Qu'est-ce qu'un débitmètre à turbine ?

Dans les conditions de rotation forcée de la turbine, sa vitesse est proportionnelle à la vitesse moyenne d'écoulement dans la canalisation. La rotation de la turbine modifie périodiquement la valeur de résistance magnétique du convertisseur magnéto-électrique. Le flux magnétique dans la bobine de détection change périodiquement, générant un potentiel induit périodique, c'est-à-dire un signal d'impulsion électrique, qui est amplifié par l'amplificateur et envoyé au transmetteur de débit de la turbine pour affichage.

Comment calculer le facteur/coefficient du débitmètre à turbine ?

Le facteur du débitmètre à turbine est lié au débit (ou au nombre de Reynolds du pipeline).Le facteur du débitmètre à turbine est lié au débit (ou au nombre de Reynolds du pipeline).
La courbe de relation du coefficient de l'instrument est illustrée dans la figure ci-dessous. Comme on peut le voir sur la figure, le coefficient de l'instrument de mesure du débit peut être divisé en deux sections, à savoir la section linéaire et la section non linéaire.

Le segment linéaire représente environ les deux tiers de son segment de travail et ses caractéristiques sont liées à la taille de la structure du capteur de débit TUF et à la viscosité du fluide.

Les caractéristiques du facteur de l'instrument de mesure de débit sont grandement affectées par le frottement du roulement et la résistance à la viscosité du fluide lorsque le débit est inférieur à la limite inférieure du débit du capteur,
Comme le débit change rapidement, la perte de pression est approximativement en relation carrée avec le débit. Lorsque le débit dépasse la limite supérieure, faites attention à la cavité.
Les formes des courbes caractéristiques TUF avec des structures similaires sont similaires et ne diffèrent que par le niveau d'erreur systématique.

Courbe caractéristique du débitmètre à turbine

1) Débitmètre de haute précision : pour la mesure du débit de liquides, le débitmètre TUF a généralement une précision de ±0,25 % R~±0,5 % R, et le débitmètre à turbine de type haute précision peut atteindre ±0,15 % R ; et pour la mesure du débit de gaz, la précision du débitmètre à turbine est généralement de ±1 % R~±1,5 % R, et le type spécial est de ±0,5 % R~±1 % R. Il s'agit d'un débitmètre assez précis parmi tous les débitmètres.

