氣體渦輪流量計的基本結構和工作原理

　　渦輪流量計由渦輪流量傳感器和流量顯示儀表組成。將渦輪流量計感知流體流速的渦輪組件(包括前后導流體、葉輪、軸承、殼體、信號檢測組件)統(tǒng)稱為渦輪流量傳感器。圖1為渦輪流量計的基本結構圖。

根據(jù)動量守恒定律通過渦輪受理過程進行分析，可以比較直觀地描述基本工作過程，流體通過時推動葉輪，產(chǎn)生主動力矩。氣體渦輪流量計屬于速度式流量計，渦輪流量傳感器輸出與流量成正比關系的脈沖頻率，輸入到流量顯示儀表或計算機。在某一流量范圍和一定粘度范圍內，渦輪流量計輸出的信號脈沖頻率f與通過渦輪流量計的體積流量qV成正比［4］，即:

f=KqV　　　　　　　　　(1)

　　式中，K為渦輪流量計的儀表系數(shù)，1/L或1/m3，儀表系數(shù)K應為一常數(shù)，其數(shù)值由實驗標準標定得到。每臺渦輪流量傳感器的校準(或合格)證上都標明經(jīng)過實流檢定測得分段不同流量范圍的儀表系數(shù)K值。

儀表系數(shù)K的意義是單位體積流量通過渦輪流量傳感器輸出的信號脈沖頻率f(或信號脈沖總數(shù)N)。所以，當測得傳感器輸出的信號脈沖頻率或某一時間內的脈沖總數(shù)N后，分別除以儀表系數(shù)K，就可得到體積流量qV或流量總量Q，即:

要使渦輪流量計能夠較準確的工作，其儀表系數(shù)K必須為常數(shù)。但實際上渦輪流量計的工作特性并非如此，即:

式中，r為葉輪的平均半徑;ρ為流體的密度;A為流通截面積;θ為渦輪葉片與軸線的夾角;Trm為機械摩擦阻力矩;Trf為流體阻力矩。

以DN50為例，其流量特性曲線如圖2所示。

在理想狀態(tài)下，也就是假定渦輪處于勻速運動的平衡狀態(tài)，機械摩擦阻力矩Trm和流體阻力矩Trf都足夠小至可以忽略不計的狀態(tài)，儀表系數(shù)與流量的關系為

可見，理想特性僅僅與渦輪流量計的結構參數(shù)有關，儀表系數(shù)為一個常數(shù)，與流體變化無關。