渦輪流量計(jì)（以下簡(jiǎn)稱LWGY）是葉輪式流量（流速）計(jì)的主要品種，葉輪式流量計(jì)還有風(fēng)速計(jì)、水表等。LWGY由傳感器和轉(zhuǎn)換顯示儀組成，傳感器采用多葉片的轉(zhuǎn)子感受流體的平均流速，從而推導(dǎo)出流量或總量。轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速（或轉(zhuǎn)數(shù)）可用機(jī)械、磁感應(yīng)、光電方式檢出并由讀出裝置進(jìn)行顯示和傳送記錄。據(jù)稱美國(guó)早在1886年即發(fā)布過*個(gè)LWGY，1914年的認(rèn)為L(zhǎng)WGY的流量與頻率有關(guān)。美國(guó)的*臺(tái)LWGY是在19

渦輪流量計(jì)——江蘇奧科儀表有限公司

一、概述

渦輪流量計(jì)（以下簡(jiǎn)稱LWGY）是葉輪式流量（流速）計(jì)的主要品種，葉輪式流量計(jì)還有風(fēng)速計(jì)、水表等。LWGY由傳感器和轉(zhuǎn)換顯示儀組成，傳感器采用多葉片的轉(zhuǎn)子感受流體的平均流速，從而推導(dǎo)出流量或總量。轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速（或轉(zhuǎn)數(shù)）可用機(jī)械、磁感應(yīng)、光電方式檢出并由讀出裝置進(jìn)行顯示和傳送記錄。據(jù)稱美國(guó)早在1886年即發(fā)布過*個(gè)LWGY，1914年的認(rèn)為L(zhǎng)WGY的流量與頻率有關(guān)。美國(guó)的*臺(tái)LWGY是在1938年開發(fā)的，它用于飛機(jī)上燃油的流量測(cè)量，只是直至二戰(zhàn)后因噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)和液體噴氣燃料急需一種、快速響應(yīng)的流量計(jì)才使它獲得真正的工業(yè)應(yīng)用。如今，它已在石油、化工、科研、國(guó)防、計(jì)量各部門中獲得廣泛應(yīng)用。

流量計(jì)中LWGY、容積式流量計(jì)和科氏質(zhì)量流量計(jì)是三類重復(fù)性、精確度佳的產(chǎn)品，而LWGY又具有自己的特點(diǎn)，如結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、加工零部件少、重量輕、維修方便、流通能力大和可適應(yīng)高參數(shù)等，是其他兩類流量計(jì)是難以達(dá)到的。

LWGY系列渦輪流量計(jì)是吸取了國(guó)內(nèi)外流量?jī)x表*技術(shù)經(jīng)過優(yōu)化設(shè)計(jì)，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、輕巧、精度高、復(fù)現(xiàn)性好、反應(yīng)靈敏，安裝維護(hù)使用方便等特點(diǎn)的新一代渦輪流量計(jì)，廣泛用于測(cè)量封閉管道中與不銹鋼1Cr18Ni9Ti、2Cr13及剛玉Al2O3、硬質(zhì)合金不起腐蝕作用，且無纖維、顆粒等雜質(zhì)，工作溫度下運(yùn)動(dòng)粘度小于5×10-6m2/s的液體，對(duì)于運(yùn)動(dòng)粘度大于5×10-6m2/s的液體，可對(duì)流量計(jì)進(jìn)行實(shí)液標(biāo)定后使用。若與具有特殊功能的顯示儀表配套，還可以進(jìn)行定量控制、超量報(bào)警等，是流量計(jì)量和節(jié)能的理想儀表。

 

二、工作原理

圖1所示為渦輪流量傳感器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖，由圖可見，當(dāng)被測(cè)流體流過傳感器時(shí)，在流體作用下，葉輪受力旋轉(zhuǎn)，其轉(zhuǎn)速與管道平均流速成正比，葉輪的轉(zhuǎn)動(dòng)周期地改變磁電轉(zhuǎn)換器的磁阻值。檢測(cè)線圈中的磁通隨之發(fā)生周期性變化，產(chǎn)生周期性的感應(yīng)電勢(shì)，即電脈沖信號(hào)，經(jīng)放大器放大后，送至顯示儀表顯示。