2) Bonne répétabilité, la répétabilité à court terme peut atteindre 0,05 % à 0,2 %. En raison de sa bonne répétabilité, si le débitmètre à turbine est étalonné fréquemment ou en ligne, il peut atteindre une précision extrêmement élevée.
3) Débitmètre à turbine électronique : signal de fréquence d'impulsion de sortie ou sortie 4-20 mA, adapté à la mesure de la quantité totale et à la connexion à l'ordinateur, sans dérive du zéro et possède une forte capacité anti-interférence.
4) Des signaux à très haute fréquence (3~4 kHz) peuvent être obtenus avec une forte résolution de signal.
5) Le débitmètre à turbine à large plage, de diamètre moyen et grand, peut atteindre 40:1~10:1, le petit diamètre est de 6:1 ou 5:1.
6) Le capteur de débit de turbine a une structure compacte et légère, une installation et un entretien faciles et une grande capacité de débit.
7) Le débitmètre à turbine convient à la mesure de débit à haute pression, aucun trou n'a besoin d'être ouvert sur le corps de l'instrument et il est facile de fabriquer un instrument de mesure de débit de type haute pression.
8) Il existe de nombreux types de capteurs de débit à turbine spéciaux, qui peuvent être conçus en divers capteurs spéciaux en fonction des besoins particuliers des utilisateurs, tels que les petits débitmètres , les débitmètres de type haute pression, les débitmètres à turbine à connexion tri-clamp, les débitmètres à turbine haute température, etc.
9) Il est difficile de maintenir les caractéristiques d'étalonnage pendant une longue période et un étalonnage régulier est nécessaire. Pour les liquides non lubrifiants, le liquide contient des matières en suspension. L'abrasivité du débitmètre peut provoquer l'usure et le blocage des roulements, ce qui limite sa plage d'application. L'utilisation d'arbres et de roulements en carbure résistants à l'usure a amélioré la situation. Pour les besoins de stockage et de transport commerciaux et de mesure de haute précision, il est préférable d'équiper un équipement d'étalonnage sur site, qui peut être étalonné régulièrement pour maintenir ses caractéristiques.
10) Le débitmètre à turbine liquide général ne convient pas aux fluides à haute viscosité (tels que le miel, le bitume ou la résine). À mesure que la viscosité augmente, la limite inférieure de mesure du débitmètre augmente, la plage diminue et la linéarité se détériore.
11) Les propriétés des fluides (densité, viscosité) ont une grande influence sur les caractéristiques des instruments de mesure de débit. Les débitmètres à gaz sont facilement affectés par la densité, tandis que les débitmètres à liquide sont sensibles aux variations de viscosité. La densité et la viscosité étant étroitement liées à la température et à la pression, les fluctuations de température et de pression sont inévitables sur site. Des mesures de compensation doivent être prises en fonction du degré de leur impact sur la précision afin de maintenir une précision de mesure élevée du débitmètre à turbine.
12) Le débitmètre est fortement affecté par la distorsion de la distribution de vitesse et le flux rotatif du flux entrant. Une section de tuyau droite plus longue est nécessaire sur les côtés amont et aval du capteur de débit TUF. Si l'espace d'installation est limité, un régulateur de débit (redresseur) peut être installé pour raccourcir la longueur de la section de tuyau droite.
13) Ne convient pas à la mesure du débit d'un flux pulsé ou d'un flux mixte.
14) Les exigences de propreté du milieu mesuré sont élevées, ce qui limite son champ d'application. Comme nous le savons tous, les débitmètres à turbine pour liquide ne fonctionnent que sur des liquides propres et à faible viscosité. Bien que des filtres puissent être installés pour s'adapter aux milieux sales, cela entraîne également des effets secondaires tels qu'une augmentation des pertes de pression et une maintenance accrue.

Types de débitmètres à turbine

1) Débitmètre à turbine liquide
a. Le débitmètre à turbine liquide de type normal convient à la mesure du débit volumique de liquides à faible viscosité (≤ 45 mPa・s), avec un diamètre nominal de DN4 à DN300, un niveau de précision de 0,25 à 0,5 %, une température moyenne de -20 à +150 ℃ et une pression de 6,3 MPa
b. Type résistant à la corrosion : convient aux fluides corrosifs tels que l'acide sulfurique dilué, l'acide chlorhydrique dilué, l'acide nitrique dilué, etc., généralement uniquement aux produits de petit diamètre (DN20~DN50).
c. Type haute température : applicable aux liquides dont la température est inférieure à 150 ℃. La température du liquide mesuré est limitée par la résistance à la température de la bobine de détection.
d. Débitmètre à turbine de type Tri-clamp à des fins hygiéniques. Il peut être utilisé pour mesurer l'eau potable, l'huile comestible et le lait. Le débitmètre à turbine entièrement en acier inoxydable est doté d'une connexion Tri-Clover pour une installation et un nettoyage faciles.

e. Débitmètre à turbine de type haute pression. Le débitmètre à turbine peut être fabriqué en type haute pression pour supporter des pressions telles que 1000 psi, 2000 psi ou même plus. Le débitmètre à turbine de type à connexion par plaquette peut être facilement transformé en débitmètre à turbine de type haute pression.

2) Débitmètre à turbine à gaz

Le débitmètre à turbine à gaz mesure le débit de gaz propre, avec un diamètre nominal de DN25 ~ DN400, une température de fluide de -20 ~ +120℃, une pression de 2,5 ~ 10MPa et un niveau de précision de 1% ou 1,5%.

Le débitmètre à turbine à gaz convient au gaz de pétrole, au gaz artificiel, au gaz naturel et au gaz de pétrole liquéfié, à l'air, au N2, au CO2, etc. Des graisseurs automatiques peuvent être utilisés pour lubrifier et protéger les roulements, empêcher les impuretés de pénétrer dans les pièces mobiles et augmenter la durée de vie. La plupart des structures utilisent des dispositifs d'affichage locaux numériques et le transmetteur de débit à turbine peut également être utilisé pour émettre des signaux d'impulsion haute résolution ou 4-20 mA ou même avec le protocole HART ou MODBUS.

Structure du capteur de débit de turbine

Le capteur TUF se compose d'un corps de compteur, d'un corps de guidage (déflecteur), d'une roue, d'un arbre, d'un roulement et d'un détecteur de signal
1) Corps du débitmètre à turbine : Le corps du débitmètre est la partie principale du capteur, qui supporte la pression du fluide mesuré, fixe les composants de détection et relie la canalisation. Le corps du débitmètre est en acier inoxydable non magnétique ou en alliage d'aluminium dur. Pour les capteurs de débit de gros calibre, une structure en mosaïque composée d'acier au carbone et d'acier inoxydable peut également être utilisée, et le détecteur de signal est installé sur la paroi extérieure du corps du débitmètre.

2) Corps de guidage : Le corps de guidage est installé à l'entrée et à la sortie du capteur de débit. Il guide et redresse le fluide et soutient la turbine. Il est généralement fabriqué en acier inoxydable non magnétique ou en aluminium dur. Le guide arrière du capteur de débit de turbine à poussée inverse est également nécessaire pour générer une poussée inverse suffisante, et ses formes structurelles sont nombreuses. Le guide avant est doté d'un produit breveté qui peut résister à de graves interférences avec l'écoulement du fluide.
3) La turbine, également appelée turbine, est l'élément de détection du capteur et est constituée de matériaux hautement perméables magnétiquement. Les turbines comprennent des pales droites, des pales en spirale et des pales en forme de T. Un anneau de blindage poreux intégré à de nombreux conducteurs magnétiques peut également être utilisé pour augmenter la fréquence d'un certain nombre de pales. La turbine est supportée par un roulement dans le support et est coaxiale au corps du compteur. Le nombre de ses pales dépend de la taille du calibre. La forme géométrique et la taille de la turbine ont une grande influence sur les performances du capteur. Elle doit être conçue en fonction des propriétés du fluide, de la plage de débit et des exigences d'utilisation. L'équilibre dynamique de la turbine est très important et affecte directement les performances et la durée de vie de l'instrument de mesure de débit.

4) Arbre et roulements : ils supportent la rotation de la turbine et doivent avoir une rigidité, une résistance, une dureté, une résistance à l'usure, une résistance à la corrosion, etc. suffisantes. Ils déterminent la fiabilité et la durée de vie du capteur de débit de turbine. La défaillance du capteur est généralement causée par l'arbre et les roulements, sa structure, le choix des matériaux et son entretien sont donc très importants.

5) Les détecteurs de signaux sont couramment utilisés en Chine. Ils sont composés d'aimants permanents, de tiges magnétiques (noyaux de fer), de bobines, etc. Les aimants permanents ont une force d'attraction sur les pales, générant un couple de résistance magnétique. Lorsque le débit est faible pour les capteurs de débit de turbine de petit diamètre, le couple de résistance magnétique devient l'élément principal parmi les couples de résistance. Pour cette raison, les aimants permanents sont divisés en deux spécifications, grandes et petites. Les capteurs de petit diamètre sont équipés de petites spécifications pour réduire le couple de résistance magnétique. Les signaux de sortie d'une valeur effective supérieure à 10 mV peuvent être utilisés directement avec des ordinateurs de débit et, lorsqu'ils sont équipés d'amplificateurs, ils peuvent émettre des signaux de fréquence de niveau volt.

Pour les liquides, l'eau est généralement utilisée pour étalonner le capteur de débit de la turbine. Lorsque la précision est de 0,5, elle peut être utilisée pour les liquides inférieurs à 5×10-6 mm²/s sans tenir compte de l'effet de la viscosité. Lorsque la viscosité du fluide est supérieure à 5×10-6 mm²/s, elle peut être étalonnée avec un fluide de viscosité équivalente sans effectuer de corrections de viscosité. De plus, certaines mesures peuvent être prises pour compenser l'effet de la viscosité, comme le rétrécissement de la plage d'utilisation, l'augmentation de la limite inférieure du débit ou la multiplication du coefficient de l'instrument par le coefficient de correction du nombre de Reynolds, etc.

L'influence de la viscosité sur le coefficient de l'instrument est liée au type de structure du capteur et aux paramètres, à la taille de l'ouverture, etc. Il existe plusieurs façons d'exprimer l'effet de la viscosité sur le coefficient de l'instrument : la relation entre le coefficient de l'instrument et le nombre de Reynolds, la relation entre le coefficient de l'instrument et la fréquence de sortie à plusieurs viscosités et la relation entre le coefficient de l'instrument et le rapport de la fréquence de sortie divisée par la viscosité cinématique, etc. Certains fabricants de débitmètres à turbine disposent de ces informations, mais tous ne les ont pas.

Dans l'application de l'industrie pétrolière, le TUF a été promu et utilisé en raison de certaines caractéristiques par rapport au débitmètre volumétrique.

Les principales caractéristiques sont un poids léger, une structure simple et compacte, une grande capacité de débit, une maintenance facile, une tolérance à certaines impuretés sans bloquer le canal d'écoulement et une sécurité supérieure. Dès les années 1960, le champ pétrolifère de la mer du Nord au Royaume-Uni utilisait le TUF pour la mesure du pétrole brut, et la société japonaise Tokiko a également lancé un TUF de type Porter à large viscosité pour la mesure du pétrole lourd.

Exigences relatives à la densité du gaz pour le débitmètre à turbine à gaz

Le débitmètre à turbine à gaz prend principalement en compte l'influence de la densité du fluide sur le facteur de l'instrument. L'influence de la densité se situe principalement dans la zone de faible débit, comme le montre la figure ci-dessous. L'augmentation de la densité (c'est-à-dire l'augmentation de la pression) fait que la partie droite de la courbe caractéristique s'étend jusqu'à la zone de débit limite inférieure, la plage du capteur est élargie et la linéarité est améliorée. Si le débitmètre à turbine à gaz est étalonné dans l'air à pression normale, la pression de travail du fluide mesuré est différente pendant l'utilisation et son débit limite inférieur est calculé par la formule suivante

Où qVmin et qVamina sont la limite inférieure du débit volumique du milieu mesuré et de l'air sous pression p et pression pa (101,325 kPa) respectivement, m³/h ;
P. Pa - pression de travail (pression absolue) et pression atmosphérique (101,325 kPa), kPa ;
d - Densité relative du milieu mesuré, sans dimension.

Application pour laquelle le débitmètre à turbine n'est pas adapté

Fluides contenant de nombreuses impuretés, tels que l'eau de refroidissement en circulation, l'eau de rivière, les eaux usées, le fioul, etc. ; endroits où le débit change rapidement, tels que le système d'alimentation en eau de chaudière, le système d'alimentation en air avec marteau pneumatique, etc. ; lors de la mesure de liquides, la pression de la canalisation n'est pas élevée et le débit est important, la pression du côté aval de l'instrument peut être proche de la pression de vapeur saturée et il existe un risque de cavitation. Par exemple, l'ammoniac liquide peut s'écouler librement du réservoir de haut niveau, il n'est donc pas adapté à son installation au niveau de l'orifice de refoulement ; à proximité de machines à souder électriques, de moteurs, de relais avec contacts, etc., il existe de graves endroits d'interférence électromagnétique ; la longueur des sections de conduite droites en amont et en aval est gravement insuffisante, comme dans la salle des machines d'un navire ; si le système d'alimentation automatique en eau de la chaudière démarre et arrête fréquemment la pompe, cela provoquera un impact sur la turbine et endommagera rapidement le capteur ; lors de la sélection de supports corrosifs ou abrasifs, vous devez être prudent et contacter le fabricant pour consultation

Coût lorsque vous sélectionnez un débitmètre à turbine

Lors du choix du TUF pour des applications de haute précision, les facteurs économiques doivent être pris en compte sous de nombreux aspects. Le coût d'achat du débitmètre à turbine ne représente qu'une partie du coût. Les dépenses suivantes doivent également être prises en compte : le coût des équipements auxiliaires pour l'installation (tels que les éliminateurs, les filtres, etc.) ou les dérivations de dérivation, y compris les vannes, etc. ; le coût de l'étalonnage, afin de maintenir une précision élevée, il doit être étalonné fréquemment, et même un ensemble d'équipements d'étalonnage en ligne doit être installé sur site, ce qui coûte un montant considérable ; le coût de la maintenance, qui sert à remplacer les pièces d'usure du TUF, qui est nécessaire pour maintenir des performances élevées.

Étapes pour choisir un débitmètre à turbine

1) Confirmez quel type de fluides vous allez mesurer ?
2) Sélectionnez le type de débitmètre à turbine. Sélectionnez en fonction des propriétés physiques du fluide. Pour le gaz et le liquide, utilisez respectivement le débitmètre à turbine de type gaz et le débitmètre à turbine de type liquide. Ils ne peuvent pas être utilisés de manière interchangeable. Si la viscosité du liquide dépasse 5 mPa•s dans les conditions de travail, un type à viscosité élevée doit être sélectionné. Pour les fluides corrosifs acides, utilisez le type résistant aux acides.
Choisissez en fonction des conditions environnementales, sélectionnez les instruments appropriés en fonction de la température et de l'humidité ambiantes, etc. S'il y a une atmosphère explosive ou inflammable autour, un capteur antidéflagrant doit être sélectionné.
Selon la méthode de raccordement du tuyau, le capteur de débit à turbine peut être installé horizontalement ou verticalement. Lorsqu'il est installé horizontalement, les méthodes de raccordement des tuyaux comprennent le raccordement à bride, le raccordement fileté et le raccordement à pince. Le raccordement à bride est utilisé pour les tuyaux de calibre moyen, le raccordement fileté est utilisé pour les débitmètres à turbine de petite taille et les tuyaux à haute pression, et le raccordement à pince ne convient qu'aux tuyaux à basse pression et de petit diamètre.
3) Sélectionnez les spécifications. En fonction des conditions d'utilisation sur site, telles que la plage de débit, le diamètre du tuyau, la pression et la température du fluide, l'emplacement d'installation, etc. et des exigences de performances, telles que la précision, la répétabilité, le mode d'affichage, etc., reportez-vous à l'échantillon de sélection ou au manuel d'instructions du fabricant du débitmètre à turbine pour sélectionner des spécifications et des modèles spécifiques. Vous pouvez contacter Silver Automation Instruments pour obtenir les spécifications du débitmètre à turbine. Il est également possible qu'aucun débitmètre approprié ne soit trouvé et que d'autres débitmètres doivent être sélectionnés.

Étant donné qu'il existe de nombreux types et spécifications de TUF, en particulier les différences de qualité des produits entre les différents fabricants de débitmètres à turbine, il est nécessaire de collecter autant d'informations que possible sur les fabricants et les normes pertinentes, de mener des enquêtes et des comparaisons répétées avant de prendre une décision.

Précautions d'installation

Lieu d'installation
Le capteur de débit de turbine doit être installé dans un endroit facile à entretenir et où la canalisation est exempte de vibrations, d'interférences électromagnétiques fortes et de rayonnement thermique. Le TUF est sensible à la distorsion de la distribution de la vitesse d'écoulement et au flux rotationnel dans la canalisation. Le flux entrant dans le capteur doit être pleinement développé. Par conséquent, il est nécessaire d'équiper la section de tuyau droite ou le régulateur de débit nécessaire en fonction du type de bloqueur de débit en amont du capteur 2. Si la situation du bloqueur de débit en amont n'est pas claire, il est généralement recommandé que la longueur de la section de tuyau droite en amont ne soit pas inférieure à 20D et la longueur de la section de tuyau droite en aval ne soit pas inférieure à 5D. Si l'espace d'installation ne peut pas répondre aux exigences ci-dessus, un régulateur de débit peut être installé entre le bloqueur de débit et le capteur. Lors de l'installation, des mesures doivent être prises pour éviter la lumière directe du soleil et la pluie.
Sens d'écoulement
Tous les débitmètres à turbine SILVER sont conçus pour mesurer le débit dans une seule direction.
La direction est indiquée par la flèche sur le corps.
Longueurs requises des sections droites pour le débitmètre à turbine
Les dispositifs de modification du débit tels que les coudes, les vannes et les réducteurs peuvent affecter la précision. Voir le schéma ci-dessous pour une installation typique d'un système de débitmètre.

Les directives recommandées sont données pour améliorer la précision et maximiser les performances. Les distances indiquées ici correspondent aux exigences minimales ; doublez-les pour obtenir les longueurs de tuyaux droits souhaitées.
En amont : prévoir une longueur de tuyau rectiligne minimale d'au moins 10 fois le diamètre intérieur du tuyau. Par exemple, avec un tuyau de 50 mm, il doit y avoir 500 mm de tuyau rectiligne immédiatement en amont. La longueur de tuyau rectiligne souhaitée en amont est de 1 000 mm.
En aval : prévoir une longueur de tuyau rectiligne minimale d'au moins 5 fois le diamètre intérieur du tuyau. Par exemple, avec un tuyau de 50 mm, il doit y avoir 250 mm de tuyau rectiligne immédiatement en amont. La longueur de tuyau rectiligne souhaitée en amont est de 500 mm.
Voir le schéma ci-dessous pour connaître la longueur de tuyau droit requise lorsqu'il y a un dispositif de modification.

Normes et procédures de vérification

En tant que l'un des principaux débitmètres utilisés dans le cadre du règlement des transactions commerciales en matière de mesure de l'énergie, le débitmètre à turbine attache une grande importance à la formulation de documents juridiques dans le monde entier, car il constitue une base importante pour réguler la relation entre l'offre et la demande. L'Organisation internationale de normalisation (ISO) promulgue les normes internationales ISO 2715, ISO 9951 et l'Organisation internationale de métrologie légale (OIML) promulgue les recommandations internationales R6, R32.

La norme ISO 2715 est la spécification relative à la mesure de la TUF des hydrocarbures liquides. Elle stipule le choix des débitmètres et des équipements auxiliaires, les conditions d'écoulement, l'installation des canalisations et les raccordements électriques, ainsi que les performances, l'utilisation et la maintenance des débitmètres.

L'ISO 9951 est la norme internationale TUF pour le gaz, qui spécifie la structure de l'instrument, le test de pression, les caractéristiques du débitmètre, le dispositif de lecture, l'étalonnage sur le terrain, la perte de pression, les exigences d'installation des sections de conduite, etc. En particulier, pour répondre aux besoins d'installation sur le terrain, le débitmètre doit être installé sans longue section de conduite droite sous de graves perturbations de débit, ce qui impose des exigences extrêmement élevées aux performances du produit débitmètre, ce qui est relativement rare parmi les débitmètres.

Les normes OIML R6 et R32 sont des recommandations internationales pour les débitmètres à gaz. Du point de vue des instruments de mesure, outre les réglementations générales sur la structure et les performances des débitmètres, elles énoncent également des dispositions claires concernant l'homologation, l'étalonnage initial et l'étalonnage ultérieur.

Les normes des pays industrialisés développés telles que API 2534, AGA NO7, JIS Z8765, JIS B7501, etc. sur le TUF sont le résultat de nombreuses années d'utilisation pratique. Elles sont très pratiques et largement reconnues au niveau international.

La Chine attache également une grande importance à la formulation des normes et réglementations TUF. Dès les années 1980, la norme industrielle TUF a été promulguée. La norme stipule la terminologie, la classification, les exigences techniques, les méthodes d'essai et les règles d'inspection, et introduit dans l'annexe les exigences d'installation, l'influence des variations de température, de pression et de viscosité du fluide sur les coefficients de l'instrument. La norme a été révisée en 1999. La Chine a promulgué les réglementations de vérification au début des années 1980, et elles ont été révisées plusieurs fois. En outre, TUF, en tant que compteur étalon du dispositif étalon de débit de la méthode du compteur étalon, a formulé une réglementation de vérification spéciale.