体体涡涡轮轮美国美国GPI夹装式涡轮夹装式涡轮 微小流量测量涡轮流量计的工作原理微小流量测量涡轮流量计的工作原理外壳外壳导向架导向架叶轮：直叶片、螺旋叶片叶轮：直叶片、螺旋叶片轴承：滑动、滚动轴承：滑动、滚动信号检测放大器：信号检测放大器：磁电转换原理磁电转换原理电涡流原理电涡流原理光电转换光电转换霍尔开关、磁敏电阻霍尔开关、磁敏电阻 涡轮流量传感器的结构：涡轮
2、流量传感器的结构：vKqf（3）信号检测放大器工作原理：）信号检测放大器工作原理：切割磁力线，在叶片上产生感应电势，耦合到切割磁力线，在叶片上产生感应电势，耦合到线圈上产生信号，经放大后输出。线圈上产生信号，经放大后输出。信号脉冲频率：信号脉冲频率：Kfq v流量：流量：式中：式中：K涡轮流量计的涡轮流量计的仪表系数仪表系数，1/L或或1/m3。单位体积流量的脉冲数。单位体积流量的脉冲数。vKqf 信号检测放大器工作原理：信号检测放大器工作原理：理想情况理想情况:K 应为一常数。应为一常数。信号脉冲频率：信号脉冲频率：Kfq v流量：流量：6.1.2 涡轮流量计特性分析涡轮流量计特性分析 对叶
3、轮作受力分析：对叶轮作受力分析：流体对叶轮的流体对叶轮的推动力矩推动力矩Tr；轴与轴承之间的轴与轴承之间的机械摩擦阻力矩机械摩擦阻力矩Trm；流体对涡轮的流体对涡轮的粘性阻力矩粘性阻力矩Trf；信号检测器放大器的信号检测器放大器的电磁阻力矩电磁阻力矩Tre；efmddrrrrTTTTtJ类比：Ftumdd0dd ,tC叶轮的转动惯量为叶轮的转动惯量为J，运动速度为，运动速度为根据牛顿第二运动定律可写出涡轮的运动方程为：根据牛顿第二运动定律可写出涡轮的运动方程为：在涡轮正常运动之后：在涡轮正常运动之后：Tre较小较小;始动时影响并不小。始动时影响并不小。0fmrrrTTT有有式中，式中，rr平均
4、半径。平均半径。分析分析f f，且仅分析圆周上的受力，且仅分析圆周上的受力f fr r即可。即可。：力学中物体所受冲量：力学中物体所受冲量 等于等于动量的变化量，考虑涡轮进、出口的周向动量变动量的变化量，考虑涡轮进、出口的周向动量变量。量。rfTrrtf以下分析推动力矩以下分析推动力矩TrTr：12umumtfu进口速度分析：进口速度分析：1 1经导向架的轴向来流速度经导向架的轴向来流速度1 1来流速度来流速度u u1 1与圆周方向夹角与圆周方向夹角u ur1r11 1在圆周向分量，即在圆周向分量，即0cos111uuru出口速度分析：出口速度分析：u2sin2出口速度出口速度u2的水平方向分
5、量的水平方向分量u2cos2出口速度出口速度u2的圆周向分量的圆周向分量2 2出口速度出口速度u u2 2与圆周方向夹角与圆周方向夹角 u u2 2流体离开涡轮叶片的绝对速度流体离开涡轮叶片的绝对速度221122coscoscosVuVuVutfrvqtV22vcosuqfr根据动量定理：根据动量定理：12umumtfV 时间内流过的流体体积时间内流过的流体体积t流体对叶轮的流体对叶轮的v2v1vqqq222111sinsinuAuA21AA 122sinuu根据流体力学中的根据流体力学中的，进、出口轴向流量相等：，进、出口轴向流量相等：22vcosuqfrruu出口速度分析：出口速度分析：2
6、2wuur叶轮在平均半径叶轮在平均半径r r处的旋转线速度：处的旋转线速度：流体对于出口涡轮叶片的相对速度流体对于出口涡轮叶片的相对速度ruurr22w 流体离开涡轮叶片的绝对速度流体离开涡轮叶片的绝对速度2u2 2出口速度出口速度u u2 2与圆周方向夹角与圆周方向夹角)tg(1vruqfr图中：图中：因此：因此：式中，式中，为叶轮结构角，螺旋升角。为叶轮结构角，螺旋升角。22vcosuqfr122sinuuruuuurtgtgcos1122)tg(1vruqrrfTrrAquv1推动力矩：推动力矩：)tg(1vruqfr0fmrrrTTT2v2f2v2mvtgqrTqrTrAqrr代入力矩
