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在測量污水、漿液等介質(zhì)時,電磁流量計(jì)的襯里內(nèi)壁以及電極表面容易產(chǎn)生結(jié)垢現(xiàn)象,由于結(jié)垢部分的電導(dǎo)率與測量介質(zhì)不一致,產(chǎn)生結(jié)垢后,如果不及時清理,輕則給電磁流量計(jì)的測量帶來誤差,重則導(dǎo)致電磁流量計(jì)的信號短路或斷路,導(dǎo)致儀表無法正常工作。對于易結(jié)垢場合使用的電磁流量計(jì),目前普遍采用刮刀式電極的方法解決,然而刮刀式電極也有其明顯的缺點(diǎn)一對安裝環(huán)境要求較高、需要定期維護(hù)、不能用于高壓管道等。本文通過對測量導(dǎo)管的結(jié)構(gòu)以及測量電極的形狀做改進(jìn)設(shè)計(jì),極大地延長了在高壓等極端場合條件下電磁流量計(jì)的無維護(hù)使用壽命。使此類極端工況的流量測量得到較為理想的解決。
本次研究涉及到流量測量技術(shù)相關(guān)領(lǐng)域,包括有電磁流量計(jì)以及電極的阻垢結(jié)構(gòu),該結(jié)構(gòu)中的電極主要是與流體介質(zhì)之間進(jìn)行接觸的安裝部分以及液體接觸部分,而在液體的接觸部位軸線位置處,其中心位置具有同軸設(shè)置的凸起部分,此凸起部分為導(dǎo)電體,本次所設(shè)計(jì)的電磁流量計(jì)其電極表面具有不易結(jié)垢以及無需經(jīng)常進(jìn)行清洗的特點(diǎn)。

1.傳統(tǒng)電磁流量計(jì)的清理方式
電磁流量計(jì)的工作原理決定了電磁流量計(jì)工作時測量電極必須能完成測量介質(zhì)的電動勢檢測若測量的介質(zhì)容易結(jié)垢,當(dāng)測量電極完全被結(jié)垢覆蓋時,如果結(jié)垢部分是絕緣體,電磁流量計(jì)電極將無法檢測到感應(yīng)信號,如果結(jié)垢部分導(dǎo)電率過高感應(yīng)信號將被結(jié)垢層短路。
為了解決電磁流量計(jì)介質(zhì)結(jié)垢的問題,目前傳統(tǒng)做法都是采用刮刀式機(jī)械清理的方法來解決刮刀式電極的結(jié)構(gòu)示意圖如圖1。

從刮刀式電極的結(jié)構(gòu)示意圖可以看出,副刀式電極的軸是通過“O”型圏軸密封的方式密封的。通過人工旋轉(zhuǎn)軸的方式帶動刮刀,實(shí)現(xiàn)電極表面結(jié)垢
的清理。
采用刮刀式電極清理結(jié)垢的方法,缺點(diǎn)主要有如下幾點(diǎn):
(1)需要取下儀表外殼上的密封蓋才能操作這就要求儀表必須安裝在干燥且清潔的環(huán)境中,不然容易破壞儀表的絕緣。
(2)需要人工定期清理,并且對清理的人員有定的**要求。
(3)由于旋轉(zhuǎn)軸是通過“O”型圈軸密封的方密封的,對于溝槽等密封部分的尺寸及表面光潔度要求較高,另外由于軸密封的限制,注定了刮刀式電極不能用于壓力大于10MPa以上的場合。
從以上幾點(diǎn)可以明顯看出,采用刮刀式電極的方式解決易結(jié)垢介質(zhì)的測量存在很大的局限性。無法滿足安裝環(huán)境較差(埋土、淹水)以及耐壓等級高于10Mpa(“O”型圈軸密封限制)的場合的除垢要求。