圖1

 

渦輪流量計(jì)的流量方程可分為兩種：實(shí)用流量方程和理論流量方程。

 

（1） 實(shí)用流量方程

qv=f/K 公式1

qm=qvρ 公式2

式中 qv, qm ……分別為體積流量，m3/s，質(zhì)量流量，kg/s;

f ……流量計(jì)輸出信號(hào)的頻率，Hz;

K ……流量計(jì)的儀表系數(shù)，P/m3。

流量計(jì)的系數(shù)與流量（或管道雷諾數(shù)）的關(guān)系曲線如圖2所示。由圖可見，儀表系數(shù)可分為二段，即線性段和非線性段。線性段約為其工作段的三分之二，其特性與傳感器結(jié)構(gòu)尺寸及流體粘性有關(guān)。在非線性段，特性受軸承摩擦力，流體粘性阻力影響較大。當(dāng)流量低于傳感器流量下*，儀表系數(shù)隨著流量迅速變化。壓力損失與流量近似為平方關(guān)系。當(dāng)流量超過流量上*要注意防止空穴現(xiàn)象。結(jié)構(gòu)相似的LWGY特性曲線的形狀是相似的，它僅在系統(tǒng)誤差水平方面有所不同。

圖2 渦輪流量計(jì)特性曲線

傳感器的儀表系數(shù)由流量校驗(yàn)裝置校驗(yàn)得出，它*不問傳感器內(nèi)部流體機(jī)理，把傳感器作為一個(gè)黑匣子，根據(jù)輸入（流量）和輸出（頻率脈沖信號(hào)）確定其轉(zhuǎn)換系數(shù)，它便于實(shí)際應(yīng)用。但要注意，此轉(zhuǎn)換系數(shù)（儀表系數(shù)）是有條件的，其校驗(yàn)條件是參考條件，如果使用時(shí)偏離此條件系數(shù)將發(fā)生變化，變化的情況視傳感器類型，管道安裝條件和流體物性參數(shù)的情況而定。

（2） 理論流量方程

根據(jù)動(dòng)量矩定理可以列出葉輪的運(yùn)動(dòng)方程

公式3

式中 J： 葉輪的慣性矩；

dw/dt： 葉輪的旋轉(zhuǎn)加速度；

M1： 流體的驅(qū)動(dòng)力拒；

M2： 粘性阻力矩；

M3： 軸承摩擦阻力矩；

M4： 磁阻力矩。

當(dāng)葉輪以恒速旋轉(zhuǎn)時(shí)，0，則M1=M2+M3+M4。經(jīng)理論分析與實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證可得

公式4

式中 n： 葉輪轉(zhuǎn)速；

qv： 體積流量；

A： 與流體物性（密度、粘度等），葉輪結(jié)構(gòu)參數(shù)（葉片傾角、葉輪直徑、

流道截面積等）有關(guān)的系數(shù)；

B： 與葉片頂隙，流體流速分布有關(guān)的系數(shù)；

C： 與摩擦力矩有關(guān)的系數(shù)。

國(guó)內(nèi)外學(xué)者提出許多理論流量方程，它們適用于各種傳感器結(jié)構(gòu)及流體工作條件。至今渦輪儀表特性的水動(dòng)力學(xué)特性仍舊不很清楚，它與流體物性及流動(dòng)特性有復(fù)雜的關(guān)系。比如當(dāng)流場(chǎng)有旋渦和非對(duì)稱速度分布時(shí)水動(dòng)力學(xué)特性就非常復(fù)雜。不能用理論式推導(dǎo)儀表系數(shù)，儀表系數(shù)仍需由實(shí)流校驗(yàn)確定。但是理論流量方程有巨大的實(shí)用意義，它可用于指導(dǎo)傳感器結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計(jì)及現(xiàn)場(chǎng)使用條件變化時(shí)儀表系數(shù)變化規(guī)律的預(yù)測(cè)和估算。

 

三、產(chǎn)品特點(diǎn)

1. 精確度，一般可達(dá)±0.5%R，型可達(dá)±0.2%R；

2. 重復(fù)性好，短期重復(fù)性可達(dá)0.05%~0.2%,正是由于具有良好的重復(fù)性，如經(jīng)常校準(zhǔn)或在線校準(zhǔn)可得到好的精確度，在貿(mào)易結(jié)算中是優(yōu)先選用的流量計(jì)；

