某船業(yè)使用過(guò)程中,其新型雙向電磁流量計(jì)出現(xiàn)流量讀數(shù)不穩(wěn)定、正反方向讀數(shù)不一致的現(xiàn)象,超出了該流量計(jì)士10%的精度范圍,對(duì)該船正常航行造成了較大影響。為此,經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研,分析故障原因,臺(tái)架試驗(yàn),制定出具體的維修方案。
1.流量計(jì)工作原理
該流量計(jì)屬于典型的速度型流量計(jì),系統(tǒng)工作原理及變送器結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1、2。
該流量計(jì)變送器主要由導(dǎo)流器,殼體,高導(dǎo)磁性小球,***磁鐵,感應(yīng)線圈,磁電轉(zhuǎn)換模塊及其它元器件組成。當(dāng)被測(cè)流體流經(jīng)流量變送器時(shí),推動(dòng)小球在滑軌內(nèi)作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)高導(dǎo)磁性的小球隨之周期性地通過(guò)磁電轉(zhuǎn)換器內(nèi)的***磁鐵,使磁路的磁阻發(fā)生相應(yīng)的變化,導(dǎo)致通過(guò)電磁線圈的磁通量改變,在線圈中產(chǎn)生交變的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì),從而獲得交流電脈沖信號(hào)輸出。該脈沖信號(hào)的變化頻率就是小球在磁場(chǎng)中切割磁力線的頻率,流量計(jì)中小球的轉(zhuǎn)速n為其切割磁力線的頻率根據(jù)小球的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)方程可以推出,小球的轉(zhuǎn)速n與被測(cè)流體的平均流速v成正比,亦即與被測(cè)體積流量的大小成正比。因此,轉(zhuǎn)換器輸出的電脈沖頻率∫與被測(cè)流體體積流量之間的關(guān)系可以表示為
qv=f/k
式中:K—流量計(jì)的儀表常數(shù)
K與流量變送器的結(jié)構(gòu)以及被測(cè)量流體的性質(zhì)等因素有關(guān),一般通過(guò)實(shí)驗(yàn)標(biāo)定的方法確定，因此,測(cè)量出流量變送器輸出的電脈沖頻率,經(jīng)相應(yīng)的運(yùn)算可以求得被測(cè)流體的流量。
2.故障原因分析
將現(xiàn)場(chǎng)采集的故障流量計(jì)輸出波形與該流量計(jì)正常工作時(shí)的輸出波形對(duì)比,明顯看出其故障主要表現(xiàn)在兩個(gè)方面。
2.1流量計(jì)波形
流量計(jì)工作時(shí)輸出的波形不穩(wěn)定,見(jiàn)圖3。由圖3可見(jiàn),在電脈沖幅度上出現(xiàn)了較大幅度的跳躍現(xiàn)象,并伴隨有雜波的出現(xiàn)。經(jīng)初步推斷,造成該現(xiàn)象的可能有以下原因。
1)電磁轉(zhuǎn)換器模塊中的電路板出現(xiàn)虛焊或者其它部位接觸不良,或者功率放大電路受到了外界的電磁干擾(,使得采集的電脈沖出現(xiàn)跳動(dòng)甚至雜波,影響正常的數(shù)據(jù)判讀。
2)流量變送器內(nèi)部發(fā)生擁堵,堵塞的雜物對(duì)小球在環(huán)形軌道內(nèi)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)造成了擾動(dòng),使小球難以按照正常軌跡切割磁感線。從而引起電脈沖的上下跳躍以及雜波的出現(xiàn)
2.2流量計(jì)讀數(shù)
相同工況下,流體正反向流動(dòng)時(shí)流量計(jì)讀數(shù)不一樣,大大超出了允許的誤差范圍。這在波形圖中主要表現(xiàn)為流體從不同方向進(jìn)入流量計(jì)時(shí),電脈沖頻率出現(xiàn)差異。
圖4為流體從不同方向流入時(shí)流量變送器時(shí)輸出波形
初步分析該故障的原因可能有以下幾點(diǎn)
1)流量計(jì)流量變送器內(nèi)部有異物堵塞,由于異物的擾動(dòng)當(dāng)流體從不同方向進(jìn)入流量變送器時(shí),高導(dǎo)磁性小球切割磁感線的頻率不一樣,使流量計(jì)的讀數(shù)有差異。
2)連接流量變送器的管道中發(fā)生了擁堵造成不同方向進(jìn)入流量變送器內(nèi)的流體流速不一樣,從而使所測(cè)流體從不同方向進(jìn)入流量計(jì)時(shí)流量讀數(shù)不一樣。
3.標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試平臺(tái)實(shí)驗(yàn)及故障處理
標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試平臺(tái)結(jié)構(gòu)組成見(jiàn)圖5。實(shí)驗(yàn)證實(shí)該流量計(jì)發(fā)生故障的原因如下。
1)流量轉(zhuǎn)換器內(nèi)部有異物,在流量轉(zhuǎn)換器工作時(shí)對(duì)小球轉(zhuǎn)動(dòng)造成了擾動(dòng),影響了高導(dǎo)磁性小球切割磁感線頻率的同時(shí)造成雜波發(fā)生,使流量計(jì)讀數(shù)發(fā)生大幅度跳動(dòng)。
2)管道堵塞,使得在相同工況下,正反向流動(dòng)時(shí)小球?qū)嶋H轉(zhuǎn)速不一致,造成讀數(shù)上差異;同時(shí)由于堵塞,使得管道等效截面積減小,單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)流量變送器內(nèi)的流量減小,造成流量計(jì)讀數(shù)偏小。
3)小球壁較薄,在流體高壓及高速轉(zhuǎn)動(dòng)摩擦作用下,出現(xiàn)了輕度破損。破損一方面影響小球的導(dǎo)磁性能,使得磁電轉(zhuǎn)換器收到的信號(hào)不明顯;另一方面導(dǎo)致小球內(nèi)部進(jìn)水,小球質(zhì)量增大,摩擦力矩增大,使小球在環(huán)形軌道內(nèi)的運(yùn)動(dòng)頻率降低,流量讀數(shù)偏小。
4.修理工藝
1)去掉堵塞和異物拆開(kāi)流量計(jì)變送器,清除堵塞的雜物,使高導(dǎo)磁性小球恢復(fù)正常工作同時(shí)清洗更換管道過(guò)濾器濾網(wǎng),使其能夠有效過(guò)濾所測(cè)量流體中的異物,避免管道堵塞造成不利影響。
2)更換破損的小球,注意改進(jìn)小球的制造工藝,提高小球的可靠性。
3)修正流道,對(duì)導(dǎo)流葉片進(jìn)行檢查,若出現(xiàn)變形過(guò)大或嚴(yán)重腐蝕則予以更換
4)檢查信號(hào)變送器,若有損壞則予以更換。
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電磁流量計(jì)在強(qiáng)腐蝕環(huán)境下的應(yīng)用
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