Що таке турбінний витратомір?

За умови примусового обертання робочого колеса його швидкість пропорційна середній швидкості потоку в трубопроводі. Обертання робочого колеса періодично змінює величину магнітного опору магнітоелектричного перетворювача. Магнітний потік у котушці виявлення періодично змінюється, генеруючи періодичний індукований потенціал, тобто електричний імпульсний сигнал, який посилюється підсилювачем і надсилається на датчик потоку турбіни для відображення.

Як обчислити коефіцієнт/коефіцієнт турбінного витратоміра?

Фактор турбінного витратоміра пов’язаний зі швидкістю потоку (або числом Рейнольдса трубопроводу) Коефіцієнт турбінного витратоміра пов’язаний зі швидкістю потоку (або числом Рейнольдса трубопроводу)
Крива залежності інструментального коефіцієнта показана на малюнку нижче. Як видно з малюнка, коефіцієнт вимірювання витрати можна розділити на дві частини, а саме лінійну та нелінійну.

Лінійний сегмент займає приблизно дві третини свого робочого сегмента, і його характеристики пов’язані з розміром структури датчика потоку TUF і в’язкістю рідини.

На характеристики приладу для вимірювання потоку сильно впливає тертя підшипника та опір в’язкості рідини, коли швидкість потоку нижча за нижню межу швидкості потоку датчика,
Оскільки швидкість потоку швидко змінюється, втрата тиску приблизно пропорційна швидкості потоку. Коли швидкість потоку перевищує верхню межу, будьте обережні з порожниною.
Форми характеристичних кривих TUF з подібною структурою подібні, і вони відрізняються лише рівнем систематичної похибки.

Характеристика турбінного витратоміра

1) Високоточний витратомір: для вимірювання витрати рідин витратомір TUF зазвичай має точність ±0,25%R~±0,5%R, а високоточний турбінний витратомір може досягати ±0,15%R; а для вимірювання витрати газу точність турбінного витратоміра зазвичай становить ±1%R~±1,5%R, а спеціального типу — ±0,5%R~±1%R. це досить високоточні витратоміри серед усіх витратомірів.

2) Хороша повторюваність, короткочасна повторюваність може досягати 0,05% ~ 0,2%. Завдяки хорошій повторюваності, якщо турбінний витратомір калібрувати часто або онлайн, він може досягти надзвичайно високої точності.
3) Електронний турбінний витратомір: вихідний сигнал частоти імпульсів або вихід 4-20 мА, підходить для вимірювання загальної кількості та підключення до комп’ютера, без дрейфу нуля та має сильну здатність протидіяти перешкодам.
4) Дуже високочастотні сигнали (3~4 кГц) можна отримати з високою роздільною здатністю сигналу.
5) Турбінний витратомір широкого діапазону, середнього та великого діаметру може досягати 40:1 ~ 10:1, малий діаметр становить 6:1 або 5:1.
6) Турбінний датчик потоку має компактну та легку конструкцію, легку установку та обслуговування та велику пропускну здатність.
7) Турбінний витратомір підходить для вимірювання потоку високого тиску, не потрібно відкривати отвори на корпусі приладу, і легко зробити інструмент для вимірювання потоку високого тиску.
8) Існує багато типів спеціальних датчиків потоку турбіни, які можуть бути розроблені в різні спеціальні датчики відповідно до особливих потреб користувачів, наприклад , невеликі витратоміри , витратоміри високого тиску, витратомір турбіни з трьома затискачами, високотемпературний витратомір турбінні витратоміри та ін.
9) Важко підтримувати калібрувальні характеристики протягом тривалого часу, тому потрібне регулярне калібрування. Для рідин, які не є мастильними, рідина містить зважені речовини. Абразивність витратоміра може спричинити знос підшипника та заклинювання, що обмежує область його застосування. Покращило ситуацію використання зносостійких твердосплавних валів і підшипників. Для комерційного зберігання та транспортування та вимог до високоточних вимірювань найкраще обладнати обладнання для калібрування на місці, яке можна калібрувати регулярно, щоб підтримувати його характеристики.
10) Загальний рідинний турбінний витратомір не підходить для середовищ з високою в'язкістю (наприклад, для вимірювання витрати меду, бітуму або смоли). Зі збільшенням в'язкості нижня межа вимірювання витратоміра збільшується, діапазон зменшується, а лінійність погіршується.
11) Властивості рідини (густина, в'язкість) мають великий вплив на характеристики витратомірів. Газові витратоміри легко піддаються впливу густини, тоді як рідинні витратоміри чутливі до змін в'язкості. Оскільки щільність і в'язкість тісно пов'язані з температурою і тиском, коливання температури і тиску на місці неминучі. Необхідно вживати компенсаційні заходи відповідно до ступеня їхнього впливу на точність, щоб підтримувати високу точність вимірювання турбінного витратоміра.
12) Витратомір сильно залежить від викривлення розподілу швидкості та обертового потоку вхідного потоку. Потрібна довша пряма ділянка труби на верхній і нижній сторонах датчика потоку TUF. Якщо простір для установки обмежений, можна встановити регулятор потоку (ректифікатор), щоб скоротити довжину прямої ділянки труби.
13) Не підходить для вимірювання швидкості пульсуючого потоку та змішаного потоку.
14) Вимоги до чистоти вимірюваного середовища є високими, що обмежує область його застосування. Як ми всі знаємо, витратомір рідинної турбіни працює лише на чистій рідині з низькою в’язкістю. Хоча фільтри можуть бути встановлені для адаптації до забруднених середовищ, це також приносить побічні ефекти, такі як збільшення втрати тиску та збільшення обслуговування.