3. 輸出脈沖頻率信號(hào)，適于總量計(jì)量及與計(jì)算機(jī)連接，無零點(diǎn)漂移，抗*力強(qiáng)；

4. 可獲得很高的頻率信號(hào)（3~4kHz），信號(hào)分辨力強(qiáng)；

5. 范圍度寬，中大口徑可達(dá)1:20，小口徑為1:10；

6. 結(jié)構(gòu)緊湊輕巧，安裝維護(hù)方便，流通能力大；

7. 適用高壓測(cè)量，儀表表體上不必開孔，易制成高壓型儀表；

8. 型傳感器類型多，可根據(jù)用戶特殊需要設(shè)計(jì)為各類型傳感器，例如低溫型、雙向型、井下型、混砂型等；

9. 可制成插入型，適用于大口徑測(cè)量，壓力損失小，價(jià)格低，可不斷流取出，安裝維護(hù)方便。

 

四、基本參數(shù)與技術(shù)性能

1.技術(shù)性能

表1

儀表口徑及連接方式	4、6、10、15、20、25、32、40采用螺紋連接 （15、20、25、32、40）50、65、80、100、125、150、200采用法蘭連接
精度等級(jí)	±1%R、±0.5%R、±0.2%R（需特制）
量程比	1:10；1:15；1:20
儀表材質(zhì)	304不銹鋼、316（L）不銹鋼等
被測(cè)介質(zhì)溫度（℃）	-20～＋120℃
環(huán)境條件	溫度－10～+55℃，相對(duì)濕度5％～90％，大氣壓力86～106Kpa
輸出信號(hào)	傳感器：脈沖頻率信號(hào)，低電平≤0.8V 高電平≥8V 變送器：兩線制4 ~ 20mADC電流信號(hào)
供電電源	傳感器：+12VDC 、+24VDC（可選） 變送器：+24VDC 現(xiàn)場(chǎng)顯示型：儀表自帶3.2V鋰電池
信號(hào)傳輸線	STVPV3×0.3（三線制），2×0.3（二線制）
傳輸距離	≤1000m
信號(hào)線接口	基本型：豪斯曼接頭，防爆型：內(nèi)螺紋M20×1.5
防爆等級(jí)	基本型：非防爆產(chǎn)品，防爆型：ExdIIBT6
防護(hù)等級(jí)	IP65

 

2.測(cè)量范圍及工作壓力

表2

儀表口徑 （mm）	正常流量范圍（m3/h）	擴(kuò)展流量范圍（m3/h）	常規(guī)耐受壓力 （MPa）	特制耐壓等級(jí)（MPa） （法蘭連接方式）
DN 4	0.04～0.25	0.04～0.4	6.3	12、16、25
DN 6	0.1～0.6	0.06～0.6	6.3	12、16、25
DN 10	0.2～1.2	0.15～1.5	6.3	12、16、25
DN 15	0.6～6	0.4～8	6.3、2.5（法蘭）	4.0、6.3、12、16、25
DN 20	0.8～8	0.45～9	6.3、2.5（法蘭）	4.0、6.3、12、16、25
DN 25	1～10	0.5～10	6.3、2.5（法蘭）	4.0、6.3、12、16、25
DN 32	1.5～15	0.8～15	6.3、2.5（法蘭）	4.0、6.3、12、16、25
DN 40	2～20	1～20	6.3、2.5（法蘭）	4.0、6.3、12、16、25
DN 50	4～40	2～40	2.5	4.0、6.3、12、16、25
DN 65	7～70	4～70	2.5	4.0、6.3、12、16、25
DN 80	10～100	5～100	2.5	4.0、6.3、12、16、25
DN 100	20～200	10～200	2.5	4.0、6.3、12、16、25
DN 125	25～250	13～250	1.6	2.5、4.0、6.3、12、16
DN 150	30～300	15～300	1.6	2.5、4.0、6.3、12、16
DN 200	80～800	40～800	1.6	2.5、4.0、6.3、12、16

