基尔中国 气体涡轮流量计的工作原理与结构

一、工作原理

1. 基本原理

气体涡轮流量计基于动量矩守恒原理设计，其核心工作过程如下：

流体驱动涡轮旋转：当气体流经流量计时，首先通过进气口专用一体化整流器进行整流并加速，由于涡轮叶片与流体流向成一定角度，气体对涡轮产生推力，使涡轮在克服摩擦力矩和流体阻力矩后开始旋转。

转速与流量的线性关系：在一定流量范围内，涡轮旋转的角速度与流体体积流量成正比，即流速越大，涡轮转速越快。

信号转换与处理：根据电磁感应原理，利用磁敏传感器从同轴转动的信号轮上感应出与流体体积流量成正比的脉冲信号，该信号经放大、滤波、整形后与温度、压力传感器信号一起进入智能流量积算仪的微处理单元进行运算处理。

流量显示：气体的体积流量和总量直接显示于LCD屏上，可显示标准状态下（Pb=101.325KPa, Tb=293.15K）的气体体积累积量。

2. 数学模型

气体涡轮流量计遵循以下数学模型：

Q=3600×fkQ=3600×kf​

其中：

Q：流进流量计的流体流量（m³/h）

f：与流量成正比的频率信号（Hz）

k：仪表系数（1/m³），由出厂校准确定

3. 工作过程详解

整流阶段：气体进入流量计后，首先通过一体化整流器进行整流并加速，消除流体扰动

涡轮旋转：整流后的气体冲击涡轮叶片，使涡轮产生周期性旋转，转速与气体流速成正比

信号感应：涡轮旋转带动磁电转换器，使其磁阻值发生变化，在感应线圈中产生周期性变化的感应电势

信号处理：感应信号经放大器放大后送至微处理器，进行温度、压力补偿计算

流量显示：微处理器将处理后的数据直接显示于LCD屏上，同时可输出标准信号（如4-20mA、RS485）

二、结构组成

1. 主要部件

气体涡轮流量计主要由以下关键部件构成：

壳体：本身带有法兰，并有一定形状的流体通道，根据不同的工作压力，壳体材料可采用铸铝合金、碳钢或不锈钢

整流器：强迫流体加速，消除任何可能存在的气流扰动，即使在非理想的安装环境下，也能够保证高精度

涡轮（叶轮）：用铝合金制成，具有一定角度的螺旋叶片，固定在壳体中间部位，克服摩擦力矩和流体阻力矩旋转

智能流量积算仪：由温度、压力检测模拟通道、流量检测数字通道以及微处理单元、液晶驱动电路和其它辅助电路组成

压力传感器：以压阻式扩散硅桥路为敏感元件，在外界压力作用下会发生预期变化

流量传感器：安装在靠近叶轮后端，可检测出从同轴转动的信号轮上发出的频率信号

温度传感器：以Pt100/pt1000铂电阻为温度敏感元件，其电阻值与温度成对应关系

2. 核心组件详解涡轮（叶轮）设计

材料选择：常用不锈钢、钛合金、陶瓷或复合材料，根据使用环境选择

叶片设计：轴承系统

轴承类型：选择滚珠轴承、滑动轴承等，根据涡轮转速、载荷和工作环境等因素确定

轴承材料：选择耐磨损、耐高温、耐腐蚀的材料，如陶瓷、金属或复合材料

润滑方式：通常使用润滑脂，也可使用油润滑，润滑频率根据工作环境和负载大小确定传感器系统

磁电感应转换器：是实现流量信号转换的关键，当涡轮旋转时，导磁体周期性改变磁路的磁阻，在线圈中感应出电脉冲信号

信号处理电路：包括信号采集、放大、滤波、整形和转换，将模拟信号转换为数字信号，并进行线性化、温度补偿等处理

三、气体涡轮流量计的特点与优势

高精度测量：精度可达1.0级，在规定的流量范围内和工作条件下具有较高的测量精度

宽量程比：流量范围宽（Qmax/Qmin≥20:1），重复性好，可测量从低流量到高流量的广泛范围

低压损：压力损失小，始动流量低至0.6m³/h，对流体扰动的敏感性低

多功能集成：可检测被测气体的温度、压力和流量，能进行流量自动跟踪补偿

多种信号输出：支持脉冲信号、4-20mA电流输出、RS-485通讯等多种输出方式

低功耗设计：内置3.2V10AH锂电池可连续工作3年以上，仪表系数及累计流量值掉电后保存十年

安全性能高：通过GB3836系列防爆认证，防护等级为IP65，适用于0、1、2区危险场所

四、应用范围

气体涡轮流量计广泛应用于以下领域：

天然气行业：城市管线（网）燃气的计量、工业燃气的计量、燃气调压站的计量

能源管理：各种无腐蚀性气体的计量或流量控制

工业领域：石油化工、电力、冶金、水利等行业

环境监测：监测工业排放气体的流量，帮助企业遵守环保法规

HVAC系统：在暖通空调系统中，测量空气流量，确保系统的高效运行

气体涡轮流量计凭借其结构简单、精度高、响应速度快、可靠性好等特点，在气体流量测量领域占据重要地位，尤其适用于需要高精度计量的天然气贸易结算等关键场合。正确理解其工作原理与结构特点，有助于在实际应用中更好地发挥其性能优势。