进行工业炉窑热平衡测试，对于掌握工业炉窑的热能利用情况，提高产品质量，为企业节能降耗，降低成本，其经济效益无疑是巨大的。在实际测试的过程中，涡轮流量计因其精度高，测量范围宽，耐压高，且有数字信号输出，在工业锅炉热平衡测试中得到首先选用。本文对涡轮流量计在工业锅炉热平衡测试中使用的若干问题进行必要的探讨及总结。

 

    在工业锅炉进行的实际情况下，限于各种条件的制约，工业锅炉的给水一般为随时间负荷变化的间歇式的给水方式，这种方式决定了在锅炉上水的主管道管路内的流动体，即上水的流动通常表现为紊流的流动过程，即工业锅炉的管道内的水流为不规则的一边相互混合一边流动的状态，而准确的计量工业锅炉的给水流量和温度，对于正确地分析热平衡测试结果是十分关键的。涡轮流量计正是由于有数字信号输出，相应度灵敏才可准确的准时的响应水流的紊流变化。在一个时间周期内，工业锅炉上水管道的流量为管道截面积F的积分，即Q=∫FVDF，而其他原理的流量计是很难达到涡轮流量计的高精度的。

 

    1 涡轮流量计的结构

 

    涡轮流量计结构由涡轮、轴承、前置放大器、信号接收器等所组成。从涡轮流量计机壳进口处流入的测量流体，使轴承支撑的涡轮依瞬时流量成正比的角速度旋转。涡轮旋转次数是通过机壳外面与涡轮产生的电磁感应传感线圈来检测的。传感线圈的电信号经前置放大器放大整形后，作为与流量成正比的脉冲信号被传送至信号接收器，从而显示出瞬时与累计流量。

 

    2 涡轮流量计的特性

 

    涡轮流量计的主要计量特性就是流量Q与指示值关系的特性，即流量系数。理想的涡轮流量计的流量特性如图1。

 

 

 

    从图1可以看出，涡轮流量计的流量系数在一定的流量范围内无论流量怎样变化，总是保持一定的数字值，在这种流量特性指示值下，一般都可以使累积瞬间流量误差为零。而流量计在启动限制流量从零到较大的变化中，其流量特性是不稳定的，即流量的误差控制在一定的范围之内时，流量必须在某一流量以上，这是大多数不同原理类型的流量计的通性。图1所示的变换范围为±5‰之内。也就是说仪器变化幅度在±5‰之内。

 

    在使用时要注意的是，对于某一台涡轮流量计来说，固有的流量系数是在出厂的时候或在仪器校准的时候在标准温度下的流量特性，当用于实际场合时，特别是对于工业锅炉热平衡测试来说，也可能实际使用的流体是经过省煤器余热以后的高温流体，因此为了保证热平衡测试的精度，尤其要注意考虑到奥氏体不锈钢的机壳材料和涡轮流量计的内部元件的尺寸随温度的变化，故在高出流量计校准温度时的真实的流量系数为：

 

 

 

上式中：

 

K-0：校验的流量计流量系数；

K-：实际使用的流量计流量系数；

t0：校验时的流量计的标准温度；

t：实际使用时的流量计的流体温度；

βR：涡轮材料的温度膨胀系数；

βH：机壳材料的温度膨胀系数。

 

    3 涡轮流量计的使用

 

    （1）型号选择。虽然涡轮流量计有其测量范围宽的优点，但对工业锅炉进行热平衡测试时，还是应该根据工业锅炉负荷的大小正确的选择流量计的型号。一般地，涡轮流量计的口径除应与现场原有进水的管道一致外，更重要的是流量计的最大流量与工业锅炉进水的最大流量一致，特别要注意工业锅炉的额定负荷，即工业锅炉的单位时间的进水，以及水泵的瞬间流量是否超过涡轮流量计的单位时间的瞬间流量。涡轮流量计的测量范围即选择在最大线性流量工作，一般为了正确地进行计量，其瞬间最大流量可控制在最大线性流量的70%以下，即可保证涡轮流量计准确的计量。

 

    （2）正确安装。在工业锅炉热平衡测试中，涡轮流量计的安装及配管是极重要的环节。实践证明，由于各种原因，引起最后的计算结果误差过大，都是由于没有正确使用安装的结果。去掉各种人为的错误因素外，随意的安装使用引起涡轮流量计两端的流体变化，流体的雷诺数增高，相对的降低了涡轮流量计的准确度。

 

    安装涡轮流量计，首先应避免配管震动场合，注意配管有应力的场所，并注意配管随温度上升产生膨胀力使它的机壳变形，造成测量误差。其次是对电路的保护，主要是对前置放大器的保护，应尽量避免使它受到强辐射和其他电器设备磁场对传感线匝的影响而出现故障。涡轮流量计的安装位置虽然可选择水平倾斜，甚至是垂直的位置，但随安装位置的不同，其工作曲线将有所变化，如图2那样，故一般最好选择水平状态的安装位置。

 

 

 

    （3）配管要点

 

    涡轮流量计的流量特性决定了其工作曲线受流量计前后管路的影响，故要求在涡轮流量计上流部分必须采用很长的直管方式，这是为了消除流体紊流的影响而保持均匀的层流状。一般要求在上流部分的直管长为15D以上（D为涡轮流量计的口径）。下流部分直管长度为4D以上，而管径和涡轮流量计应一致。其实影响涡轮流量计特性最大的就是管路中回流的存在，因而上流的部分长度应根据更前面的配管状态不变更，因为其管道弯段和口径的变化影响流速速度分布和旋流的存在，也是影响涡轮流量计测量精度的主要原因，特别是对紊流影响为最大。图3是改变口径的涡轮流量计的上流部分配管的工作曲线的变化情况。

 

 

 

    从图3中可以看出，在上游端变口径的情况下，涡轮流量计的误差曲线向负的方向变化，随着单位流量的不断增大，其流量计的表面示值将要小于实际经过的流体体积，这将部分影响工业锅炉热效率最后计算的结果，这对于一个试验周期为4h带来的误差是显著的。

在带弯管接头的情况下对测量误差的影响见图4。

 

 

 

    从图4可以看出，影响涡轮流量计特性最大的是流动中的漩流存在，使测量结果显示负值，这是由于弯管口径的变化，使流体的流动产生了紊流现象而增大了流体的雷诺数。为消除在配管中这种旋流，在管道内安装一束导管组成的整流器，这种整流器其实就是多根平行于管道内的导管，采用这种整流器的方式，在国内现场使用的极少而主要用于实验室场合。

 

    同时，在现场安装涡轮流量计时，尤为注意的是流量计的入口法兰垫圈一定不能突出，连接管段内也勿存留突出部分。笔者一次在咸阳某厂进行工业锅炉热平衡测试时，就是因为安装工人不注意而使垫圈突出，使涡轮流量计明显的显示过错数字。此外，还应注意流量计截至阀一定要安装在上流部分，而在上流部分截至阀阀门务必全部打开，采取以上的措施都是为了防止涡轮流量计上流部分产生紊乱。

 

    （4）布线的注意事项

 

    一般的前置放大器传感电缆，因避免来自外部的感应噪声，因此要采用屏蔽电缆，信号接收器也要屏蔽接地。同时，信号传输电缆也不能与动力线接近，更不能平行布缆。