五、儀表分類

1．按儀表功能分類，LWGY系列渦輪流量計(jì)可分為2大類，即：

l 渦輪流量傳感器/變送器

l 智能一體化渦輪流量計(jì)

2．功能說明

l 渦輪流量傳感器/變送器

該類渦輪流量產(chǎn)品本身不具備現(xiàn)場(chǎng)顯示功能，僅將流量信號(hào)遠(yuǎn)傳輸出。流量信號(hào)可分為脈沖信號(hào)或電流信號(hào)（4-20mA）；儀表價(jià)格低廉，集成度高，體積小巧，特別適用于與二次顯示儀、PLC、DCS等計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)配合使用。

按照不同的輸出信號(hào)，該類產(chǎn)品可分為L(zhǎng)WGY-□N型和LWGY-□A型

LWGY-□N型傳感器：12～24VDC供電，三線制脈沖輸出，高電平≥8V，低電平≤0.8V；信號(hào)傳輸距離≤1000米；

LWGY-□A型變送器：24VDC供電，二線制4-20mA 輸出，信號(hào)傳輸距離≤1000。

該類渦輪流量產(chǎn)品均分為基本型和防爆型（ExdIIBT6）兩種，外形如圖

圖3 圖4

基本型傳感器/變送器 防爆型傳感器/變送器

l 智能一體化渦輪流量計(jì)

采用低功耗單片微機(jī)技術(shù)研制的渦輪流量傳感器與顯示積算一體化的新型智能儀表，采用雙排液晶現(xiàn)場(chǎng)顯示，具有機(jī)構(gòu)緊湊、讀數(shù)直觀清晰、可靠性高、不受外界電源干擾、抗雷擊、成本低等明顯優(yōu)點(diǎn)。儀表具備儀表系數(shù)三點(diǎn)修正，智能補(bǔ)償儀表系數(shù)非線性，并可進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)修正。高清晰液晶顯示器同時(shí)顯示瞬時(shí)流量（4位有效數(shù)字）及累積流量（8位有效數(shù)字，帶清零功能）。所有有效數(shù)據(jù)掉電后保持10年不丟。該類渦輪流量計(jì)均為防爆產(chǎn)品，防爆等級(jí)為：ExdIIBT6。

該類渦輪流量計(jì)按照供電方式、是否具備遠(yuǎn)傳信號(hào)輸出可分為L(zhǎng)WGY-□B型和LWGY-□C型。

LWGY-□B型：供電電源采用3.2V10AH鋰電池（可連續(xù)運(yùn)行4年以上）； 無信號(hào)輸出功能。

LWGY-□C型：供電電源采用24VDC外供電，輸出4-20mA標(biāo)準(zhǔn)兩線制電流信號(hào)，并可根據(jù)不同的現(xiàn)場(chǎng)需要，可增加RS485或HART通訊。

圖5

智能一體化渦輪流量計(jì)

