渦輪流量計(jì)（以下簡稱TUF）是葉輪式流量（流速）計(jì)的主要品種，葉輪式流量計(jì)還有風(fēng)速計(jì)、水表等。TUF由傳感器和轉(zhuǎn)換顯示儀組成，傳感器采用多葉片的轉(zhuǎn)子感受流體的平均流速，從而推導(dǎo)出流量或總量。轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速（或轉(zhuǎn)數(shù)）可用機(jī)械、磁感應(yīng)、光電方式檢出并由讀出裝置進(jìn)行顯示和傳送記錄。據(jù)稱美國早在1886年即發(fā)布過個(gè)TUF，1914年的認(rèn)為TUF的流量與頻率有關(guān)。美國的臺(tái)TUF是在1938年開發(fā)的，它用于飛機(jī)上燃油的流量測量，只是直至二戰(zhàn)后因噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)和液體噴氣燃料急需一種高、快速響應(yīng)的流量計(jì)才使它獲得真正的工業(yè)應(yīng)用。如今，它已在石油、化工、科研、國、計(jì)量各部門中獲得廣泛應(yīng)用。
流量計(jì)中TUF、容積式流量計(jì)和科氏質(zhì)量流量計(jì)是三類重復(fù)性、度的產(chǎn)品，而TUF又具有自己的特點(diǎn)，如結(jié)構(gòu)簡單、加工部件少、重量輕、維修方便、流通能力大和可適應(yīng)高參數(shù)等，是其他兩類流量計(jì)是的。
LWGY系列渦輪流量計(jì)是吸取了國內(nèi)外流量儀表技術(shù)經(jīng)過優(yōu)化設(shè)計(jì)，具有結(jié)構(gòu)簡單、輕巧、高、復(fù)現(xiàn)性好、反應(yīng)靈敏，安裝維護(hù)使用方便等特點(diǎn)的新一代渦輪流量計(jì)，廣泛用于測量封閉管道中與不銹鋼1Cr18Ni9Ti、2Cr13及剛玉Al2O3、硬質(zhì)合金不起腐蝕作用，且無纖維、顆粒等雜質(zhì)，工作溫度下運(yùn)動(dòng)粘度小于5×10-6m2/s的液體，對(duì)于運(yùn)動(dòng)粘度大于5×10-6m2/s的液體，可對(duì)流量計(jì)進(jìn)行實(shí)液標(biāo)定后使用。若與具有功能的顯示儀表配套，還可以進(jìn)行定量控制、量報(bào)警等，是流量計(jì)量和的理想儀表。
二、工作原理
圖1所示為渦輪流量傳感器結(jié)構(gòu)簡圖，由圖可見，當(dāng)被測流體流過傳感器時(shí)，在流體作用下，葉輪受力旋轉(zhuǎn)，其轉(zhuǎn)速與管道平均流速成正比，葉輪的轉(zhuǎn)動(dòng)周期地改變磁電轉(zhuǎn)換器的磁阻值。檢測線圈中的磁通隨之發(fā)生周期性變化，產(chǎn)生周期性的感應(yīng)電勢，即電脈沖信號(hào)，經(jīng)放大器放大后，送至顯示儀表顯示。
圖1
渦輪流量計(jì)的流量方程可分為兩種：實(shí)用流量方程和理論流量方程。
（1） 實(shí)用流量方程
qv=f/K 公式1
qm=qvρ 公式2
式中 qv, qm……分別為體積流量，m3/s，質(zhì)量流量，kg/s;
f……流量計(jì)輸出信號(hào)的頻率，Hz;
K……流量計(jì)的儀表系數(shù)，P/m3。
流量計(jì)的系數(shù)與流量（或管道雷諾數(shù)）的關(guān)系曲線如圖2所示。由圖可見，儀表系數(shù)可分為二段，即線性段和非線性段。線性段約為其工作段的三分之二，其特性與傳感器結(jié)構(gòu)尺寸及流體粘性有關(guān)。在非線性段，特性受軸承摩擦力，流體粘性阻力影響較大。當(dāng)流量低于傳感器流量下，儀表系數(shù)隨著流量變化。壓力損失與流量近似為平方關(guān)系。當(dāng)流量過流量上要注意空穴現(xiàn)象。結(jié)構(gòu)相似的TUF特性曲線的形狀是相似的，它在系統(tǒng)誤差水平方面有所不同。