Типи турбінних витратомірів

1) Рідинний турбінний витратомір
a. Рідинний турбінний витратомір звичайного типу підходить для вимірювання об’ємної витрати рідин з низькою в’язкістю (≤45 мПа・с) з номінальним діаметром DN4~DN300, рівнем точності 0,25~0,5%, температурою середовища -20~+150. ℃ і тиск 6,3 МПа
b. Стійкий до корозії тип: підходить для корозійних рідин, таких як розведена сірчана кислота, розбавлена соляна кислота, розведена азотна кислота тощо, як правило, лише для виробів малого діаметра (DN20~DN50).
в. Тип високої температури: застосовується до температури рідини нижче 150 ℃. Температура вимірюваної рідини обмежена температурним опором котушки виявлення.
d. Турбінний витратомір із трьома затискачами для гігієнічних цілей. Його можна використовувати для вимірювання питної води, олії та молока. Турбінний витратомір із матеріалів із нержавіючої сталі має триконюшинне з’єднання для легкого встановлення та легкого очищення.

д. Турбінний витратомір високого тиску. Турбінний витратомір може бути виконаний у вигляді високого тиску, який витримує такий тиск, як 1000 psi, 2000 psi або навіть вище. Турбінний витратомір типу пластинчастого з’єднання можна легко перетворити на турбінний витратомір високого тиску.

2) Газотурбінний витратомір

Газотурбінний витратомір вимірює потік чистого газу з номінальним діаметром DN25 ~ DN400, температурою рідини -20 ~ +120 ℃, тиском 2,5 ~ 10 МПа та рівнем точності 1% або 1,5%.

Витратомір газової турбіни підходить для нафтового газу, штучного газу, природного газу та зрідженого нафтового газу, повітря, N2, CO2 тощо. Автоматичні мастильні машини можна використовувати для змащування та захисту підшипників, запобігання потраплянню домішок у рухомі частини та збільшення термін служби. Більшість структур використовують цифрові локальні пристрої відображення, а турбінний передавач потоку також можна використовувати для виведення імпульсних сигналів високої роздільної здатності або 4-20 мА або навіть за допомогою протоколу HART або MODBUS.