六、儀表選型

表3

型 號(hào)								說 明
LWGY─	□	/□	/□	/□	/□	/□	/□
公 稱 通 徑	4							4mm，標(biāo)準(zhǔn)量程0.04～0.25m3/h，寬量程為0.04～0.4m3/h
	6							6mm，標(biāo)準(zhǔn)量程0.1～0.6m3/h，寬量輪為0.06～0.6m3/h
	10							10mm，標(biāo)準(zhǔn)量程0.2～1.2m3/h，寬量程為0.15～1.5m3/h
	15							15mm，標(biāo)準(zhǔn)量程0.6～6m3/h寬量程為0.4～8m3/h
	20							20mm，標(biāo)準(zhǔn)量程0.8～8m3/h，寬量程為0.4～8m3/h
	25							25mm，標(biāo)準(zhǔn)量程1～10m3/h，寬量程為0.5～10m3/h
	32							32mm，標(biāo)準(zhǔn)量程1.5～15m3/h，寬量程為0.8～15m3/h
	40							40mm，標(biāo)準(zhǔn)量程2～20m3/h，寬量程為1～20m3/h
	50							50mm，標(biāo)準(zhǔn)量程4～40m3/h，寬量程為2～40m3/h
	65							65mm，標(biāo)準(zhǔn)量程7～70m3/h，寬量程為4～70m3/h
	80							80mm，標(biāo)準(zhǔn)量程10～100m3/h，寬量程為5～100m3/h
	100							100mm，標(biāo)準(zhǔn)量程20～200m3/h，寬量程為10～200m3/h
	125							125mm，標(biāo)準(zhǔn)量程25～250m3/h，寬量程為13～250m3/h
	150							150mm，標(biāo)準(zhǔn)量程30～300m3/h，寬量程為15～300m3/h
	200							200mm，標(biāo)準(zhǔn)量程80～800m3/h，寬量程為40～800m3/h
類 型		N						基本型，+12V供電，脈沖輸出，高電平≥8V低電平≤0.8V
		A						4～20mA兩線制電流輸出，遠(yuǎn)傳變送型
		B						電池供電現(xiàn)場(chǎng)顯示型
		C						現(xiàn)場(chǎng)顯示/4～20mA 兩線制電流輸出
		C1						現(xiàn)場(chǎng)顯示/RS485通訊協(xié)議
		C2						現(xiàn)場(chǎng)顯示/HART通訊協(xié)議
精度等級(jí)			05					精度0.5級(jí)
			10					精度1.0級(jí)
渦 輪 類 型				W				寬量程渦輪
				S				標(biāo)準(zhǔn)渦輪
材 質(zhì)					S			304不銹鋼
					L			316（L）不銹鋼
防 爆								無標(biāo)記，為非防爆型
						E		防爆型 （ExmⅡCT6或 ExdⅡBT6）
壓力等級(jí)							N	常規(guī) （參照表2）
							H(x)	高壓 （參照表2）

注：DN15～DN40常規(guī)為螺紋連接，如希望采用法蘭連接，請(qǐng)?jiān)?ldquo;公稱通徑”后加“（FL）”

例如，選用一臺(tái)法蘭連接式防爆型渦輪流量計(jì)測(cè)量柴油，管道為DN40、現(xiàn)場(chǎng)需要顯示并遠(yuǎn)傳電流信號(hào)，要求精度0.5級(jí)，304不銹鋼材質(zhì)，儀表耐壓16MPa測(cè)量范圍為標(biāo)準(zhǔn)量程，其產(chǎn)品型號(hào)應(yīng)為：LWGY-40(FL)/C/05/S/S/E/H16

 

七、安裝尺寸

傳感器的安裝方式根據(jù)規(guī)格不同，采用螺紋或法蘭連接，安裝方式見圖6、圖7、圖8，安裝尺寸見表4。

整表結(jié)構(gòu)圖 過濾器結(jié)構(gòu)圖

1.過濾器 2.前直管段 3.葉輪 4.前置放大器 5.殼體 6.后直管段 1.壓緊圈 2.螺栓4×14 3.墊圈 4.密封墊圈

5.鋼絲1Cr18Ni9Ti-0.8×2.5 6.過濾網(wǎng) 7.座

圖6 LWGY-4～10傳感器結(jié)構(gòu)及安裝尺寸示意圖

 

 

1. 殼體 2．前導(dǎo)向件 3．葉輪 4．后導(dǎo)向件 5．前置放大器

圖7 LWGY-15～40傳感器結(jié)構(gòu)及安裝尺寸示意圖

 

 

1. 球軸承 2．前導(dǎo)向件 3．漲圈 4．殼體

5．前置放大器 6．葉輪 7．軸承 8．軸

圖8 LWGY-50～200傳感器結(jié)構(gòu)及安裝尺寸示意圖

 

 

 

表4

公稱通徑（mm）	L(mm)	G	D(mm)	d(mm)	孔數(shù)
4	295	G1/2
6	330	G1/2
10	450	G1/2
15	75	G1	Ф65	Ф14	4
20	80	G1	Ф75	Ф14	4
25	100	G5/4	Ф85	Ф14	4
32	140	G2	Ф100	Ф14	4
40	140	G2	Ф110	Ф18	4
50	150		Ф125	Ф18	4
65	170		Ф145	Ф18	4
80	200		Ф160	Ф18	8
100	220		Ф180	Ф18	8
125	250		Ф210	Ф25	8
150	300		Ф250	Ф25	8
200	360		Ф295	Ф23	12

 

八、流量計(jì)安裝注意事項(xiàng)

