[導讀] 對
渦輪流量計的原理、結構和流量計的計量特性，以及在工業爐窯熱平衡測試中的使用問題進行了必要的分析及探討，以保證其在工業爐窯熱平衡測試中的準確性。
進行工業爐窯熱平衡測試，對于掌握工業爐窯的熱能利用情況，提高產品質量，為企業節能降耗，降低成本，其經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，且有數字信號輸出，在工業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。
在工業鍋爐進行的實際情況下，限于各種條件的制約，工業鍋爐的給水一般為隨時間負荷變化的間歇式的給水方式，這種方式決定了在鍋爐上水的主管道管路內的流動體，即上水的流動通常表現為紊流的流動過程，即工業鍋爐的管道內的水流為不規則的一邊相互混合一邊流動的狀態，而準確的計量工業鍋爐的給水流量和溫度，對于正確地分析熱平衡測試結果是十分關鍵的。渦輪流量計正是由于有數字信號輸出，相應度靈敏才可準確的準時的響應水流的紊流變化。在一個時間周期內，工業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 渦輪流量計的結構
渦輪流量計結構由渦輪、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。渦輪旋轉次數是通過機殼外面與渦輪產生的電磁感應傳感線圈來檢測的。傳感線圈的電信號經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與指示值關系的特性，即流量系數。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在一定的流量范圍內無論流量怎樣變化，總是保持一定的數字值，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，其流量特性是不穩定的，即流量的誤差控制在一定的范圍之內時，流量必須在某一流量以上，這是大多數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。也就是說儀器變化幅度在±5‰之內。
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，當用于實際場合時，特別是對于工業鍋爐熱平衡測試來說，也可能實際使用的流體是經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為：
上式中：
K-0：校驗的流量計流量系數；
K-：實際使用的流量計流量系數；
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；
βH：機殼材料的溫度膨脹系數。
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點，但對工業鍋爐進行熱平衡測試時，還是應該根據工業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與現場原有進水的管道一致外，更重要的是流量計的最大流量與工業鍋爐進水的最大流量一致，特別要注意工業鍋爐的額定負荷，即工業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最大線性流量工作，一般為了正確地進行計量，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準確的計量。
（2）正確安裝。在工業鍋爐熱平衡測試中，渦輪流量計的安裝及配管是極重要的環節。實踐證明，由于各種原因，引起最后的計算結果誤差過大，都是由于沒有正確使用安裝的結果。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，首先應避免配管震動場合，注意配管有應力的場所，并注意配管隨溫度上升產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，應盡量避免使它受到強輻射和其他電器設備磁場對傳感線匝的影響而出現故障。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，故一般最好選擇水平狀態的安裝位置。
（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一致。其實影響渦輪流量計特性最大的就是管路中回流的存在，因而上流的部分長度應根據更前面的配管狀態不變更，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最大。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過的流體體積，這將部分影響工業鍋爐熱效率最后計算的結果，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最大的是流動中的漩流存在，使測量結果顯示負值，這是由于彎管口徑的變化，使流體的流動產生了紊流現象而增大了流體的雷諾數。為消除在配管中這種旋流，在管道內安裝一束導管組成的整流器，這種整流器其實就是多根平行于管道內的導管，采用這種整流器的方式，在國內現場使用的極少而主要用于實驗室場合。
同時，在現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，連接管段內也勿存留突出部分。筆者一次在咸陽某廠進行工業鍋爐熱平衡測試時，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字。此外，還應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。