導(dǎo)讀：輸油管道中的渦輪流量計(jì)的應(yīng)用與設(shè)計(jì)。隨著科學(xué)技術(shù)的長足進(jìn)步，這一難題也得到越來越完善的解決，針對這一情況，通過本文，筆者結(jié)合單位的工作實(shí)踐，跟各位交流一下渦輪流量計(jì)在輸油管道中的設(shè)計(jì)問題。

輸油管線在現(xiàn)代的能源工業(yè)中是極為重要的傳輸設(shè)備，對于輸油管線中的流體測量的要求是相關(guān)技術(shù)人員苦苦追求的目標(biāo)，也是一個(gè)永遠(yuǎn)沒有盡頭的技術(shù)難題，畢竟工業(yè)生產(chǎn)對于技術(shù)的追求也是無止境的。隨著科學(xué)技術(shù)的長足進(jìn)步，這一難題也得到越來越完善的解決，針對這一情況，通過本文，筆者結(jié)合單位的工作實(shí)踐，跟各位交流一下渦輪流量計(jì)在輸油管道中的設(shè)計(jì)問題。

一、渦輪流量計(jì)的工作原理

渦輪流量計(jì)的工作原理是通過在管道中安裝一個(gè)渦輪，兩邊由軸承加以支撐。在流體經(jīng)過管道時(shí)，沖擊渦輪的葉片，沖擊力對渦輪產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)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(jì)算得到通過管道的流體流量。

渦輪的轉(zhuǎn)速通過裝在機(jī)殼外的傳感線圈來檢測。當(dāng)渦輪葉片切割由殼體內(nèi)*磁鋼產(chǎn)生的磁力線時(shí)，就會(huì)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(hào)送入前置放大器，對信號(hào)進(jìn)行放大、整形，產(chǎn)生與流速成正比的脈沖信號(hào)，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(shí)亦將脈沖信號(hào)送入頻率電流轉(zhuǎn)換電路，將脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬電流量，進(jìn)而指示瞬時(shí)流量值。

二、渦輪流量計(jì)在輸油管道中的設(shè)計(jì)應(yīng)用

1.渦輪流量計(jì)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(shí)五十立方米至二百五十立方米；壓降：在zui大流量下壓力損失小于四十千帕（以水為測試介質(zhì)時(shí)）；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(shí)顯示瞬時(shí)流量和累積流量，并可切換顯示總累積流量、批累積量、瞬時(shí)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(diǎn)對應(yīng)的儀表系數(shù)，插值計(jì)算出流量計(jì)的儀表系數(shù)。溫度補(bǔ)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(jìn)行補(bǔ)償。

計(jì)量精度：零點(diǎn)二級。

2.渦輪流量計(jì)的設(shè)計(jì)

液體渦輪流量計(jì)由渦輪流量傳感器和流量積算儀組成?！　?/p>

*，渦輪流量傳感器的設(shè)計(jì)。渦輪流量傳感器是渦輪流量計(jì)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(dòng)力矩平衡原理，當(dāng)流體流經(jīng)傳感器時(shí)，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(dòng)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(hào)，該信號(hào)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(diǎn)八毫米。

整流器。渦輪流量計(jì)特性與管線內(nèi)的速度分布有很大的關(guān)系，因此保證進(jìn)入流量計(jì)的流體具有均勻的速度分布，是提高計(jì)量的準(zhǔn)確性一個(gè)重要的前提條件。因此研制的渦輪流量計(jì)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(jì)前后直管段的長度，提高計(jì)量精度，減小體積和重量。　　

第二，流量積算儀的設(shè)計(jì)。流量積算儀作為流量計(jì)的計(jì)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(hào)輸出和YG——865通訊接口三種輸出方式，內(nèi)置高容量三點(diǎn)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(hào)，并進(jìn)行運(yùn)算處理，就地顯示于顯示窗口上。其主要特點(diǎn)如下：

采用高性能微功耗的集成芯片，整機(jī)多功能，功耗低。

可切換顯示總累積流量、批累積量、瞬時(shí)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(hào)輸出，YG——865通訊接口。

內(nèi)置高容量三點(diǎn)六伏鋰電池供電，壽命長，更換方便，電池壽命可達(dá)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(jì)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(bǔ)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(jìn)行溫度補(bǔ)償。

溫度補(bǔ)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(jì)算不同介質(zhì)當(dāng)溫度每升高一攝氏度時(shí)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(shí)，溫度體積系數(shù)為零點(diǎn)零零零八四，當(dāng)溫度升高一攝氏度時(shí)，體積變化率為千分之零點(diǎn)八四，若溫度變化十?dāng)z氏度的話，將會(huì)引起百分之零點(diǎn)八四的計(jì)量誤差。

當(dāng)輸送原油時(shí)，溫度對體積的影響很大，當(dāng)溫度變化十?dāng)z氏度時(shí)，會(huì)引起分百之一點(diǎn)二三的計(jì)量誤差，而一般流量計(jì)的計(jì)量度都可達(dá)到百分之零點(diǎn)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(jì)量交接的要求。溫度補(bǔ)償?shù)哪康木褪菍?shí)測油品的流量值轉(zhuǎn)換成可代計(jì)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(jì)的標(biāo)定