（1）安裝場(chǎng)所

傳感器應(yīng)安裝在便于維修，管道無振動(dòng)、無強(qiáng)電磁干擾與熱輻射影響的場(chǎng)所。渦輪流量計(jì)的典型安裝管路系統(tǒng)如圖9所示。圖中各部分的配置可視被測(cè)對(duì)象情況而定，并不一定全部都需要。渦輪流量計(jì)對(duì)管道內(nèi)流速分布畸變及旋轉(zhuǎn)流是敏感的，進(jìn)入傳感器應(yīng)為充分發(fā)展管流，因此要根據(jù)傳感器上游側(cè)阻流件類型配備必要的直管段或流動(dòng)調(diào)整器，如表5所示。若上游側(cè)阻流件情況不明確，一般推薦上游直管段長(zhǎng)度不小于20D，下游直管段長(zhǎng)度不小于5D，如安裝空間不能滿足上述要求，可在阻流件與傳感器之間安裝流動(dòng)調(diào)整器。傳感器安裝在室外時(shí)，應(yīng)有避直射陽光和防雨淋的措施。 圖9

表5

上游側(cè)阻流件類型	單個(gè)90o彎頭	在同一平面上的兩個(gè)90o彎頭	在不同平面上的兩個(gè)90o彎頭	同心漸縮管	全開閥門	半開閥門	下游側(cè)長(zhǎng)度
l/DN	20	25	40	15	20	50	5

 

（2）連接管道的安裝要求

水平安裝的傳感器要求管道不應(yīng)有目測(cè)可覺察的傾斜（一般在5°以內(nèi)），垂直安裝的傳感器管道垂直度偏差亦應(yīng)小于5°。

需連續(xù)運(yùn)行不能停流的場(chǎng)所，應(yīng)裝旁通管和可靠的截止閥（見圖9），測(cè)量時(shí)要確保旁通管無泄漏。

在新鋪設(shè)管道裝傳感器的位置先介入一段短管代替?zhèn)鞲衅?，待?ldquo;掃線”工作完畢確認(rèn)管道內(nèi)清掃干凈后，再正式接入傳感器。由于忽視此項(xiàng)工作，掃線損壞傳感器屢見不鮮。

若流體含雜質(zhì)，則應(yīng)在傳感器上游側(cè)裝過濾器，對(duì)于不能停流的，應(yīng)并聯(lián)安裝兩套過濾器輪流清除雜質(zhì)，或選用自動(dòng)清洗型過濾器。若被測(cè)液體含有氣體，則應(yīng)在傳感器上游側(cè)裝消氣器。過濾器和消氣器的排污口和消氣口要通向安全的場(chǎng)所。

若傳感器安裝位置處于管線的低點(diǎn)，為防止流體中雜質(zhì)沉淀滯留，應(yīng)在其后的管線裝排放閥，定期排放沉淀雜質(zhì)。

被測(cè)流體若為易氣化的液體，為防止發(fā)生氣穴，影響測(cè)量精確度和使用期限，傳感器的出口端壓力應(yīng)高于公式5計(jì)算的低壓力pmin

pmin=2△p+1.25pv Pa公式5

式中 pmin——低壓力，Pa；

△p——傳感器大流量時(shí)壓力損失，Pa；

pv——被測(cè)液體高使用溫度時(shí)飽和蒸汽壓，Pa。

流量調(diào)節(jié)閥應(yīng)裝在傳感器下游，上游側(cè)的截止閥測(cè)量時(shí)應(yīng)全開，且這些閥門都不得產(chǎn)生振動(dòng)和向外泄漏。對(duì)于可能產(chǎn)生逆向流的流程應(yīng)加止回閥以防止流體反向流動(dòng)。

傳感器應(yīng)與管道同心，密封墊圈不得凸入管路。液體傳感器不應(yīng)裝在水平管線的高點(diǎn)，以免管線內(nèi)聚集的氣體（如停流時(shí)混入空氣）停留在傳感器處，不易排出而影像測(cè)量。

傳感器前后管道應(yīng)支撐牢靠，不產(chǎn)生振動(dòng)。對(duì)易凝結(jié)流體要對(duì)傳感器及其前后管道采取保溫措施。