圖2 渦輪流量計(jì)特性曲線
傳感器的儀表系數(shù)由流量校驗(yàn)裝置校驗(yàn)得出，它不問傳感器內(nèi)部流體機(jī)理，把傳感器作為一個(gè)黑匣子，根據(jù)輸入（流量）和輸出（頻率脈沖信號(hào)）確定其轉(zhuǎn)換系數(shù)，它便于實(shí)際應(yīng)用。但要注意，此轉(zhuǎn)換系數(shù)（儀表系數(shù)）是有條件的，其校驗(yàn)條件是參考條件，如果使用時(shí)偏離此條件系數(shù)將發(fā)生變化，變化的情況視傳感器類型，管道安裝條件和流體物性參數(shù)的情況而定。
（2） 理論流量方程
根據(jù)動(dòng)量矩定理可以列出葉輪的運(yùn)動(dòng)方程
公式3
式中 J： 葉輪的慣性矩；
dw/dt： 葉輪的旋轉(zhuǎn)加速度；
M1： 流體的驅(qū)動(dòng)力拒；
M2： 粘性阻力矩；
M3： 軸承摩擦阻力矩；
M4： 磁阻力矩。
當(dāng)葉輪以恒速旋轉(zhuǎn)時(shí)， 0，則M1=M2+M3+M4。經(jīng)理論分析與實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證可得
公式4
式中 n： 葉輪轉(zhuǎn)速；
qv： 體積流量；
A： 與流體物性（密度、粘度等），葉輪結(jié)構(gòu)參數(shù)（葉片傾角、葉輪直徑、
流道截面積等）有關(guān)的系數(shù)；
B： 與葉片頂隙，流體流速分布有關(guān)的系數(shù)；
C： 與摩擦力矩有關(guān)的系數(shù)。
國內(nèi)外學(xué)者提出許多理論流量方程，它們適用于各種傳感器結(jié)構(gòu)及流體工作條件。至今渦輪儀表特性的水動(dòng)力學(xué)特性仍舊不很清楚，它與流體物性及流動(dòng)特性有復(fù)雜的關(guān)系。比如當(dāng)流場有旋渦和非對(duì)稱速度分布時(shí)水動(dòng)力學(xué)特性就復(fù)雜。不能用理論式推導(dǎo)儀表系數(shù)，儀表系數(shù)仍需由實(shí)流校驗(yàn)確定。但是理論流量方程有大的實(shí)用意義，它可用于指導(dǎo)傳感器結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計(jì)及現(xiàn)場使用條件變化時(shí)儀表系數(shù)變化規(guī)律的預(yù)測和估算。
三、產(chǎn)品特點(diǎn)
- 高度，一般可達(dá)&plun;1%R、&plun;0.5%R，高型可達(dá)&plun;0.2%R；
- 重復(fù)性好，短期重復(fù)性可達(dá)0.05%~0.2%,正是由于具有良好的重復(fù)性，如經(jīng)常校準(zhǔn)或在線校準(zhǔn)可得到高的度，在貿(mào)易結(jié)算中是優(yōu)先選用的流量計(jì)；
- 輸出脈沖頻率信號(hào)，適于總量計(jì)量及與計(jì)算機(jī)連接，無點(diǎn)漂移，干擾能力強(qiáng)；
- 可獲得很高的頻率信號(hào)（3~4kHz），信號(hào)分辨力強(qiáng)；
- 范圍度寬，中大口徑可達(dá)1:20，小口徑為1:10；
- 結(jié)構(gòu)緊湊輕巧，安裝維護(hù)方便，流通能力大；
- 適用高壓測量，儀表表體上不開孔，易制成高壓型儀表；
- 型傳感器類型多，可根據(jù)用戶需要設(shè)計(jì)為各類型傳感器，例如低溫型、雙向型、井下型、混砂型等；
- 可制成型，適用于大口徑測量，壓力損失小，價(jià)格低，可不斷流取出，安裝維護(hù)方便。
四、基本參數(shù)與技術(shù)性能
1.技術(shù)性能
表1