7、平衡方程：代入力矩平衡方程：得：得：其中：其中：vqfK Zf22v2f2v2mtg2qrTqrTrAZKrrZ 是叶轮叶片数；是叶轮叶片数；f 是脉冲频率。是脉冲频率。仪表系数：仪表系数：可整理为：可整理为：反映仪表的性能反映仪表的性能；2v2f2v2mvtgqrTqrTrAqrr 涡轮流量计的特性分析：涡轮流量计的特性分析：理想特性曲线理想特性曲线 假设：假设：，则有，则有 ，式中均为，式中均为叶轮的几何参数，故叶轮的几何参数，故 K 是一常量。是一常量。0fmrrTTrAZKtg22v2f2v2mtg2qrTqrTrAZKrr 始动流量始动流量 ，反映涡轮的，反映涡轮的灵敏度灵敏度。v阻
8、力矩中主要为机械摩擦阻力矩阻力矩中主要为机械摩擦阻力矩Trm，流体粘性阻，流体粘性阻力可忽略，力可忽略，。v输出脉冲频率为零，输出脉冲频率为零，即，即v整理得：整理得：vminq0frT0f0tg2vmin2mqrTrAr1tgmvminrATqr2v2mtg2qrTrAZqfKr 实际特性曲线与流量变化的关系，此时实际特性曲线与流量变化的关系，此时v1fqCTrv21vtg2qrCrAZqfK0 0mrfrTTa 流体层流流动时：流体层流流动时：为动力粘度为动力粘度,故故2v2f2v2mtg2qrTqrTrAZKrr22v1tg2rCrAZqfK2v2fqCTr2v2f2v2mtg2qrTq
9、rTrAZKrr涡轮流量计粘度补偿涡轮流量计粘度补偿fK仪表系数仪表系数K随随脉冲频率脉冲频率f与运动粘度与运动粘度的比值的比值而变化的而变化的曲线非常相近，可称之为通用曲线。可得拟和公式曲线非常相近，可称之为通用曲线。可得拟和公式通用曲线法通用曲线法112210nnfafafaaK6.2.3 涡轮流量计的特点涡轮流量计的特点v精度高：精度高：液体液体0.15%0.5%，气体，气体1%1.5%；v重复性好：重复性好：0.05%0.2%；v量程比宽：量程比宽：1050：1；v脉冲信号输出，抗干扰能力强；脉冲信号输出，抗干扰能力强；v耐压高、压力损失小、反应速度快；耐压高、压力损失小、反应速度快；
10、v有有可动部件可动部件，易磨损；，易磨损；v对介质有一定的清洁度要求；对介质有一定的清洁度要求；v需要需要前后直管段前后直管段分别为分别为10D和和5D。特点：特点：安装：安装：除特殊设计涡轮流量传感器应除特殊设计涡轮流量传感器应水平安装水平安装；涡轮上游和下游直管段长度应分别大于涡轮上游和下游直管段长度应分别大于10D和和5D；流体流体流动方向流动方向应和传感器上的箭头指向一致；应和传感器上的箭头指向一致；在传感器上游安装过滤器避免流体中杂质的影响；在传感器上游安装过滤器避免流体中杂质的影响；测量易气化液体，应安装测量易气化液体，应安装消气器消气器；流体不能完全充满管路时，应安装背压管；流体
11、不能完全充满管路时，应安装背压管；调节阀、温度计、压力计等应安装在调节阀、温度计、压力计等应安装在涡轮下游涡轮下游；为检修方便，应设置旁路管道。为检修方便，应设置旁路管道。使用：使用：根据被测流体的根据被测流体的粘度粘度选择不同设计的涡轮传选择不同设计的涡轮传感器；感器；根据被测流体的根据被测流体的温度温度、压力、密度确定传感、压力、密度确定传感器仪表系数；器仪表系数；为防止涡轮发生气蚀，应保证涡轮前压力高为防止涡轮发生气蚀，应保证涡轮前压力高于该液体气化压力。于该液体气化压力。根据被测流体为涡轮选用合适的根据被测流体为涡轮选用合适的轴承轴承。维护：维护：定期拆洗，并检查各部件；定期拆洗，并检查各部件；注意轴和注意轴和轴承磨损轴承磨损情况，并及时更换磨损情况，并及时更换磨损了的轴和轴承；了的轴和轴承；注意每运行一年，应进行全面检查、检定注意每运行一年，应进行全面检查、检定仪表系数。仪表系数。传感器拆下不用时，应在传感器拆下不用时，应在清洗后清洗后两端加保两端加保护套，妥善保存。护套，妥善保存。
