江蘇金鼎自動化儀表有限公司 ：姚佳明
進行工業(yè)爐窯熱平衡測試，對于掌握工業(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)濟效益無疑是巨大的。在實際測試的過程中，渦輪流量計因其精度高，測量范圍寬，耐壓高，且有數(shù)字信號輸出，在工業(yè)鍋爐熱平衡測試中得到首先選用。本文對渦輪流量計在工業(yè)鍋爐熱平衡測試中使用的若干問題進行必要的探討及總結(jié)。
在工業(yè)鍋爐進行的實際情況下，限于各種條件的制約，工業(yè)鍋爐的給水一般為隨時間負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)的流動體，即上水的流動通常表現(xiàn)為紊流的流動過程，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的狀態(tài)，而準確的計量工業(yè)鍋爐的給水流量和溫度，對于正確地分析熱平衡測試結(jié)果是十分關(guān)鍵的。渦輪流量計正是由于有數(shù)字信號輸出，相應(yīng)度靈敏才可準確的準時的響應(yīng)水流的紊流變化。在一個時間周期內(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是很難達到渦輪流量計的高精度的。
1 渦輪流量計的結(jié)構(gòu)
渦輪流量計結(jié)構(gòu)由渦輪、軸承、前置放大器、信號接收器等所組成。從渦輪流量計機殼進口處流入的測量流體，使軸承支撐的渦輪依瞬時流量成正比的角速度旋轉(zhuǎn)。渦輪旋轉(zhuǎn)次數(shù)是通過機殼外面與渦輪產(chǎn)生的電磁感應(yīng)傳感線圈來檢測的。傳感線圈的電信號經(jīng)前置放大器放大整形后，作為與流量成正比的脈沖信號被傳送至信號接收器，從而顯示出瞬時與累計流量。
2 渦輪流量計的特性
渦輪流量計的主要計量特性就是流量Q與指示值關(guān)系的特性，即流量系數(shù)。理想的渦輪流量計的流量特性如圖1。
從圖1可以看出，渦輪流量計的流量系數(shù)在一定的流量范圍內(nèi)無論流量怎樣變化，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。而流量計在啟動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，流量必須在某*量以上，這是大多數(shù)不同原理類型的流量計的通性。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)。
在使用時要注意的是，對于某一臺渦輪流量計來說，固有的流量系數(shù)是在出廠的時候或在儀器校準的時候在標準溫度下的流量特性，當(dāng)用于實際場合時，特別是對于工業(yè)鍋爐熱平衡測試來說，也可能實際使用的流體是經(jīng)過省煤器余熱以后的高溫流體，因此為了保證熱平衡測試的精度，尤其要注意考慮到奧氏體不銹鋼的機殼材料和渦輪流量計的內(nèi)部元件的尺寸隨溫度的變化，故在高出流量計校準溫度時的真實的流量系數(shù)為：
上式中：
K-0：校驗的流量計流量系數(shù)；
K-：實際使用的流量計流量系數(shù)；
t0：校驗時的流量計的標準溫度；
t：實際使用時的流量計的流體溫度；
βR：渦輪材料的溫度膨脹系數(shù)；
βH：機殼材料的溫度膨脹系數(shù)。
3 渦輪流量計的使用
（1）型號選擇。雖然渦輪流量計有其測量范圍寬的優(yōu)點，但對工業(yè)鍋爐進行熱平衡測試時，還是應(yīng)該根據(jù)工業(yè)鍋爐負荷的大小正確的選擇流量計的型號。一般地，渦輪流量計的口徑除應(yīng)與現(xiàn)場原有進水的管道一致外，更重要的是流量計的zui大流量與工業(yè)鍋爐進水的zui大流量一致，特別要注意工業(yè)鍋爐的額定負荷，即工業(yè)鍋爐的單位時間的進水，以及水泵的瞬間流量是否超過渦輪流量計的單位時間的瞬間流量。渦輪流量計的測量范圍即選擇在zui大線性流量工作，一般為了正確地進行計量，其瞬間zui大流量可控制在zui大線性流量的70%以下，即可保證渦輪流量計準確的計量。
（2）正確安裝。在工業(yè)鍋爐熱平衡測試中，渦輪流量計的安裝及配管是極重要的環(huán)節(jié)。實踐證明，由于各種原因，引起zui后的計算結(jié)果誤差過大，都是由于沒有正確使用安裝的結(jié)果。去掉各種人為的錯誤因素外，隨意的安裝使用引起渦輪流量計兩端的流體變化，流體的雷諾數(shù)增高，相對的降低了渦輪流量計的準確度。
安裝渦輪流量計，首先應(yīng)避免配管震動場合，注意配管有應(yīng)力的場所，并注意配管隨溫度上升產(chǎn)生膨脹力使它的機殼變形，造成測量誤差。其次是對電路的保護，主要是對前置放大器的保護，應(yīng)盡量避免使它受到強輻射和其他電器設(shè)備磁場對傳感線匝的影響而出現(xiàn)故障。渦輪流量計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，故一般選擇水平狀態(tài)的安裝位置。
（3）配管要點
渦輪流量計的流量特性決定了其工作曲線受流量計前后管路的影響，故要求在渦輪流量計上流部分必須采用很長的直管方式，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為15D以上（D為渦輪流量計的口徑）。下流部分直管長度為4D以上，而管徑和渦輪流量計應(yīng)一致。其實影響渦輪流量計特性zui大的就是管路中回流的存在，因而上流的部分長度應(yīng)根據(jù)更前面的配管狀態(tài)不變更，因為其管道彎段和口徑的變化影響流速速度分布和旋流的存在，也是影響渦輪流量計測量精度的主要原因，特別是對紊流影響為zui大。圖3是改變口徑的渦輪流量計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，渦輪流量計的誤差曲線向負的方向變化，隨著單位流量的不斷增大，其流量計的表面示值將要小于實際經(jīng)過的流體體積，這將部分影響工業(yè)鍋爐熱效率zui后計算的結(jié)果，這對于一個試驗周期為4h帶來的誤差是顯著的。
在帶彎管接頭的情況下對測量誤差的影響見圖4。
從圖4可以看出，影響渦輪流量計特性zui大的是流動中的漩流存在，使測量結(jié)果顯示負值，這是由于彎管口徑的變化，使流體的流動產(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，在國內(nèi)現(xiàn)場使用的極少而主要用于實驗室場合。
同時，在現(xiàn)場安裝渦輪流量計時，尤為注意的是流量計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。筆者一次在咸陽某廠進行工業(yè)鍋爐熱平衡測試時，就是因為安裝工人不注意而使墊圈突出，使渦輪流量計明顯的顯示過錯數(shù)字。此外，還應(yīng)注意流量計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上流部分產(chǎn)生紊亂。
（4）布線的注意事項
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，信號接收器也要屏蔽接地。同時，信號傳輸電纜也不能與動力線接近，更不能平行布纜。
