Турбинный расходомер: принцип работы с газом и жидкостью

24.06.2020

СОДЕРЖАНИЕ:

1. Схема турбинного расходомера
2. Принцип действия турбинного расходомера
3. Особенности использования (K-фактор и работа с разными скоростями)
4. Установка и калибровка
5. Достоинства и недостатки

Турбинный (роторный) расходомер – это прибор, позволяющий контролировать объёмный расход среды, проходящей через трубопровод за единицу времени, за счёт измерения скорости потока жидкости или газа.

Схема турбинного расходомера

Упрощенная схема турбинного расходомера состоит из 3-х основных деталей:

1. Турбинка (ротор, рабочее колесо, лопатки)
2. Измерительный датчик
3. Корпус

Турбинка состоит из вала, который закрепляется в трубопроводе и рабочего колеса. На рабочем колесе размещаются лопасти (лопатки или крыльчатка). Такая крыльчатка устанавливается аксиально или тангенциально относительно оси потока (см. картинку). В аксиальных устройствах поток направлен параллельно оси вала, а у тангенциальных он проходит по окружности. На конце каждой из лопаток установлен магнитный полюс.

Материал ротора и подшипников подбирается в зависимости от типа среды и необходимой точности. Вращение ротора происходит с помощью подшипников малого трения (в основном шариковыми).

Измерительный датчик состоит из индукционной катушки, или датчика Холла и преобразователя сигнала. Индукционная катушка вырабатывает электрические импульсы прямо пропорционально скорости вращения ротора передает их регистрирующему прибору, который находится на корпусе расходомера. Иногда устройства оборудуются двумя катушками, чтобы делать замеры в прямом и обратном направлениях потока. Датчик Холла просто фиксирует изменение в магнитных полях.

Корпус прибора сделан из немагнитной стали и содержит в себе и измерительный датчик и ротор. Наиболее популярные фланцевые расходомеры, которые монтируются на трубопровод с помощью фланцев.

Еще одной важной деталью, которую стоит упомянуть являются струевыпрямители. Чаще всего используются пластины, которые установлены параллельно по направлению перемещения среды. Они нужны для того, чтобы равномерно распределять поток по всем лопаткам. Чтобы избежать завихрений, также используются механические стабилизаторы. Кстати на специальном создании вихрей основывается работа Вихревых расходомеров.

Принцип действия турбинного расходомера

Основной целью роторного расходомера как мы описывали выше является измерение объемного расхода, через скорость потока. Этот принцип основан на зависимости скорости вращения турбины, приводимой в действие потоком жидкости или газов.

Это очень похоже на езду на велосипеде. Чем быстрее вы крутите педали, тем быстрее вы двигаетесь. В качестве движущей силы у нас будет поток, а в качестве колес – ротор турбины. Давайте рассмотрим подробнее:

Жидкость или газ, попадает из трубопровода в сечение с турбинкой. Струевыпрямители разделяют поток и направляют его равномерно на лопасти. Поток воздействует на эти лопатки и заставляет их двигаться. Чем больший объем вещества проходит через трубопровод, тем быстрее скорость вращения ротора и тем выше угловая (вращательная) скорость лопастей.

Лопатки с магнитами проходят рядом с датчиком на определенной скорости и вызывают изменения магнитных полей. Если устройство имеет индукционную катушку, то в ней индуцируется электрический импульс. Если установлен датчик Холла то он просто фиксирует изменения. Частота с которой происходят эти изменения передается в преобразователь.

Частота таких сигналов прямо пропорциональна скорости движения потока. Упрощенная формула соотношения между объемным расходом и частотой импульсов выглядит так:

F= k * Q

Где:

F - частота импульсов, генерируемых датчиком срабатывания (Гц, или имп/с)

Q - Объемный расход (м³/с)

k - Коэффициент турбинного расходомера, также известен как k-фактор (например, количество импульсов на м³). Более подробно рассмотрим его ниже.

Дальше преобразователь анализирует полученные данные и конвертирует их с аналогового в цифровой сигнал.

