摘要：渦輪流量計是一種速度式流量測量儀表，因其有測量范圍度寬、精度高、耐高壓、抗干擾能力強、結(jié)構(gòu)緊湊、容易維修等特點，在冶金、化工等行業(yè)流量測量中得到了廣泛的應(yīng)用。通過介紹渦輪流量計的結(jié)構(gòu)、工作原理以及不銹鋼廠退火爐天然氣測量中渦輪流量計的應(yīng)用情況、出現(xiàn)的故障和解決辦法，得出使用智能渦輪流量計應(yīng)注意的幾點事項。
　　流量測量的方法有很多，測量儀表的種類也是多種多樣。渦輪流量計是一種速度式流量儀表，它的精度很高，一般可達(dá)到指示值的0.2%～0.5%，而且在線性流量范圍內(nèi)，即使流量有所變化也不會降低累計精度。此外，還具有耐高壓、測量范圍寬，數(shù)字信號輸出，容易維修等特點，因而得到了廣泛的應(yīng)用。
1渦輪流量計的結(jié)構(gòu)
　　渦輪流量計在結(jié)構(gòu)上主要由渦輪、軸承以及前置放大器組成。其結(jié)構(gòu)如圖1所示。

　　其中渦輪是由具有導(dǎo)磁性能的不銹鋼材料制成的，裝有螺旋狀葉片，葉片數(shù)量根據(jù)直徑變化而不同，2～24片不等。通常為了使渦輪對流速變化的響應(yīng)特性好，渦輪的質(zhì)量應(yīng)該盡可能的小。渦輪流量計的軸承可分為滾珠軸承和滑動軸承兩種。滾珠軸承因材料易受腐蝕，同時在滾珠之間存在異物時會產(chǎn)生急劇磨損等缺點，因此目前主要采用耐磨性能好的如聚四氟乙烯、石墨碳化鎢等材料做成的滑動軸承。前置放大器（圖1中的脈沖信號放大器）的作用是將渦輪旋轉(zhuǎn)的次數(shù)變換成電脈沖輸出，通常采用的都是磁式前置放大器。
　　前置放大器由磁電感應(yīng)轉(zhuǎn)換器與放大整形電路兩部分組成，示意圖見圖2所示。

　　磁電轉(zhuǎn)換器國內(nèi)一般采用磁阻式，它由永久磁鋼及外部纏繞的感應(yīng)線圈組成。當(dāng)流體通過使葉輪旋轉(zhuǎn)時，葉片在永久磁鋼正下方時磁阻最小，兩葉片空隙在磁鋼下方時磁阻最大，渦輪旅轉(zhuǎn)，不斷地改變磁路的磁通量，使線圈中產(chǎn)生變化的感應(yīng)電勢，送入放大整形電路，變成脈沖信號。
2渦輪流量計的工作原理
　　渦輪流量計是一種速度式的流量測量儀表，其工作原理示意圖如圖3所示，流量測量的核心部分是渦輪流量傳感器，它主要是由葉輪和磁電感應(yīng)線圈兩部分組成，葉輪的軸心與管道中心是一致的，可以自由轉(zhuǎn)動，葉輪的葉片與流體流動方向成一定角度。因此，當(dāng)流體流過管道時，渦輪就會在流體沖擊下沿管道軸向旋轉(zhuǎn)，其旋轉(zhuǎn)速率會隨著流量不同而變化，流速越高，流體的動能就越大，渦輪的轉(zhuǎn)動速度也就越快。代表著流體流量大小的渦輪轉(zhuǎn)速經(jīng)磁電感應(yīng)放大器轉(zhuǎn)換為一定頻率的電脈沖，再通過顯示儀表進(jìn)行積算和顯示（圖1）。