儀表口徑及連接方式 | 4、6、10、15、20、25、32、40采用螺紋連接 （15、20、25、32、40）50、65、80、100、125、150、200采用法蘭連接 |
等級(jí) | &plun;1%R、&plun;0.5%R、&plun;0.2%R（需） |
量程比 | 1:10；1:15；1:20 |
儀表材質(zhì) | 304不銹鋼、316（L）不銹鋼等 |
被測介質(zhì)溫度（℃） | -20～＋120℃ |
環(huán)境條件 | 溫度－10～+55℃，相對(duì)濕度5％～90％，大氣壓力86～106Kpa |
輸出信號(hào) | 傳感器：脈沖頻率信號(hào)，低電平≤0.8V 高電平≥8V 變送器：兩線制4 ~ 20mADC電流信號(hào) |
供電電源 | 傳感器：+12VDC 、+24VDC（可選） 變送器：+24VDC 現(xiàn)場顯示型：儀表自帶3.2V鋰電池 |
信號(hào)傳輸線 | STVPV3×0.3（三線制），2×0.3（二線制） |
傳輸距離 | ≤1000m |
信號(hào)線接口 | 基本型：豪斯曼接頭，爆型：內(nèi)螺紋M20×1.5 |
爆等級(jí) | 基本型：非爆產(chǎn)品，爆型：ExdIIBT6 |
護(hù)等級(jí) | IP65 |
2.測量范圍及工作壓力
表2
儀表口徑 （mm） | 正常流量范圍（m3/h） | 擴(kuò)展流量范圍（m3/h） | 常規(guī)耐受壓力 （MPa） | 耐壓等級(jí)（MPa） （法蘭連接方式） |
DN 4 | 0.04～0.25 | 0.04～0.4 | 6.3 | 12、16、25 |
DN 6 | 0.1～0.6 | 0.06～0.6 | 6.3 | 12、16、25 |
DN 10 | 0.2～1.2 | 0.15～1.5 | 6.3 | 12、16、25 |
DN 15 | 0.6～6 | 0.4～8 | 6.3、2.5（法蘭） | 4.0、6.3、12、16、25 |
DN 20 | 0.8～8 | 0.45～9 | 6.3、2.5（法蘭） | 4.0、6.3、12、16、25 |
DN 25 | 1～10 | 0.5～10 | 6.3、2.5（法蘭） | 4.0、6.3、12、16、25 |
DN 32 | 1.5～15 | 0.8～15 | 6.3、2.5（法蘭） | 4.0、6.3、12、16、25 |
DN 40 | 2～20 | 1～20 | 6.3、2.5（法蘭） | 4.0、6.3、12、16、25 |
DN 50 | 4～40 | 2～40 | 2.5 | 4.0、6.3、12、16、25 |
DN 65 | 7～70 | 4～70 | 2.5 | 4.0、6.3、12、16、25 |
DN 80 | 10～100 | 5～100 | 2.5 | 4.0、6.3、12、16、25 |
DN 100 | 20～200 | 10～200 | 2.5 | 4.0、6.3、12、16、25 |
DN 125 | 25～250 | 13～250 | 1.6 | 2.5、4.0、6.3、12、16 |
DN 150 | 30～300 | 15～300 | 1.6 | 2.5、4.0、6.3、12、16 |
DN 200 | 80～800 | 40～800 | 1.6 | 2.5、4.0、6.3、12、16 |
五、儀表分類
1．按儀表功能分類，LWGY系列渦輪流量計(jì)可分為2大類，即：
l 渦輪流量傳感器/變送器
l 智能一體化渦輪流量計(jì)
2．功能說明
l 渦輪流量傳感器/變送器
該類渦輪流量產(chǎn)品本身不具備現(xiàn)場顯示功能，將流量信號(hào)遠(yuǎn)傳輸出。流量信號(hào)可分為脈沖信號(hào)或電流信號(hào)（4-20mA）；儀表價(jià)格低廉，集成度高，體積小巧，適用于與二次顯示儀、PLC、DCS等計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)配合使用。