2.實(shí)用新型電磁流量計(jì)
本次所研究的新型電磁流量計(jì),其設(shè)計(jì)特點(diǎn)是具備較好的電極阻垢結(jié)構(gòu),之前所使用的傳統(tǒng)電磁流量計(jì)電極主要安裝在測量通道當(dāng)中,當(dāng)該結(jié)構(gòu)應(yīng)用在容易結(jié)垢的介質(zhì)中時,電極可能會被結(jié)垢所覆蓋,由于介質(zhì)結(jié)構(gòu)本身具有絕緣性,從而使得電極準(zhǔn)以對被測介質(zhì)的電位進(jìn)行正常檢測,進(jìn)而使得電磁流量計(jì)的儀表也難以正常使用,傳統(tǒng)電磁流量計(jì)的對電極結(jié)垢問題的解決方式為每隔一段時間完成一次儀器的拆卸,采用手動清洗或者是刮刀式電極機(jī)械清洗的方式進(jìn)行解決,但是傳統(tǒng)電磁流量計(jì)一般都具有易結(jié)垢、人工干預(yù)較多以及清理周期相對較短的問題。
2.1技術(shù)方案
2.1.1改變電極形狀
通過改變電磁流量計(jì)電極的形狀,可使電極表面不易結(jié)垢。由于測量液體黏性的存在,流體在一定流速范圍內(nèi),在管道中的流速成軸對稱分布:在沿管軸線方向取一截面,截面內(nèi)的流速分布是以管軸線為對稱軸的拋物線,如圖2所示。

由圖2所示,很容易得出,越是靠近管道內(nèi)壁的地方,流體流速越低,而流體流速越低,越是容易產(chǎn)生結(jié)垢現(xiàn)象。安裝在電磁流量計(jì)管道內(nèi)壁的電極正是貼在管道內(nèi)壁上,比較容易形成結(jié)垢現(xiàn)象。為了解決電極表面容易結(jié)垢的問題,現(xiàn)對電極表面的形狀做一定的改進(jìn),電極改進(jìn)前后的示意圖分別如圖3所示。

具有阻垢結(jié)構(gòu)的電極主要包括了和流體介質(zhì)之間進(jìn)行接觸的安裝部分和液體接觸部位,在液體接觸部位的中心位置具有同一軸線的凸起部,而凸起部為導(dǎo)電體。根據(jù)上述的技術(shù)方案可以了解到,眾質(zhì)叢起部位流過卮凸起的部位對所流動的介質(zhì)會進(jìn)行分割,同時在液體接觸部位以及凸起部位的連接處會產(chǎn)生一定的擾動作用,所產(chǎn)生的擾動作用會將液體接觸部位表面產(chǎn)生的結(jié)垢物帶走,使得液體接觸部位以及凸起部位不會產(chǎn)生污垢的積聚。由于凸起部位主要是在液體接觸部位設(shè)置,所以凸起部位與測量通道中的中心位置具有更近的距離而中心位置所受到的通道內(nèi)壁黏著力的影響相對較小,因此使得其流速相對較快,而凸起部位由于不會被污垢所覆蓋,所以采用該技術(shù)方案可以減少凸起部位以及液體接觸部位的污垢,不需要進(jìn)行經(jīng)常清理。上述技術(shù)方案中將凸起部外壁改為圓滑曲面,使得污垢不易在其表面進(jìn)行附著,在介質(zhì)流動沖擊下更容易被帶走。
2.1.2測量管道縮頸處理
當(dāng)介質(zhì)流體從變徑段之外經(jīng)過變徑段進(jìn)入測量通道時,由于變徑段為朝向測量通道的收口結(jié)構(gòu),測量通道的內(nèi)徑小于變徑段之外的管道內(nèi)徑使得介質(zhì)流體在測量通道中的流速增快,在此條件下,位于測量通道內(nèi)的液體接觸部位和凸起部表面更不容易結(jié)垢。
通過采用上述技術(shù)方案,該電磁流量計(jì)具有較好的電極阻垢效果,無需經(jīng)常清理電極液體接觸部和凸起部的污垢,減少人工干預(yù),提高了經(jīng)濟(jì)效益。
2.2實(shí)例說明
根據(jù)上述的技術(shù)方案,可以就其凸起部位或者其他部位進(jìn)行進(jìn)一步的配置,以便于減少電磁流量計(jì)的結(jié)垢能力,其進(jìn)一步的配置方式包括有凸起部的外壁是較為圓滑的曲面,起部的截為圓形,凸起部外徑由液體接觸部位向其遠(yuǎn)離的一側(cè)逐漸變小,遠(yuǎn)離凸起部的一端為球面,采用上述設(shè)置都可以有效降低電磁流量計(jì)的結(jié)垢能力,例如液體接觸部位采用球面結(jié)構(gòu)時,由于凸起部位主要設(shè)置在液體接觸部位的中心位置處,因此在對介質(zhì)流體進(jìn)行測量時,流體沿著液體接觸部位表面進(jìn)行流動,勢必會對凸起部位的底部產(chǎn)生一定的沖擊作用,在這種情況下,污垢不易積累,從而出現(xiàn)較為良好的阻止結(jié)垢的效果。在合理采用上述技術(shù)方案,同時采取進(jìn)一步的配置方式后,使得新型電磁流量計(jì)具備較好的電極阻垢效果,有效提高了儀器的經(jīng)濟(jì)效益,下文結(jié)合新型電磁流量計(jì)中的電極阻垢結(jié)構(gòu)實(shí)例進(jìn)行分析。