　　渦輪流量計通常是通過不同的計算方法，可以分別對瞬時流量和累計流量進(jìn)行顯示。而當(dāng)儀表殼體內(nèi)永久磁鋼產(chǎn)生的磁力線被旋轉(zhuǎn)的渦輪葉片切割時，就會引起磁感應(yīng)線圈磁通量的變化，進(jìn)而磁通周期變化信號經(jīng)過前置放大器的放大、整形，就會產(chǎn)生與流速成正比的脈沖信號，脈沖信號經(jīng)流量積算電路換算后顯示累積流量值，同時經(jīng)頻率電流轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換成模擬電流量，進(jìn)而顯示瞬時流量值。
3渦輪流量計的應(yīng)用情況
　　酒鋼不銹鋼廠退火爐溫度控制燃燒系統(tǒng)中，天然氣的測量采用的是德國制造的DE250Z100-40B型帶電子計數(shù)器的渦輪流量計，它屬于ElsterQ系列，ElsterQ系列渦輪流量計是一種穩(wěn)定耐用和精度好的是用于所需求的工業(yè)計量儀表。同時還具有自潤滑軸承，使得流量計不需要維護。該流量計配有一個電子計數(shù)器，除了能夠記錄實際的工況流量（Vb，m3）外，它還可以顯示瞬時流量（Qb,m3/h）以及某一天的流量和日期。這就方便了用戶很容易計算某一段時間內(nèi)天然氣的用量。除此之外，該流量計還具有結(jié)構(gòu)緊湊、流量測量范圍寬、計量精度與流體的物理的特性（如密度、溫度和壓力等）無關(guān)的特點。不銹鋼廠退火爐天然氣測量的范圍有兩種：分別是32～650m3/h和0～1000m3/h，它們各自分布在不銹鋼熱退火和冷退火酸洗線的2#爐膛的7個區(qū)上，流量計的數(shù)據(jù)接口輸出均符合國家標(biāo)準(zhǔn)，E200Namur輸出符合標(biāo)準(zhǔn)DINEN50227；光接口符合標(biāo)準(zhǔn)EN1434-ZVEI；M-BUS接口符合標(biāo)準(zhǔn)EN1413。
4存在的問題和解決辦法
　　不銹鋼退火爐天然氣流量測量用渦輪流量計外觀如圖4所示，該渦輪流量計與國產(chǎn)渦輪流量計在結(jié)構(gòu)上有些不同，主要區(qū)別是前置放大部分是由機械齒輪傳動機構(gòu)實現(xiàn)，以及磁感應(yīng)脈沖轉(zhuǎn)換機構(gòu)不同，但工作原理都是將渦輪的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換成一定頻率的脈沖信號。該渦輪流量計的使用壽命根據(jù)現(xiàn)場使用和維護經(jīng)驗看大概是5～6年，自不銹鋼廠2008年年底投產(chǎn)以來，該渦輪流量計已經(jīng)全部更換過一次。通常情況下儀表運行穩(wěn)定無故障發(fā)生，但隨著使用年限的增加，也會發(fā)生一些問題和故障。常見的問題和故障有兩個：一是天然氣流量正常，但儀表指示不正常，有卡滯現(xiàn)象；二是天然氣流量無增加或減少，但儀表指示值減小。

　　由于該渦輪流量計的整體結(jié)構(gòu)是密閉封裝免維護的，所以對于以上存在問題和故障，首先檢查了連接線路是否斷路，其次是渦輪流量計的內(nèi)外連接軸位置是否在中心軸線上，結(jié)果發(fā)現(xiàn)渦輪轉(zhuǎn)盤支撐軸磨損并出現(xiàn)卡滯現(xiàn)象。經(jīng)過仔細(xì)觀察和研究，調(diào)整托盤與齒輪箱底座間隙支撐軸距離長度0.5mm，同時保證連接軸與托盤平面垂直，內(nèi)外連接軸位置在中心軸線上，一是保證托盤和底座有一定間隙，不產(chǎn)生摩擦卡滯，二是保證連接軸轉(zhuǎn)動靈活。這樣處理后，以上的兩個問題故障全都解決，同時經(jīng)過重新比對校驗，使得渦輪流量計又能正常使用和運轉(zhuǎn)。
5結(jié)語
　　隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，渦輪流量計不斷向著高精度和免維護方向發(fā)展，對于這類流量計，通過不銹鋼退火爐天然氣測量渦輪流量計的長期使用維護，以及在使用中出現(xiàn)的故障和處理經(jīng)驗，得到以下結(jié)論：為了使渦輪流量計正常運行，一是要保障流量計安裝時嚴(yán)格按照安裝說明參數(shù)和條件精準(zhǔn)安裝；二是要經(jīng)常檢查和定期校驗，以保證流量計的正確測量和計量；三是嚴(yán)格按照使用說明書操作和使用，以最大限度的延長使用壽命；四是出現(xiàn)故障時，仔細(xì)檢查儀表安裝位置、軸承等可見部分是否與最初使用時出現(xiàn)一定偏差，電源線和信號線是否完好，流量管道是否堵塞等，然后研究解決對策，排除故障；五是為了節(jié)約成本、物盡其用，在壽命周期之內(nèi)不要輕易給出更換流量計的決定。

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