按照不同的輸出信號(hào)，該類產(chǎn)品可分為LWGY-□N型和LWGY-□A型
LWGY-□N型傳感器：12～24VDC供電，三線制脈沖輸出，高電平≥8V，低電平≤0.8V；信號(hào)傳輸距離≤1000米；
LWGY-□A型變送器：24VDC供電，二線制4-20mA 輸出，信號(hào)傳輸距離≤1000。
該類渦輪流量產(chǎn)品均分為基本型和爆型（ExdIIBT6）兩種，外形如圖
圖3 圖4
基本型傳感器/變送器 爆型傳感器/變送器
l 智能一體化渦輪流量計(jì)
采用的功耗單片微機(jī)技術(shù)研制的渦輪流量傳感器與顯示積算一體化的新型智能儀表，采用雙排液晶現(xiàn)場顯示，具構(gòu)緊湊、讀數(shù)直觀清晰、性高、不受外界電源干擾、雷擊、成本低等明顯優(yōu)點(diǎn)。儀表具備儀表系數(shù)三點(diǎn)修正，智能補(bǔ)償儀表系數(shù)非線性，并可進(jìn)行現(xiàn)場修正。高清晰液晶顯示器同時(shí)顯示瞬時(shí)流量（4位數(shù)字）及累積流量（8位數(shù)字，帶清功能）。數(shù)據(jù)掉電后保持10年不丟。該類渦輪流量計(jì)均為爆產(chǎn)品，爆等級(jí)為：ExdIIBT6。
該類渦輪流量計(jì)按照供電方式、是否具備遠(yuǎn)傳信號(hào)輸出可分為LWGY-□B型和LWGY-□C型。
LWGY-□B型：供電電源采用3.2V10AH鋰電池（可連續(xù)運(yùn)行4年以上）； 無信號(hào)輸出功能。
LWGY-□C型：供電電源采用24VDC外供電，輸出4-20mA標(biāo)準(zhǔn)兩線制電流信號(hào)，并可根據(jù)不同的現(xiàn)場需要，可增加RS485或HART通訊。
圖5
智能一體化渦輪流量計(jì)
六、儀表選型
表3
型 號(hào) | 說 明 | |||||||
LWGY─ | □ | /□ | /□ | /□ | /□ | /□ | /□ | |
公 稱 通 徑 | 4 |
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| 4mm，標(biāo)準(zhǔn)量程0.04～0.25m3/h，寬量程為0.04～0.4m3/h |
6 | 6mm，標(biāo)準(zhǔn)量程0.1～0.6m3/h，寬量輪為0.06～0.6m3/h | |||||||
10 | 10mm，標(biāo)準(zhǔn)量程0.2～1.2m3/h，寬量程為0.15～1.5m3/h | |||||||
15 | 15mm，標(biāo)準(zhǔn)量程0.6～6m3/h寬量程為0.4～8m3/h | |||||||
20 | 20mm，標(biāo)準(zhǔn)量程0.8～8m3/h，寬量程為0.4～8m3/h | |||||||
25 | 25mm，標(biāo)準(zhǔn)量程1～10m3/h，寬量程為0.5～10m3/h | |||||||
32 | 32mm，標(biāo)準(zhǔn)量程1.5～15m3/h，寬量程為0.8～15m3/h | |||||||
40 | 40mm，標(biāo)準(zhǔn)量程2～20m3/h，寬量程為1～20m3/h | |||||||
50 | 50mm，標(biāo)準(zhǔn)量程4～40m3/h，寬量程為2～40m3/h | |||||||
65 | 65mm，標(biāo)準(zhǔn)量程7～70m3/h，寬量程為4～70m3/h | |||||||
80 | 80mm，標(biāo)準(zhǔn)量程10～100m3/h，寬量程為5～100m3/h | |||||||
100 | 100mm，標(biāo)準(zhǔn)量程20～200m3/h，寬量程為10～200m3/h | |||||||