　　確定流量計(jì)儀表系數(shù)及度分析渦輪流量計(jì)屬于速度式流量計(jì)，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(jì)采用活塞式液體體積管進(jìn)行檢定。體積管型號(hào)為JHYG-150，流量范圍：每小時(shí)零點(diǎn)五六立方米至五百六十立方米、準(zhǔn)確度為百分之零點(diǎn)零三。根據(jù)規(guī)程要求，在流量每小時(shí)二十五立方米至二百五十立方米的范圍內(nèi)進(jìn)行檢定，對每個(gè)檢定點(diǎn)進(jìn)行九次檢定，檢定時(shí)記錄每個(gè)檢定點(diǎn)的條件。對不同流量工況下的檢定結(jié)果進(jìn)行分析，流量計(jì)的線性度、重復(fù)性、精度分別為千分之零點(diǎn)一五二，千分之零點(diǎn)零三一和千分之零點(diǎn)零點(diǎn)一五八。

·渦輪流量計(jì)工作原理 ·

渦輪流量計(jì)采用渦輪進(jìn)行測量的流量計(jì)。它先將流速轉(zhuǎn)換為渦輪的轉(zhuǎn)速，再將轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換成與流量成正比的電信號(hào)。這種流量計(jì)用于檢測瞬時(shí)流量和總的積算流量，其輸出信號(hào)為頻率，易于數(shù)字化。感應(yīng)線圈和永久磁鐵一起固定在殼體上。當(dāng)鐵磁性渦輪葉片經(jīng)過磁鐵時(shí)，磁路的磁阻發(fā)生變化，從而產(chǎn)生感應(yīng)信號(hào)。信號(hào)經(jīng)放大器放大和整形，送到計(jì)數(shù)器或頻率計(jì)，顯示總的積算流量。同時(shí)將脈沖頻率經(jīng)過頻率－電壓轉(zhuǎn)換以指示瞬時(shí)流量。葉輪的轉(zhuǎn)速正比于流量，葉輪的轉(zhuǎn)數(shù)正比于流過的總量。渦輪流量計(jì)的輸出是頻率調(diào)制式信號(hào)，不僅提高了檢測電路的抗干擾性，而且簡化了流量檢測系統(tǒng)。它的量程比可達(dá)10:1,精度在±0.2%以內(nèi)。慣性小而且尺寸小的渦輪流量計(jì)的時(shí)間常數(shù)可達(dá)0.01秒。

在歐洲和美國渦輪流量計(jì)是繼孔板流量計(jì)之后的第二個(gè)法定天然氣流量計(jì)，已經(jīng)發(fā)展為多品種、全系列，多規(guī)格，批量生產(chǎn)規(guī)模的天然氣流量計(jì)。標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范亦十分完備，但亦有不足之處：對測量介質(zhì)潔凈度要求較高，使用期限受到限制。據(jù)國外相關(guān)部門稱：曾對240臺(tái)使用8-15年的流量計(jì)進(jìn)行周期檢定，發(fā)現(xiàn)儀表準(zhǔn)確度的偏移仍在規(guī)定范圍內(nèi)。另外，采用一種高效整流作用的整流器與渦輪流量傳感器耦合成結(jié)構(gòu)一體化的氣體渦輪流量計(jì)，在上游側(cè)阻流件為彎頭或有半開截止閥條件下，只需要2D直管段長度，對于城市用安裝空間窄小的，它是很突出的特點(diǎn)。

·渦輪流量計(jì)的特點(diǎn) ·

· 壓力損失小，葉輪具有防腐功能；

· 采用先進(jìn)的超低功耗單片微機(jī)技術(shù)，整機(jī)功能強(qiáng)、功耗低、性能優(yōu)越。

· 具有非線性精度補(bǔ)償功能的智能流量顯示器。修正公式精度優(yōu)于±0.02%

· 儀表系數(shù)可由按鍵在線設(shè)置，并可顯示在LCD屏上，LCD屏直觀清晰，可靠性強(qiáng)

· 采用EEPROM對累積流量、儀表系數(shù)掉電保護(hù)，保護(hù)時(shí)間大于10年

· 采用高性能MCU中央處理器，完成數(shù)據(jù)采集處理顯示輸出、累積流量瞬時(shí)流量同

· 屏顯示方便的人機(jī)界面實(shí)現(xiàn)， 以標(biāo)準(zhǔn)485形式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。

· 采用全硬質(zhì)合金（碳化鎢）屏蔽式懸臂梁結(jié)構(gòu)軸承，集轉(zhuǎn)動(dòng)軸承與壓力軸承于一體，大大提高了軸承壽命，并可在有少量泥沙與污物的介質(zhì)中工作。

· 采用1Cr18Ni9Ti全不銹鋼結(jié)構(gòu)，（渦輪采用2Cr13）防腐性能好。　

· 容易維修，有自整流的結(jié)構(gòu)，小型輕巧，結(jié)構(gòu)簡單，可在短時(shí)間內(nèi)將其組合拆開，

· 內(nèi)部清洗簡單。

· 有較強(qiáng)抗磁干擾和振動(dòng)能力、性能可靠、壽命長

· 下限流速低,測量范圍寬，

· 現(xiàn)場顯示型液晶屏顯示清晰直觀，功耗低，3V鋰電池供電可連續(xù)運(yùn)行5年以上，

· 耐腐蝕，適用于酸堿溶液