[導(dǎo)讀] 對(duì)
渦輪流量計(jì)的原理、結(jié)構(gòu)和流量計(jì)的計(jì)量特性，以及在工業(yè)爐窯熱平衡測(cè)試中的使用問題進(jìn)行了必要的分析及探討，以保證其在工業(yè)爐窯熱平衡測(cè)試中的準(zhǔn)確性。
進(jìn)行工業(yè)爐窯熱平衡測(cè)試，對(duì)于掌握工業(yè)爐窯的熱能利用情況，提高產(chǎn)品質(zhì)量，為企業(yè)節(jié)能降耗，降低成本，其經(jīng)濟(jì)效益無(wú)疑是巨大的。在實(shí)際測(cè)試的過程中，渦輪流量計(jì)因其精度高，測(cè)量范圍寬，耐壓高，且有數(shù)字信號(hào)輸出，在工業(yè)鍋爐熱平衡測(cè)試中得到首先選用。本文對(duì)渦輪流量計(jì)在工業(yè)鍋爐熱平衡測(cè)試中使用的若干問題進(jìn)行必要的探討及總結(jié)。
在工業(yè)鍋爐進(jìn)行的實(shí)際情況下，限于各種條件的制約，工業(yè)鍋爐的給水一般為隨時(shí)間負(fù)荷變化的間歇式的給水方式，這種方式?jīng)Q定了在鍋爐上水的主管道管路內(nèi)的流動(dòng)體，即上水的流動(dòng)通常表現(xiàn)為紊流的流動(dòng)過程，即工業(yè)鍋爐的管道內(nèi)的水流為不規(guī)則的一邊相互混合一邊流動(dòng)的狀態(tài)，而準(zhǔn)確的計(jì)量工業(yè)鍋爐的給水流量和溫度，對(duì)于正確地分析熱平衡測(cè)試結(jié)果是十分關(guān)鍵的。渦輪流量計(jì)正是由于有數(shù)字信號(hào)輸出，相應(yīng)度靈敏才可準(zhǔn)確的準(zhǔn)時(shí)的響應(yīng)水流的紊流變化。在一個(gè)時(shí)間周期內(nèi)，工業(yè)鍋爐上水管道的流量為管道截面積F的積分，即Q=∫FVDF，而其他原理的流量計(jì)是很難達(dá)到渦輪流量計(jì)的高精度的。
1 渦輪流量計(jì)的結(jié)構(gòu)
渦輪流量計(jì)結(jié)構(gòu)由渦輪、軸承、前置放大器、信號(hào)接收器等所組成。從渦輪流量計(jì)機(jī)殼進(jìn)口處流入的測(cè)量流體，使軸承支撐的渦輪依瞬時(shí)流量成正比的角速度旋轉(zhuǎn)。渦輪旋轉(zhuǎn)次數(shù)是通過機(jī)殼外面與渦輪產(chǎn)生的電磁感應(yīng)傳感線圈來檢測(cè)的。傳感線圈的電信號(hào)經(jīng)前置放大器放大整形后，作為與流量成正比的脈沖信號(hào)被傳送至信號(hào)接收器，從而顯示出瞬時(shí)與累計(jì)流量。
2 渦輪流量計(jì)的特性
渦輪流量計(jì)的主要計(jì)量特性就是流量Q與指示值關(guān)系的特性，即流量系數(shù)。理想的渦輪流量計(jì)的流量特性如圖1。
從圖1可以看出，渦輪流量計(jì)的流量系數(shù)在一定的流量范圍內(nèi)無(wú)論流量怎樣變化，總是保持一定的數(shù)字值，在這種流量特性指示值下，一般都可以使累積瞬間流量誤差為零。而流量計(jì)在啟動(dòng)限制流量從零到較大的變化中，其流量特性是不穩(wěn)定的，即流量的誤差控制在一定的范圍之內(nèi)時(shí)，流量必須在某一流量以上，這是大多數(shù)不同原理類型的流量計(jì)的通性。圖1所示的變換范圍為±5‰之內(nèi)。也就是說儀器變化幅度在±5‰之內(nèi)。
在使用時(shí)要注意的是，對(duì)于某一臺(tái)渦輪流量計(jì)來說，固有的流量系數(shù)是在出廠的時(shí)候或在儀器校準(zhǔn)的時(shí)候在標(biāo)準(zhǔn)溫度下的流量特性，當(dāng)用于實(shí)際場(chǎng)合時(shí)，特別是對(duì)于工業(yè)鍋爐熱平衡測(cè)試來說，也可能實(shí)際使用的流體是經(jīng)過省煤器余熱以后的高溫流體，因此為了保證熱平衡測(cè)試的精度，尤其要注意考慮到奧氏體不銹鋼的機(jī)殼材料和渦輪流量計(jì)的內(nèi)部元件的尺寸隨溫度的變化，故在高出流量計(jì)校準(zhǔn)溫度時(shí)的真實(shí)的流量系數(shù)為：
上式中：
K-0：校驗(yàn)的流量計(jì)流量系數(shù)；
K-：實(shí)際使用的流量計(jì)流量系數(shù)；
t0：校驗(yàn)時(shí)的流量計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)溫度；
t：實(shí)際使用時(shí)的流量計(jì)的流體溫度；
βR：渦輪材料的溫度膨脹系數(shù)；
βH：機(jī)殼材料的溫度膨脹系數(shù)。
3 渦輪流量計(jì)的使用