125 | 125mm，標(biāo)準(zhǔn)量程25～250m3/h，寬量程為13～250m3/h | |||||||
150 | 150mm，標(biāo)準(zhǔn)量程30～300m3/h，寬量程為15～300m3/h | |||||||
200 | 200mm，標(biāo)準(zhǔn)量程80～800m3/h，寬量程為40～800m3/h | |||||||
類 型 | N | 基本型，+12V供電，脈沖輸出，高電平≥8V低電平≤0.8V | ||||||
A | 4～20mA兩線制電流輸出，遠(yuǎn)傳變送型 | |||||||
B | 電池供電現(xiàn)場顯示型 | |||||||
C | 現(xiàn)場顯示/4～20mA 兩線制電流輸出 | |||||||
C1 | 現(xiàn)場顯示/RS485通訊協(xié)議 | |||||||
C2 | 現(xiàn)場顯示/HART通訊協(xié)議 | |||||||
等級(jí) | 05 | 0.5級(jí) | ||||||
10 | 1.0級(jí) | |||||||
渦 輪 類 型 | W | 寬量程渦輪 | ||||||
S | 標(biāo)準(zhǔn)渦輪 | |||||||
材 質(zhì) | S | 304不銹鋼 | ||||||
L | 316（L）不銹鋼 | |||||||
爆 |
| 無標(biāo)記，為非爆型 | ||||||
E | 爆型 （ExmⅡ6或 ExdⅡBT6） | |||||||
壓力等級(jí) | N | 常規(guī) （參照表2） | ||||||
H(x) | 高壓 （參照表2） | |||||||
注：DN15～DN40常規(guī)為螺紋連接，如希望采用法蘭連接，請?jiān)?ldquo;公稱通徑”后加“（FL）”
例如，選用一臺(tái)法蘭連接式爆型渦輪流量計(jì)測量柴油，管道為DN40、現(xiàn)場需要顯示并遠(yuǎn)傳電流信號(hào)，要求0.5級(jí)，304不銹鋼材質(zhì)，儀表耐壓16MPa測量范圍為標(biāo)準(zhǔn)量程，其產(chǎn)品型號(hào)應(yīng)為：LWGY-40(FL)/C/05/S/S/E/H16
七、安裝尺寸
傳感器的安裝方式根據(jù)規(guī)格不同，采用螺紋或法蘭連接，安裝方式見圖6、圖7、圖8，安裝尺寸見表4。
整表結(jié)構(gòu)圖 過濾器結(jié)構(gòu)圖
1.過濾器 2.前直管段 3.葉輪 4.前置放大器 5.殼體 6.后直管段 1.壓緊圈 2.螺栓4×14 3.墊圈 4.密封墊圈
5.鋼絲1Cr18Ni9Ti-0.8×2.5 6.過濾網(wǎng) 7.座
圖6LWGY-4～10傳感器結(jié)構(gòu)及安裝尺寸示意圖
1. 殼體 2．前導(dǎo)向件 3．葉輪 4．后導(dǎo)向件 5．前置放大器
圖7 LWGY-15～40傳感器結(jié)構(gòu)及安裝尺寸示意圖
1. 球軸承 2．前導(dǎo)向件 3．漲圈 4．殼體
5．前置放大器 6．葉輪 7．軸承 8．軸
圖8LWGY-50～200傳感器結(jié)構(gòu)及安裝尺寸示意圖
表4
公稱通徑（mm） | L(mm) | G | D(mm) | d(mm) | 孔數(shù) |
4 | 295 | G1/2 |
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6 | 330 | G1/2 | |||
10 | 450 | G1/2 | |||
15 | 75 | G1 | Ф65 | Ф14 | 4 |
20 | 80 | G1 | Ф75 | Ф14 | 4 |
25 | 100 | G5/4 | Ф85 | Ф14 | 4 |
32 | 140 | G2 | Ф100 | Ф14 | 4 |
40 | 140 | G2 | Ф110 | Ф18 | 4 |
50 | 150 |