在本次實(shí)例當(dāng)中,圖4和圖5中的13所表示的凸起部位其外壁為圓滑的曲面,整體的橫截面基本為圓形,在該實(shí)例中所采用的進(jìn)一步配置為凸起部位的外徑由液體接觸部位向遠(yuǎn)離液體接觸部位的側(cè)逐漸變小,同時在凸起部位上與液體接觸部位遠(yuǎn)離的位置為球面。

如圖6所示,測量管道的前端、后端與變徑段相連接,變徑段的內(nèi)徑由測量管道向通道的兩側(cè)開始逐漸變大,測量管道的內(nèi)徑基本為變徑前內(nèi)徑的70%。上述3個圖中各序列號所表示的部件名稱:1為電極,2為測量通道,11為接液部,12為安裝部,13為凸起部,14為球面部,21為變徑段。
本次實(shí)例的基本原理為,在測量通道前段連接零段此時內(nèi)部的介質(zhì)流體在進(jìn)測量通道后出現(xiàn)流速增大的現(xiàn)象,在介質(zhì)流體流動到凸起部位時,凸起部位對介質(zhì)流體之間產(chǎn)生分割作用,同時在液體接觸部位和凸起部位的連接位置會產(chǎn)生一定的擾動作用,所產(chǎn)生的擾動可以將附著在液體接觸部位表面的結(jié)垢物帶走,在液體的接觸部位以及凸起部位會避免產(chǎn)生污垢的積聚,由于上圖中的凸起部13和測量通道的中心位置距離較近,該位置處所受到的摩擦力以及黏著力的影響相對較小,整體的流速較快,從而使得凸起部難以被污垢所覆蓋,而上述實(shí)例中所進(jìn)行的優(yōu)化配置,主要包括凸起部位與液體接觸部位遠(yuǎn)離位置為球面,凸起部位的外壁為圓滑曲面,以及外徑從液體接觸部位開始逐漸變小,而變徑端的內(nèi)徑向遠(yuǎn)離測量通道的方向逐漸增大。

3.結(jié)論
通過采用上述幾種優(yōu)化配置方式,可以實(shí)現(xiàn)當(dāng)介質(zhì)流體從變徑段外側(cè)進(jìn)入測量通道后,由于變徑段向測量通道的方向整體為收口形勢,通道中的內(nèi)徑明顯小于變徑段外的內(nèi)徑值,這在一定程度上加快了測量通道中介質(zhì)流體的流速,從而使得凸起部表面以及測量通道內(nèi)更難以形成結(jié)垢,不需要經(jīng)常進(jìn)行清洗。

上一條：電磁流量計(jì)應(yīng)用故障排除實(shí)例
下一條：淺談渦輪流量計(jì)在天然氣流量計(jì)量中的應(yīng)用

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