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)布過第一個(gè)TUF專利，1914年的專利認(rèn)為TUF的流量與頻率有關(guān)。美國的第一臺(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精度、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、國防、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、精確度最佳的產(chǎn)品，而TUF又具有自己的特點(diǎn)，如結(jié)構(gòu)簡單、加工零部件少、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)是難以達(dá)到的。LWGY系列渦輪流量計(jì)是吸取了國內(nèi)外流量儀表先進(jìn)技術(shù)經(jīng)過優(yōu)化設(shè)計(jì)，具有結(jié)構(gòu)簡單、輕巧、精度高、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。若與具有特殊功能的顯示儀表配套，還可以進(jìn)行定量控制、超量報(bào)警等，是流量計(jì)量和節(jié)能的理想儀表。 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1qm=qv 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限時(shí)，儀表系數(shù)隨著流量迅速變化。壓力損失與流量近似為平方關(guān)系。當(dāng)流量超過流量上限時(shí)要注意防止空穴現(xiàn)象。結(jié)構(gòu)相似的TUF特性曲線的形狀是相似的，它僅在系統(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，它完全不問傳感器內(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)特性就非常復(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巨大的實(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)高精確度，一般可達(dá) 1%R、 0.5%R，高精度型可達(dá) 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)可得到極高的精確度，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，無零點(diǎn)漂移，抗干擾能力強(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，儀表表體上不必開孔，易制成高壓型儀表；專用型傳感器類型多，可根據(jù)用戶特殊需要設(shè)計(jì)為各類專用型傳感器，例如低溫型、雙向型、井下型、混砂專用型等；可制成插入型，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采用法蘭連接精度等級(jí) 1%R、 0.5%R、 0.2%R（需特制）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，防爆型：內(nèi)螺紋M20 1.5防爆等級(jí)基本型：非防爆產(chǎn)品，防爆型：ExdIIBT6防護(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）特制耐壓等級(jí)（MPa）（法蘭連接方式）DN40.04～0.250.04～0.46.312、16、25DN60.1～0.60.06～0.66.312、16、25DN100.2～1.20.15～1.56.312、16、25DN150.6～60.4～86.3、2.5（法蘭）4.0、6.3、12、16、25DN200.8～80.45～96.3、2.5（法蘭）4.0、6.3、12、16、25DN251～100.5～106.3、2.5（法蘭）4.0、6.3、12、16、25DN321.5～150.8～156.3、2.5（法蘭）4.0、6.3、12、16、25DN402～201～206.3、2.5（法蘭）4.0、6.3、12、16、25DN504～402～402.54.0、6.3、12、16、25DN657～704～702.54.0、6.3、12、16、25DN8010～1005～1002.54.0、6.3、12、16、25DN10020～20010～2002.54.0、6.3、12、16、25DN12525～25013～2501.62.5、4.0、6.3、12、16DN15030～30015～3001.62.5、4.0、6.3、12、16DN20080～80040～8001.62.5、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，僅將流量信號(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，特別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)品均分為基本型和防爆型（ExdIIBT6）兩種，外形如圖 圖3 圖4基本型傳感器/變送器 防爆型傳感器/變送器l 智能一體化渦輪流量計(jì)采用先進(jìn)的超低功耗單片微機(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，具有機(jī)構(gòu)緊湊、讀數(shù)直觀清晰、可靠性高、不受外界電源干擾、抗雷擊、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位有效數(shù)字）及累積流量（8位有效數(shù)字，帶清零功能）。所有有效數(shù)據(jù)掉電后保持10年不丟。該類渦輪流量計(jì)均為防爆產(chǎn)品，防爆等級(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 4mm，標(biāo)準(zhǔn)量程0.04～0.25m3/h，寬量程為0.04～0.4m3/h66mm，標(biāo)準(zhǔn)量程0.1～0.6m3/h，寬量輪為0.06～0.6m3/h1010mm，標(biāo)準(zhǔn)量程0.2～1.2m3/h，寬量程為0.15～1.5m3/h1515mm，標(biāo)準(zhǔn)量程0.6～6m3/h寬量程為0.4～8m3/h2020mm，標(biāo)準(zhǔn)量程0.8～8m3/h，寬量程為0.4～8m3/h2525mm，標(biāo)準(zhǔn)量程1～10m3/h，寬量程為0.5～10m3/h3232mm，標(biāo)準(zhǔn)量程1.5～15m3/h，寬量程為0.8～15m3/h4040mm，標(biāo)準(zhǔn)量程2～20m3/h，寬量程為1～20m3/h5050mm，標(biāo)準(zhǔn)量程4～40m3/h，寬量程為2～40m3/h6565mm，標(biāo)準(zhǔn)量程7～70m3/h，寬量程為4～70m3/h8080mm，標(biāo)準(zhǔn)量程10～100m3/h，寬量程為5～100m3/h100100mm，標(biāo)準(zhǔn)量程20～200m3/h，寬量程為10～200m3/h125125mm，標(biāo)準(zhǔn)量程25～250m3/h，寬量程為13～250m3/h150150mm，標(biāo)準(zhǔn)量程30～300m3/h，寬量程為15～300m3/h200200mm，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 0.8VA4～20mA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)議精度等級(jí)05精度0.5級(jí)10精度1.0級(jí)渦輪類型W寬量程渦輪S標(biāo)準(zhǔn)渦輪材質(zhì)S304不銹鋼L316（L）不銹鋼防爆 無標(biāo)記，為非防爆型E防爆型（ExmⅡCT6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(qǐng)?jiān)?公稱通徑 后加 （FL） 例如，選用一臺(tái)法蘭連接式防爆型渦輪流量計(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)，要求精度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)GD(mm)d(mm)孔數(shù)4295G1/2 6330G1/210450G1/21575G1Ф65Ф1442080G1Ф75Ф14425100G5/4Ф85Ф14432140G2Ф100Ф14440140G2Ф110Ф18450150 Ф125Ф18465170Ф145Ф18480200Ф160Ф188100220Ф180Ф188125250Ф210Ф258150300Ф250Ф258200360Ф295Ф2312 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，并不一定全部都需要。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，因此要根據(jù)傳感器上游側(cè)阻流件類型配備必要的直管段或流動(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)有避直射陽光和防雨淋的措施。 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/DN2025401520505 （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)裝旁通管和可靠的截止閥（見圖9），測量時(shí)要確保旁通管無泄漏。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?，待?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安全的場所。若傳感器安裝位置處于管線的低點(diǎn)，為防止流體中雜質(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，為防止發(fā)生氣穴，影響測量精確度和使用期限，傳感器的出口端壓力應(yīng)高于公式5計(jì)算的最低壓力pminpmin=2△p+1.25pv Pa 公式5式中 pmin 最低壓力，Pa； △p 傳感器最大流量時(shí)壓力損失，Pa； pv 被測液體最高使用溫度時(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，且這些閥門都不得產(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)加止回閥以防止流體反向流動(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)裝在水平管線的最高點(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。