| Ф125 | Ф18 | 4 |
65 | 170 | Ф145 | Ф18 | 4 | |
80 | 200 | Ф160 | Ф18 | 8 | |
100 | 220 | Ф180 | Ф18 | 8 | |
125 | 250 | Ф210 | Ф25 | 8 | |
150 | 300 | Ф250 | Ф25 | 8 | |
200 | 360 | Ф295 | Ф23 | 12 |
八、流量計(jì)安裝注意事項(xiàng)
（1）安裝場所
傳感器應(yīng)安裝在便于維修，管道無振動(dòng)、無強(qiáng)電磁干擾與熱輻射影響的場所。渦輪流量計(jì)的典型安裝管路系統(tǒng)如圖9所示。圖中各部分的配置可視被測對(duì)象情況而定，并不都需要。渦輪流量計(jì)對(duì)管道內(nèi)流速分布畸變及旋轉(zhuǎn)流是敏感的，進(jìn)入傳感器應(yīng)為充分發(fā)展管流，因此要根感器上游側(cè)阻流件類型配備要的直管段或流動(dòng)調(diào)整器，如表5所示。若上游側(cè)阻流件情況不明確，一般推薦上游直管段長度不小于20D，下游直管段長度不小于5D，如安裝空間不能滿足上述要求，可在阻流件與傳感器之間安裝流動(dòng)調(diào)整器。傳感器安裝在室外時(shí)，應(yīng)有避直射陽光和雨淋的措施。 圖9
表5
上游側(cè)阻流件類型 | 單個(gè)90o彎頭 | 在同一平面上的兩個(gè)90o彎頭 | 在不同平面上的兩個(gè)90o彎頭 | 同心漸縮管 | 全開閥門 | 半開閥門 | 下游側(cè)長度 |
l/DN | 20 | 25 | 40 | 15 | 20 | 50 | 5 |
（2）連接管道的安裝要求
水平安裝的傳感器要求管道不應(yīng)有目測可覺察的傾斜（一般在5°以內(nèi)），垂直安裝的傳感器管道垂直度偏差亦應(yīng)小于5°。
需連續(xù)運(yùn)行不能停流的場所，應(yīng)裝旁通管和的截止閥（見圖9），測量時(shí)要旁通管無泄漏。
在新鋪設(shè)管道裝傳感器的位置先介入一段短管代替?zhèn)鞲衅鳎?ldquo;掃線”工作完畢確認(rèn)管道內(nèi)清掃干凈后，再正式接入傳感器。由于忽視此項(xiàng)工作，掃線損壞傳感器屢見不鮮。
若流體含雜質(zhì)，則應(yīng)在傳感器上游側(cè)裝過濾器，對(duì)于不能停流的，應(yīng)并聯(lián)安裝兩套過濾器輪流清除雜質(zhì)，或選用自動(dòng)清洗型過濾器。若被測液體含有氣體，則應(yīng)在傳感器上游側(cè)裝消氣器。過濾器和消氣器的排污口和消氣口要通向的場所。
若傳感器安裝位置處于管線的低點(diǎn)，為流體中雜質(zhì)沉淀滯留，應(yīng)在其后的管線裝排放閥，定期排放沉淀雜質(zhì)。
被測流體若為易氣化的液體，為發(fā)生氣穴，影響測量度和使用期限，傳感器的出口端壓力應(yīng)高于公式5計(jì)算的壓力pmin
pmin=2△p+1.25pv Pa 公式5
式中 pmin——壓力，Pa；
△p——傳感器流量時(shí)壓力損失，Pa；
pv——被測液體使用溫度時(shí)飽和蒸汽壓，Pa。
流量調(diào)節(jié)閥應(yīng)裝在傳感器下游，上游側(cè)的截止閥測量時(shí)應(yīng)全開，且這些閥門得產(chǎn)生振動(dòng)和向外泄漏。對(duì)于可能產(chǎn)生逆向流的流程應(yīng)加止回閥以流體反向流動(dòng)。
傳感器應(yīng)與管道同心，密封墊圈不得凸入管路。液體傳感器不應(yīng)裝在水平管線的點(diǎn)，以免管線內(nèi)聚集的氣體（如停流時(shí)混入空氣）停留在傳感器處，不易排出而影像測量。
傳感器前后管道應(yīng)支撐牢靠，不產(chǎn)生振動(dòng)。對(duì)易凝結(jié)流體要對(duì)傳感器及其前后管道采取保溫措施。
