江蘇金鼎自動化儀表有限公司 ：姚佳明
基于與人類歷史一樣古老的原理再結合運用新的技術，可有效提高渦輪流量計的測量準確性、可重復性及可靠性。
可用尺寸至12英寸 （ 300毫米）且能適應 10,000 psi （689巴）過程壓強及 1,000 βF（538℃）過程溫度的渦輪流量計，適用于化工、石化、制藥及食品飲料等行業應用。
渦輪流量計的基本構造是安裝在流體管中的一個裝有葉片的轉子（參見圖1）。隨著流體（氣體或液體）介質流過轉子葉片，即在每一葉片背面形成一個低壓區，從而推動轉子轉動
影響性能的因素
基本渦輪流量計技術已至少有10年時間沒有什么變化，因此人們積累了大量有關可影響其性能的知識。
正是這些不斷累積的知識，使渦輪流量計變得高度可重復，而且比任何其他流量計都被更多地用作標準儀表（基準儀表）。
在流體測量應用中，影響渦輪流量計性能的關鍵因素包括：
■空化
■流體比重
■粘度
當流體壓強非常接近其真空壓強時，即會產生泡沫并破裂，這種物理現象即所謂的“空化”，它能給管道及設備（包括渦輪流量計的轉子葉片）帶來嚴重的損壞。
當液體通過渦輪轉子葉片時，其速度會增加并在葉片背面形成一個低壓區。當該低壓區壓強低于流體真空壓強時，即會產生泡沫。隨著泡沫向下游運動，壓力逐漸恢復并使泡沫破裂（返回至液體狀態）。真空泡沫破裂會釋放出能量，并產生類似于砂礫流過管道時所發出的噪音。當能量在靠近固體表面處釋放時，會將少量材料磨掉，留下粗糙、類似于煤渣的表面。
除磨損外，空化還會使轉子速度加快（比正常液體流動條件下的轉速更快），這樣就會產生不準確的測量信號。
“將系統背壓保持在流量計壓強下降量兩倍加產品真空壓強25倍上，可有效地避免渦輪流量計產生空化”，Sponsler公司銷售與開發工程師Barry Ellison說。
流體比重是影響轉子葉片上微分壓強的另一因素。隨著流體比重的降低，壓強微分值也隨之減少。比重及流速很低的流體會在轉子葉片上產生很低的微分壓強，因此只有很少的能量能用來推動轉子。
渦輪流量計廠商一般通過增加轉子葉片傾角來對低比重及低流速流體條件進行補償。
第三種性能影響因素是流體粘度。由于粘度是一項代表液體流動阻力的指標，因此它對流量計性能的影響發生在儀表定子與轉子葉片及軸承之間的空隙內。渦輪流量計廠商一般會用幾種方式來補償粘度對流量計性能的影響，包括調整轉子葉片的形狀及長度，和/或為轉子增加一層覆蓋等。
渦輪流量計廠商對每一種性能影響因素都非常清楚，并且一般都會用物理設計調整和/或修改儀表K因子等手段來進行補償（其中K代表知識極限，并且是一種通常用來表示校正因子未知或難以表示效應的可接受方式）。
軸承選擇
有多種形式的軸承可供渦輪流量計選用，包括金屬及陶瓷滾珠軸承以及套筒式碳化鎢及陶瓷滾珠軸承等。
滾珠軸承通常具有zui高的精度、zui低的成本及zui寬的使用范圍，因此它被用于眾多流體中。而碳化鎢及陶瓷滾珠軸承則在維修兼容流體中擁有zui高的耐用性。
由于流體一般都能為軸承提供一定程度上的潤滑，因此它所提供的高自然潤滑可延長軸承的使用壽命。
對于那些流體只能為軸承提供較少或*不能提供自然潤滑的應用，則可使用Hoffer流量控制公司提供的帶自潤滑陶瓷滾珠軸承的單元。
無論流體是否能為渦輪流量計軸承提供潤滑，廠商們都能采用各種不同技術來使軸承磨損zui小。例如，滾珠軸承單元所包含的非金屬軸承護圈、硬度*的碳化鎢及陶瓷滾珠等，都能使軸承的使用壽命延長。
軸承壽命與軸承速度平方近似成反比，因此，為延長渦輪流量計的使用壽命，能讓流量計工作在較低流速上。例如，如果流量計在其zui大流速的33%上工作，則軸承壽命大約可提高10倍。
對于采用滾珠軸承的流量計，建議每半年對軸承進行一次檢查。
安裝影響
像大多數流量計一樣，渦輪流量計的精度絕大部分取決于正確的安裝以及能否確保不產生漩渦的運行條件。甚至在恒定流速上，漩渦都能改變流體沖擊轉子葉片的角度，進而改變轉子轉速并因此而改變液體流速指示。