Структура датчика витрати турбіни

Датчик TUF складається з корпусу вимірювача, направляючого корпусу (дефлектора), робочого колеса, вала, підшипника та детектора сигналу.
1) Корпус турбінного витратоміра: корпус лічильника є основною частиною датчика, який витримує тиск вимірюваної рідини, фіксує компоненти виявлення та з’єднує трубопровід. Корпус лічильника виготовлений з немагнітної нержавіючої сталі або твердого алюмінієвого сплаву. Для датчиків потоку великого калібру також можна використовувати мозаїчну структуру, що складається з вуглецевої та нержавіючої сталі, а детектор сигналу встановлюється на зовнішній стінці корпусу лічильника.

2) Направляючий корпус: Напрямний корпус встановлюється на вході та виході датчика потоку. Він направляє та виправляє рідину та підтримує робоче колесо. Зазвичай виготовляється з немагнітної нержавіючої сталі або твердого алюмінію. Задня напрямна датчика потоку турбіни зворотної тяги також необхідна для створення достатньої зворотної тяги, і її структурних форм багато. Передня напрямна має запатентований продукт, який може протистояти серйозним перешкодам потоку рідини.
3) Турбіна, також відома як крильчатка, є елементом виявлення датчика та виготовлена з матеріалів із високою магнітною проникністю. Робочі колеса включають прямі лопаті, спіральні лопаті та Т-подібні лопаті. Пористе екрануюче кільце, у яке вставлено багато магнітних провідників, також можна використовувати для збільшення частоти певної кількості лопатей. Робоче колесо підтримується підшипником у кронштейні та є співвісним із корпусом лічильника. Кількість його лез залежить від розміру калібру. Геометрична форма і розмір робочого колеса мають великий вплив на продуктивність датчика. Він має бути розроблений відповідно до властивостей рідини, діапазону потоку та вимог до використання. Динамічний баланс робочого колеса дуже важливий і безпосередньо впливає на продуктивність і термін служби витратоміра.

4) Вал і підшипники: вони підтримують обертання робочого колеса і повинні мати достатню жорсткість, міцність, твердість, зносостійкість, стійкість до корозії тощо. Вони визначають надійність і термін служби датчика потоку турбіни. Причиною несправності датчика зазвичай є вал і підшипники, тому його структура, вибір матеріалу та технічне обслуговування дуже важливі.

5) Детектори сигналу зазвичай використовуються в Китаї. Вони складаються з постійних магнітів, магнітних стрижнів (залізних сердечників), котушок тощо. Постійні магніти мають силу притягання до лопатей, створюючи магнітний момент опору. Коли швидкість потоку невелика для турбінних датчиків потоку малого діаметра, момент магнітного опору стає головним елементом серед моментів опору. З цієї причини постійні магніти поділяються на дві категорії: великі та малі. Датчики малого діаметра мають невеликі специфікації, щоб зменшити крутний момент магнітного опору. Вихідні сигнали з ефективним значенням понад 10 мВ можна безпосередньо використовувати з комп’ютерами потоку, а якщо вони оснащені підсилювачами, вони можуть виводити частотні сигнали рівня напруги.

Для рідин зазвичай використовується вода для калібрування датчика потоку турбіни. Якщо точність дорівнює 0,5, його можна використовувати для рідин нижче 5×10-6 мм²/с без урахування впливу в’язкості. Коли в’язкість рідини перевищує 5×10-6 мм²/с, її можна відкалібрувати за допомогою рідини еквівалентної в’язкості без внесення поправок на в’язкість. Крім того, можуть бути вжиті деякі заходи для компенсації впливу в'язкості, наприклад, звуження діапазону використання, збільшення нижньої межі витрати або множення коефіцієнта приладу на поправочний коефіцієнт числа Рейнольдса тощо.

Вплив в’язкості на інструментальний коефіцієнт пов’язаний з типом і параметрами конструкції датчика, розміром апертури тощо. Існує кілька способів вираження впливу в’язкості на приладовий коефіцієнт: зв’язок між приладовим коефіцієнтом і числом Рейнольдса, співвідношення між інструментальним коефіцієнтом і вихідною частотою при кількох в’язкостях і співвідношення між приладовим коефіцієнтом і відношенням вихідної частоти, поділеної на кінематичну в’язкість і так далі. Деякі виробники турбінних витратомірів мають таку інформацію, але не всі її мають.