（1）型號(hào)選擇。雖然渦輪流量計(jì)有其測(cè)量范圍寬的優(yōu)點(diǎn)，但對(duì)工業(yè)鍋爐進(jìn)行熱平衡測(cè)試時(shí)，還是應(yīng)該根據(jù)工業(yè)鍋爐負(fù)荷的大小正確的選擇流量計(jì)的型號(hào)。一般地，渦輪流量計(jì)的口徑除應(yīng)與現(xiàn)場(chǎng)原有進(jìn)水的管道一致外，更重要的是流量計(jì)的最大流量與工業(yè)鍋爐進(jìn)水的最大流量一致，特別要注意工業(yè)鍋爐的額定負(fù)荷，即工業(yè)鍋爐的單位時(shí)間的進(jìn)水，以及水泵的瞬間流量是否超過渦輪流量計(jì)的單位時(shí)間的瞬間流量。渦輪流量計(jì)的測(cè)量范圍即選擇在最大線性流量工作，一般為了正確地進(jìn)行計(jì)量，其瞬間最大流量可控制在最大線性流量的70%以下，即可保證渦輪流量計(jì)準(zhǔn)確的計(jì)量。
（2）正確安裝。在工業(yè)鍋爐熱平衡測(cè)試中，渦輪流量計(jì)的安裝及配管是極重要的環(huán)節(jié)。實(shí)踐證明，由于各種原因，引起最后的計(jì)算結(jié)果誤差過大，都是由于沒有正確使用安裝的結(jié)果。去掉各種人為的錯(cuò)誤因素外，隨意的安裝使用引起渦輪流量計(jì)兩端的流體變化，流體的雷諾數(shù)增高，相對(duì)的降低了渦輪流量計(jì)的準(zhǔn)確度。
安裝渦輪流量計(jì)，首先應(yīng)避免配管震動(dòng)場(chǎng)合，注意配管有應(yīng)力的場(chǎng)所，并注意配管隨溫度上升產(chǎn)生膨脹力使它的機(jī)殼變形，造成測(cè)量誤差。其次是對(duì)電路的保護(hù)，主要是對(duì)前置放大器的保護(hù)，應(yīng)盡量避免使它受到強(qiáng)輻射和其他電器設(shè)備磁場(chǎng)對(duì)傳感線匝的影響而出現(xiàn)故障。渦輪流量計(jì)的安裝位置雖然可選擇水平傾斜，甚至是垂直的位置，但隨安裝位置的不同，其工作曲線將有所變化，如圖2那樣，故一般最好選擇水平狀態(tài)的安裝位置。
（3）配管要點(diǎn)
渦輪流量計(jì)的流量特性決定了其工作曲線受流量計(jì)前后管路的影響，故要求在渦輪流量計(jì)上流部分必須采用很長(zhǎng)的直管方式，這是為了消除流體紊流的影響而保持均勻的層流狀。一般要求在上流部分的直管長(zhǎng)為15D以上（D為渦輪流量計(jì)的口徑）。下流部分直管長(zhǎng)度為4D以上，而管徑和渦輪流量計(jì)應(yīng)一致。其實(shí)影響渦輪流量計(jì)特性最大的就是管路中回流的存在，因而上流的部分長(zhǎng)度應(yīng)根據(jù)更前面的配管狀態(tài)不變更，因?yàn)槠涔艿缽澏魏涂趶降淖兓绊懥魉偎俣确植己托鞯拇嬖冢彩怯绊憸u輪流量計(jì)測(cè)量精度的主要原因，特別是對(duì)紊流影響為最大。圖3是改變口徑的渦輪流量計(jì)的上流部分配管的工作曲線的變化情況。
從圖3中可以看出，在上游端變口徑的情況下，渦輪流量計(jì)的誤差曲線向負(fù)的方向變化，隨著單位流量的不斷增大，其流量計(jì)的表面示值將要小于實(shí)際經(jīng)過的流體體積，這將部分影響工業(yè)鍋爐熱效率最后計(jì)算的結(jié)果，這對(duì)于一個(gè)試驗(yàn)周期為4h帶來的誤差是顯著的。
在帶彎管接頭的情況下對(duì)測(cè)量誤差的影響見圖4。
從圖4可以看出，影響渦輪流量計(jì)特性最大的是流動(dòng)中的漩流存在，使測(cè)量結(jié)果顯示負(fù)值，這是由于彎管口徑的變化，使流體的流動(dòng)產(chǎn)生了紊流現(xiàn)象而增大了流體的雷諾數(shù)。為消除在配管中這種旋流，在管道內(nèi)安裝一束導(dǎo)管組成的整流器，這種整流器其實(shí)就是多根平行于管道內(nèi)的導(dǎo)管，采用這種整流器的方式，在國(guó)內(nèi)現(xiàn)場(chǎng)使用的極少而主要用于實(shí)驗(yàn)室場(chǎng)合。
同時(shí)，在現(xiàn)場(chǎng)安裝渦輪流量計(jì)時(shí)，尤為注意的是流量計(jì)的入口法蘭墊圈一定不能突出，連接管段內(nèi)也勿存留突出部分。筆者一次在咸陽(yáng)某廠進(jìn)行工業(yè)鍋爐熱平衡測(cè)試時(shí)，就是因?yàn)榘惭b工人不注意而使墊圈突出，使渦輪流量計(jì)明顯的顯示過錯(cuò)數(shù)字。此外，還應(yīng)注意流量計(jì)截至閥一定要安裝在上流部分，而在上流部分截至閥閥門務(wù)必全部打開，采取以上的措施都是為了防止渦輪流量計(jì)上流部分產(chǎn)生紊亂。
（4）布線的注意事項(xiàng)
一般的前置放大器傳感電纜，因避免來自外部的感應(yīng)噪聲，因此要采用屏蔽電纜，信號(hào)接收器也要屏蔽接地。同時(shí)，信號(hào)傳輸電纜也不能與動(dòng)力線接近，更不能平行布纜。