通過在渦輪流量計上、下游中安裝足夠長度的流體直通，可減少甚至*消除漩渦效應。流體直通是一種直管與校正葉片的組合，或者像Vortab公司的流量調理器這樣的裝置。用于液體流量測量應用的渦輪流量計，在水平及垂直兩個方向上都能很好地使用，但氣體流量測量應用則一般只要求流量計在垂直方向上具有的測量指標。
當在斷續液體應用中使用時，建議將渦輪流量計安裝在管道中的較低位置上。
渦輪流量計一般設計用于干凈的流體應用中。在可能存在固體的應用中，建議安裝篩網或過濾器。但由于篩網或過濾器容易產生漩渦，因此建議將其安裝在直通路徑中的上游位置。
信號輸出
渦輪流量計所產生的信號，是一種峰－峰值電壓脈沖，而產生脈沖zui常用的方法是利用磁阻原理。
在磁阻原理方法中，感應線圈外包一層永磁體，并被安裝在流量計外面緊靠轉子的部位。而轉子上的每一個葉片，當它轉過線圈時都會引起磁場偏斜，而這種磁阻變化又會在感應線圈中激起電壓脈沖。
在過去幾年中，電子技術的使用極大地提高了渦輪流量計的性能，例如，每秒計算數千個脈沖的能力就能極大地提高流量計的測量精度及范圍。
當安裝在電氣噪音環境中、或當渦輪流量計與電子設備之間的距離超過200英尺時，則有必要進行相應的信號調整。
應用舉例
除液體或氣體渦輪流量計較為傳統的工業應用外，Hoffer、Omega Engineering及Sponsler等公司也在成功地將其用于一些不太傳統的應用中，例如：
■ Viking Yachts公司生產各種遠洋游艇，由于擔心在危險海域遇到燃料耗盡情況，因此Viking公司需要為其客戶提供有關游艇航程的準確信息。在Sponsler公司幫助下，Viking公司現在已能準確地測量出游艇柴油發動機在各種工作條件下的油耗情況，從而可幫助確保船長在不耗盡燃料的情況下安全進港。
■ 將奶制品從牛奶場輸送至儲罐中，要求進行及可重復的密封輸送測量，并且還要求有很高的衛生條件。Omega公司的FTB系列及Sponsler公司的SP714，即是適合上述應用的及衛生的渦輪流量計，設計時即考慮到無需拆卸即能對內部元件進行*的清潔。
■ zui大的石油天然氣儲量是在海底，但要探明這些儲量，需面臨深度超過10,000英尺、內部工作壓強超過10,000psi、外部壓強超過5,000 psi以及溫度低于32 鸉的*挑戰。
Hoffer公司正在用專門設計的5/8及4英寸渦輪流量計來應對這些*的海底應用挑戰。迄今為止，渦輪流量計仍然是一種zui為流行的流量測量方式，原因何在?因為它們能夠提供：
■ 寬測量范圍；
■ 出色的精度及低成本；
■ 允許與眾多過程流量一起使用的制造材料；
■ 結構簡單耐用且能進行現場維修；
■ 與用于流量控制及計算機進行接口的相關電子讀取設備連接的靈活性；
■ 寬范圍過程連接；
■ 寬工作溫度及壓強等。
蹼輪流量計是一種低成本替代方案 當精度不那么重要時，蹼輪（Paddlewheel）流量計是較為昂貴的渦輪流量計的一種低成本替代方案?？捎糜诓迦胧皆O計的蹼輪流量計傳感器，可適應達36英寸（914 毫米）的尺寸。
采用插入式設計時，轉子及槳葉與液體流向保持垂直而不是平行。插入式設計的主要優勢是，它使蹼輪能容忍顆粒通過，因此很少需要使用篩網及過濾器。由于槳葉只與一小部分流量截面接觸，因此轉子的插入深度以及確保適當的接觸截面，對于保證流量計的測量精度及可重復性非常關鍵。為確保合適的插入深度及轉子方向，大多數蹼輪流量計生產商都提供專門設計的安裝裝置。
粘度改變時該怎么辦？
從理論上講，當流體粘度改變時，可使用容積流量計，但如果使用渦輪流量計的話，則多數廠商都開發了用于特定儀表的粘度校準曲線（Special Viscosity Calibration Curve, SVCC）。
開發SVCC要求用一系列粘度來對渦輪流量計進行校準-- 一般需用3到4種。每一條粘度曲線都代表流量計的特定性能，并可用來開發一個安裝在基于計算機的控制器或監控系統中的多項式方程。
另外，還需將一個溫度傳感器安裝在流體中，并與控制或監視系統連接。
根據溫度傳感器的輸入，再將適當的SVCC應用到渦輪流量計的輸出值中，即可獲得流體粘度調整流速。