У нафтовій промисловості TUF пропагували та використовували через деякі характеристики порівняно з об’ємним витратоміром.

Основними характеристиками є легка вага, проста та компактна конструкція, велика пропускна здатність, легке обслуговування, стійкість до деяких домішок без блокування каналу потоку та чудова безпека. Ще в 1960-х роках на нафтовому родовищі Північного моря у Сполученому Королівстві використовувався TUF для вимірювання сирої нафти, а японська компанія Tokiko також випустила TUF типу Портера з широкою в’язкістю для вимірювання важкої нафти.

Вимоги до густини газу для газотурбінного витратоміра

Газотурбінний витратомір в основному враховує вплив щільності рідини на приладовий коефіцієнт. Вплив щільності в основному спостерігається в області низького потоку, як показано на малюнку нижче. Збільшення щільності (тобто збільшення тиску) змушує пряму частину характеристичної кривої розширюватися до нижньої межі площі потоку, діапазон датчика розширюється, а лінійність покращується. Якщо витратомір газової турбіни відкалібровано в повітрі при нормальному тиску, робочий тиск вимірюваного середовища буде різним під час використання, а його нижня межа потоку розраховується за наступною формулою

Де qVmin та qVaminare Нижня межа об’ємної витрати вимірюваного середовища та повітря під тиском p та тиском pa (101,325 кПа) відповідно, м³/год;
P. Па- робочий тиск (абсолютний тиск) і атмосферний тиск (101,325 кПа), кПа;
d - Відносна щільність вимірюваного середовища, безрозмірна.

Застосування, для якого турбінний витратомір не підходить

Рідини з багатьма домішками, такі як циркулююча охолоджуюча вода, річкова вода, стічні води, мазут тощо; місця з швидкими змінами потоку, наприклад система водопостачання бойлера, система подачі повітря з пневматичним молотом тощо; під час вимірювання рідин тиск у трубопроводі невисокий, а потік великий, тиск на стороні приладу після потоку може бути близьким до тиску насиченої пари, і існує ризик кавітації. Наприклад, рідкий аміак може вільно витікати з резервуара високого рівня, тому його не можна встановлювати на вихідному отворі; поблизу електрозварювальних апаратів, двигунів, реле з контактами тощо є місця серйозних електромагнітних перешкод; довжина прямих ділянок труби вгорі та вниз за течією є серйозно недостатньою, наприклад, у машинному відділенні судна; якщо автоматика водопостачання котла часто запускає і зупиняє насос, це призведе до удару по робочому колесу і швидкого пошкодження датчика; при виборі корозійних або абразивних середовищ слід бути обережними та звернутися до виробника для консультації

Вартість при виборі турбінного витратоміра

Вибираючи TUF для високоточних застосувань, економічні фактори слід розглядати з багатьох аспектів. Вартість придбання турбінного витратоміра є лише частиною вартості. Слід також враховувати наступні витрати: вартість допоміжного обладнання для встановлення (наприклад, елімінаторів, фільтрів тощо) або байпасних відгалужень, включаючи клапани тощо; вартість калібрування, щоб підтримувати високу точність, калібрувати його потрібно часто, і навіть набір обладнання для онлайн-калібрування повинен бути встановлений на місці, що коштує значну суму; вартість обслуговування, яке використовується для заміни зношуваних частин TUF, що необхідно для підтримки високої продуктивності.

Етапи вибору турбінного витратоміра

1) Підтвердьте, які рідини ви будете вимірювати?
2) Виберіть тип турбінного витратоміра. Виберіть відповідно до фізичних властивостей рідини. Для газу та рідини використовуйте відповідно газовий турбінний витратомір і рідинний турбінний витратомір. Їх не можна використовувати як взаємозамінні. Якщо в’язкість рідини перевищує 5 мПа•с за робочих умов, слід