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雙轉子渦輪流量計技術的最新進展及如何優化測量性能

來源:上海自動化儀表有限公司作者:發表時間:2018-07-10 11:15:25


    渦輪流量計的增強功能擴展了其測量性能,適用于過去不存在的應用。它們仍然是服務于市場的最耐用,可靠和精確的流量儀器之一。
渦輪流量計
圖1.雙轉子渦輪流量計提供傳統單轉子流量計無法獲得的擴展性能。
    渦輪流量計轉子與通過流量計殼體的已知橫截面積的流體速度成比例地旋轉。因為速度與體積流速成正比,所以轉子的旋轉速度也與體積流速成正比。
    渦輪流量計采用經過時間考驗的測量原理,可用于液體和氣體。最近,流量計設計人員開發了使用雙轉子配置的渦輪流量計,以響應不斷變化的行業要求,實現更寬的工作流量范圍,增強的可重復性,卓越的絕對精度和更低成本的安裝。經驗數據表明,這些儀表提供了傳統單轉子儀表無法獲得的擴展性能(見圖1)。
    本文介紹了雙轉子渦輪流量計技術的最新進展如何優化測量性能; 簡化安裝; 在各種工業,航空航天,汽車以及測試和測量應用中降低成本。
工作原理
    雙轉子渦輪流量計設計采用兩個緊密耦合的轉子,它們以相反的方向轉動。從第一轉子流出的流量極大地影響后轉子上的入口入射角,液壓地連接兩個轉子。第一轉子上的流體渦流條件對第二轉子具有相反的影響。如果前轉子由于旋渦效應而減速,則后轉子將以相同的百分比加速。反之亦然。如果前轉子加速,后轉子將減速。
渦輪流量計
    雙轉子流量計用戶知道其轉子的總和或平均值代表實際流量,而不管轉子每分鐘轉數(RPM)的渦流效應如何。因此,在大多數應用中不需要整流器; 這些包括上游/下游直管道,旨在消除降低儀器性能的流動扭曲。這使得可以將流量計安裝在有限的空間內,在這些空間中不能容忍增加的管道長度。
    使用整流器時,監控轉子A和B的頻率輸出比可提供軸承診斷。如果流量處理器檢測到輸出頻率比變化,則容易確定軸承污染。軸承診斷可以在長時間保護測試數據時,或者在水下吊艙應用中在海底使用儀表時注意到異常。
    增加的雙轉子渦輪流量計的第二轉子的入射角使得能夠在更寬的流量范圍內進行測量。顯然,優點是一個雙轉子流量計可以覆蓋兩個單轉子流量計的范圍。使用該技術可以消除雙歧管系統的應用,從而節省執行器閥門和雙通道流量處理器的成本。
最新技術進步
    雙轉子渦輪流量計設計的一個關鍵特征是它能夠增強通用粘度曲線(UVC)并擴展可用的測量流量范圍。第二轉子上的較大入射角使得可以測量較低的流速,從而增加了調節能力。這顯著擴展了儀表的UVC曲線和單一粘度應用的流量范圍。
    為了進一步提高儀表性能,螺旋轉子具有較低的壓降,并在整個轉子和軸承系統上提供均勻的力分布。這提高了可重復性并減少了軸承磨損,盡管使用今天的陶瓷軸承,污染比軸承磨損更可能。
渦輪流量計
    雙轉子渦輪流量計具有用于內部組件的安全夾緊系統,可以保持±0.02%的可重復性,因為它們可以防止可能改變流動剖面的運動。該夾緊系統適用于雙向流動,并為高沖擊應用提供解決方案。
    先進的流量處理器以及相關的傳感器通過成熟的補償技術幫助最大限度地提高流量測量精度。流量處理器還可處理雙頻輸入,以適應雙轉子渦輪流量計,軸承診斷和葉片平均/平滑。
    雙轉子渦輪流量計的可重復流量范圍高達500:1,UVC調節范圍為60:1,與許多單轉子渦輪流量計相比,分別為100:1和10:1。這樣,用戶可以部署更少的儀表來覆蓋各種流量。它還降低了初始購買成本,簡化了系統集成和未來維護。
測試證實了好處
渦輪流量計
    最近,在主要標準流量校準器上進行了大量的流動渦流測試,以產生確認雙轉子渦輪流量計優點的數據。1英寸儀表上的校準使用具有流體粘度溫度校正功能的容積式液體校準器。
    校準的管道配置在兩個位置(入口和出口)使用90度彎頭,以及在平面外有三個90度彎頭的最壞情況。在有和沒有下游流動矯直器的情況下進行測試,以減輕來自對稱管道配置的任何取消效應的可能性。校準液為Stoddard溶劑(1.12厘),流速為0.15至65加侖/分鐘。在433:1的調低范圍內收集數據并以Strouhal-Roshko格式繪制(參見圖3)。
    圖1中的校準曲線清楚地顯示了轉子A和轉子B流量計輸出之間的相反旋流效應。通過對兩個轉子求和,渦旋效應抵消,結果與校準器流速小于讀數的±0.5%相關。下游流動矯直機對輸出沒有影響。轉子A本身可以解釋為典型單轉子流量計的性能
渦輪流量計
    校準數據證實雙轉子渦輪流量計不需要整流器。它還證明該技術可以安裝在管道幾何形狀不太理想的環境中,例如帶有狹窄部件的汽車試驗臺,空間非常寶貴的飛機平臺,原始設備制造商應用,其中外殼或滑板限制管道長度和現有的流量計應用具有不正確的整流器設計長度(。
結論
    雙轉子技術擴大了渦輪流量計的應用包絡,提高了精度,單轉子技術是不可行的。通過消除對流動矯直機的需求,雙轉子流量計降低了成本并使得安裝在有限的空間內成為可能。儀表的擴展流量范圍可以消除雙儀表歧管系統的使用。憑借螺旋轉子,陶瓷軸承,軸承診斷,安全內部構件和先進的流量處理器等附加功能,這些儀器為以前無法實現的應用提供了機會,同時又不影響精度。

 

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