Особенности использования (K-фактор и работа с разными скоростями)

К-фактор – это специальный множитель, который отображает количество импульсов на единицу объёма или массы среды, величина постоянная для большого диапазона расходов.

Он необходим для правильного отображения величины в измерительных приборах. После калибровки этот коэффициент указывается в сертификате оборудования.

Точность результатов во время нормальной и малой скорости потока

Роторные расходомеры одними из самых точных приборов для измерения расхода рабочей среды трубопровода. Стандартная погрешность измерений составляет всего 0,5-1%. В некоторых устройствах она достигает всего 0,1-0,2%.

Во время малой скорости потока, точность расходомера может уменьшатся т.к. нужна достаточная сила, чтобы привести рабочие лопатки в движение. Также если уровень вещества в трубопроводе будет небольшим, то вещество не будет равномерно воздействовать на все лопатки и данные будут искажены. В таких случаях лучше подойдут Электромагнитные расходомеры.

Установка и калибровка

Турбинный расходомер устанавливается на прямых участках вертикальных и горизонтальных трубопроводов в соответствии со стрелкой на корпусе прибора, обозначающей желаемое направление потока среды. На газовых трубопроводах он устанавливается только горизонтально.

Длина прямого участка до однотурбинного прибора должна составлять не менее 10 диаметров трубы, после него – не меньше 5. Расстояние от центробежного насоса или клапана до расходомера должно быть более 20 диаметров трубопровода. Двухтурбинные приборы можно устанавливать на прямых участках меньшей длины.

На вертикальном трубопроводе расходомер лучше устанавливать так, чтобы поток жидкости был направлен сверху вниз. В этом случае случайно попавшие в прибор пузырьки воздуха будут быстро из него выходить. Также если предстоит работа с загрязненными средами, то стоит установить дополнительный фильтр, чтобы избежать повреждения твердыми частицами.

Калибровка

Калибровка прибора осуществляется в лабораторных условиях на воде. Если прибор предполагается использовать в вязкой среде (2-300 сСт), для калибровки берутся жидкости со свойствами, аналогичными свойствам рабочей среды.

В результате для каждой цели присваивается свой К-фактор. Производитель может приложить к прибору графики универсальных калибровок по вязкости. По ним можно определить уже просчитанный К-фактор для разных типов среды.

Достоинства и недостатки

Итак, рассмотрев принцип действия и особенности, можно выделить основные плюсы и минусы этого типа расходомеров.

Достоинства:

1. Простота монтажа и обслуживания
2. Высокая точность, линейность и повторяемость результатов
3. Оптимальная работы при высоком давлении (до 400 бар)
4. Большой температурный диапазон (от –210°C до +177°C)
5. Высокая пропускная способность для диаметров от 40 до 250 мм.
6. Быстрый динамический ответ и чувствительность к изменениям
7. Может работать с веществами с низкой электропроводностью
8. Низкий перепад давления в турбине (pressure drop)
9. Небольшая стоимость

Недостатки:

1. Необходимо задавать вязкость материала перед работой
2. Невозможность работы в средах с высокой вязкостью (где профиль потока ламинарный)
3. Материалы обязательно должны быть чистыми (без твердых частиц)
4. Вибрация влияет на результат
5. На точность отрицательно влияют пузырьки в жидкости
6. Требует длинного прямого участка трубы (10 диаметров до и 5 после)

Вывод: Турбинные расходомеры являются отличным устройством для измерения очень разных типов среды:

Измеритель объемного расхода турбинного типа применяется со следующими средами:

• Вода
• Воздух
• Промышленные газы
• Пар
• Нефть
• Химические вещества
• Криогенные жидкости
• Углеводороды

Благодаря высокой точности подсчета такие расходомеры часто используются в счетчиках для коммерческого подсчета затрат объема углеводородов и природного газа. Тем не менее он обладает недостатками механического типа устройств, поэтому его не стоит применять с загрязнёнными веществами, а также с потоком очень низкой скорости и большой вязкости.

Комания ЭЛТА ЛТД является надежным поставщиком промышленного оборудования, на нашем сайте вы можете найти широкий диапазон Расходомеров.

Подписывайтесь на наши обновления: