某船使用過程中,其新型雙向電磁流量計出現流量讀數不穩定、正反方向讀數不一致的現象,超出了該流量計 ±10%的精度范圍,對該船正常航行造成了較大影響。為此,經現場調研, 分析故障原因,臺架試驗,制定出具體的維修方案。

 

1 　 流量計工作原理

該流量計屬于典型的速度型流量計, 系統工作原理及變送器結構見圖 1 、2。

該流量計變送器主要由導流器 ,殼體,高導磁性小球, 永久磁鐵 ,感應線圈, 磁電轉換模塊及其它元器件組成 。當被測流體流經流量變送器時,推動小球在滑軌內作旋轉運動, 高導磁性的小球隨之周期性地通過磁電轉換器內的永久磁鐵, 使磁路的磁阻發生相應的變化, 導致通過電磁線圈的磁通量改變 ,在線圈中產生交變的感應電動勢,從而獲得交流電脈沖信號輸出 。該脈沖信號的變化頻率就是小球在磁場中切割磁力線的頻率, 流量計中小球的轉速 n 為其切割磁力線的頻率 。根據小球的旋轉運動方程可以推出, 小球的轉速 n 與被測流體的平均流速v 成正比 ,亦即與被測體積流量的大小成正比。因此, 轉換器輸出的電脈沖頻率 f 與被測流體體積流量之間的關系可以表示為

式中 :K ———流量計的儀表常數。K 與流量變送器的結構以及被測量流體的性質等因素有關 , 一般通過實驗標定的方法確定。

 

因此 ,測量出流量變送器輸出的電脈沖頻率,經相應的運算可以求得被測流體的流量 。

 

2 　 故障原因分析

將現場采集的故障流量計輸出波形與該流量計正常工作時的輸出波形對比, 明顯看出其故障主要表現在兩個方面 。

 

2. 1　 流量計波形

流量計工作時輸出的波形不穩定, 見圖 3。由圖 3 可見, 在電脈沖幅度上出現了較大幅度的跳躍現象 , 并伴隨有雜波的出現 。經初步推斷,造成該現象的可能有以下原因 。

1) 電磁轉換器模塊中的電路板出現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 [ 2] ,使得采集的電脈沖出現跳動甚至雜波 ,影響正常的數據判讀。

2) 流量變送器內部發生擁堵 ,堵塞的雜物對小球在環形軌道內的旋轉運動造成了擾動 ,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 。

 

2. 2　 流量計讀數

相同工況下 ,流體正反向流動時流量計讀數不一樣,大大超出了允許的誤差范圍 。這在波形圖中主要表現為流體從不同方向進入流量計時,電脈沖頻率出現差異 。

 

圖 4 為流體從不同方向流入時流量變送器時輸出波形 。

初步分析該故障的原因可能有以下幾點 。

1) 流量計流量變送器內部有異物堵塞, 由于異物的擾動,當流體從不同方向進入流量變送器時,高導磁性小球切割磁感線的頻率不一樣, 使流量計的讀數有差異。

2) 連接流量變送器的管道中發生了擁堵 ,造成不同方向進入流量變送器內的流體流速不一樣,從而使所測流體從不同方向進入流量計時流量讀數不一樣。

 

3 　 標準測試平臺實驗及故障處理

標準測試平臺結構組成見圖 5。

實驗證實該流量計發生故障的原因如下 。

1)流量轉換器內部有異物 ,在流量轉換器工作時對小球轉動造成了擾動, 影響了高導磁性小球切割磁感線頻率的同時造成雜波發生 ,使流量計讀數發生大幅度跳動。

2) 管道堵塞, 使得在相同工況下, 正反向流動時小球實際轉速不一致 ,造成讀數上差異 ;同時由于堵塞 ,使得管道等效截面積減小,單位時間內通過流量變送器內的流量減小, 造成流量計讀數偏小 。

3) 小球壁較薄, 在流體高壓及高速轉動摩擦作用下,出現了輕度破損 。破損一方面影響小球的導磁性能,使得磁電轉換器收到的信號不明顯;另一方面導致小球內部進水, 小球質量增大 ,摩擦力矩增大 ,使小球在環形軌道內的運動頻率降低,流量讀數偏小 。

 

4 　 修理工藝

1) 去掉堵塞和異物 , 拆開流量計變送器, 清除堵塞的雜物, 使高導磁性小球恢復正常工作。同時清洗更換管道過濾器濾網, 使其能夠有效過濾所測量流體中的異物 ,避免管道堵塞造成不利影響 。

2) 更換破損的小球 ,注意改進小球的制造工藝,提高小球的可靠性。

3) 修正流道, 對導流葉片進行檢查, 若出現變形過大或嚴重腐蝕則予以更換。

4) 檢查信號變送器 ,若有損壞則予以更換。