摘(zhāi)要:我(wǒ)國(guó)天然氣資源豐(fēng)富(fù)，智能(néng)
氣(qì)體渦輪流量(liàng)計
一直是作爲(wèi)天燃氣貿易計(jì)量的首選。本文(wén)論述(shù)氣體渦輪(lún)流量計的(de)機械結構上的幾點(diǎn)優化設計(jì),優化了氣體渦輪流(liú)量計(jì)的曲線，捉(zhuō)高了氣體渦輪(lún)流量計(jì)的可靠。
1前言(yán)
國際(jì)上,天(tiān)然氣的(de)計量都(dōu)是使(shǐ)用氣體渦(wō)輪流(liú)量計(jì)
，其技術已(yǐ)相當(dāng)成熟(shú)。我國天然氣資(zī)源非(fēi)常(cháng)豐富，爲(wèi)減少煤氣對城(chéng)市(shì)大氣和環境(jìng)的污染和破壞(huài)。我國長期規劃要限制(zhì)并減少(shǎo)人工煤(méi)氣(qì)的使(shǐ)用，增加城市管(guǎn)道用(yòng)氣中天(tiān)然(rán)*氣所占的(de)比重,我國(guó)目前已經(jīng)完成(chéng)了“陝(shǎn)氣進(jìn)京(jīng)”、“西氣東輸”等(děng)工程，現如(rú)今天(tiān)然氣在我國已(yǐ)經大(dà)面積普及，大然(rán)氣(qì)計(jì)量儀(yí)表将(jiāng)大(dà)量使用，我國(guó)天(tiān)然氣資(zī)源大規模(mó)的開(kāi)發利用(yòng)使氣體渦輪(lún)流量計獲得廣闊的發展(zhǎn)空間(jiān)和經(jīng)濟效(xiào)益。開發氣體渦(wō)輪流量(liàng)計具有(yǒu)重要(yào)的經濟價(jià)值(zhí)和社(shè)會(huì)價值(zhí)。筆者(zhě)單位研發(fā)的智能氣(qì)體渦(wō)輪流量計是一種速(sù)度式(shì)流量計，在(zài)機(jī)械結構(gòu)設計、傳感器制(zhì)作、潤(rùn)滑系(xì)統的(de)設計等方面進行了創新設讓(ràng),是集溫度、壓小(xiǎo)流量傳感器和(hé)智能(néng)流量(liàng)積算(suàn)儀于一(yī)體的智(zhì)能儀表。它具有(yǒu)精度高、技術成(chéng)熟穩(wěn)定、重複(fú)性(xìng)好等(děng)優(yōu)點(diǎn)，是檢(jiǎn)測氣體(tǐ)計(jì)量和(hé)城市(shì)燃氣貿易計量的理(lǐ)想儀(yí)表。
2.工(gōng)作原理
智(zhì)能氣體渦輪流(liú)量計(jì)通過(guò)測量(liàng)渦輪的(de)轉(zhuǎn)速從(cóng)而(ér)計算氣體的(de)流速，将渦(wō)輪轉(zhuǎn)速換算(suàn)成與流(liú)量成正比的輸(shū)出電信号。智能(néng)氣體渦輪流量(liàng)計檢(jiǎn)測天然(rán)氣(qì)瞬時(shí)流量(liàng)和總(zǒng)的積算(suàn)流量,終(zhōng)端輸(shū)出信(xìn)号爲(wèi)頻率，容(róng)易被數(shù)字化(huà)。永(yǒng)久(jiǔ)磁(cí)鐵(tiě)、感應線圈(quān)都固(gù)定在儀(yí)表殼體(tǐ)上。當鐵磁(cí)性渦(wō)輪葉片旋轉時(shí)經過磁(cí)鐵(tiě)磁場(chǎng)時，磁(cí)阻産(chǎn)生變化，輸出(chū)感應信号。信号在(zài)經過放(fàng)大器被放大(dà)及整(zhěng)形，傳輸給(gěi)頻率(lǜ)計(jì)或(huò)計數(shù)器，得到(dào)總(zǒng).的積算流量。與此同時，将脈(mò)沖(chòng)信号(hào)通過(guò)轉換器(頻(pín)率一電壓)換算(suàn)成瞬(shùn)時流(liú)量。總(zǒng)之,葉輪的轉數(shù)和氣體流量成(chéng)正比。智能氣體(tǐ)渦輪流量(liàng)計的(de)輸出(chū)的是頻率(lǜ)調制(zhì)式信号,提高了檢測電路(lù)的抗(kàng)幹擾性和(hé)簡化了流量檢測系統(tǒng)，其(qí)外形(xíng)圖如(rú)圖1所示。
3動(dòng)壓氣體(tǐ)軸(zhóu)承
氣(qì)體渦輪(lún)流量計(jì)中用來支撐葉輪的主(zhǔ)軸(zhóu)承通(tōng)常是(shì)油(yóu)潤滑的(de)滾動軸承(chéng)或滑(huá)動軸(zhóu)承(chéng)，有很多缺點(diǎn)。使用一款(kuǎn)螺旋槽氣體軸(zhóu)承,得到的(de)氣(qì)體(tǐ)渦輪(lún)流量計性能好，耐用(yòng)。
氣體(tǐ)潤滑(huá)的優點是(shì)氣體潤滑相對油潤(rùn)滑其粘度小對(duì)溫度(dù)的适應性好、清潔無(wú)污染(rǎn)、壽命(mìng)長。
(1)粘(zhān)性小
相對于油(yóu)潤滑來講氣體(tǐ)潤滑(huá)在5~15℃環(huán)境下(xià)粘度約(yuē)爲油潤(rùn)滑的(de)千分之一(yī)，氣體潤(rùn)滑的摩(mó)擦力爲油潤滑(huá)的千(qiān)分之(zhī)一;溫(wēn)度在(zài)20c以(yǐ)上(shàng)時上升至80℃其年(nián)度隻(zhī)增加(jiā)16%，比相同條(tiáo)件下油潤滑好很多;而且氣體(tǐ)有均勻化(huà)作用(yòng)，從而(ér)用氣膜潤滑的軸(zhóu)承(chéng)精度(dù)比油膜(mó)潤滑(huá)的(de)軸承精度(dù)高1個數量級。
(2)适應性(xìng)良好
油潤滑軸承(chéng)在溫度非常(cháng)高或者(zhě)非常低(dī)的情況下(xià)就不(bú)工作(zuò)了,而氣體(tǐ)潤滑(huá)的軸承即使在高低(dī)溫時(shí)，工作性能佳,而且氣(qì)體(tǐ)潤滑不受原子輻射的(de)影響(xiǎng);由于空氣(qì)有獨(dú)留,高溫對(duì)其影響非常(cháng)小。
(3)環保(bǎo)清潔(jié)
氣體(tǐ)完成(chéng)潤滑作用(yòng)排放(fàng)後(hòu)，不會污染(rǎn)環境(jìng);而(ér)且在(zài)排氣時(shí)還(hái)能阻(zǔ)止灰塵(chén)進(jìn)入儀表,起到(dào)清潔的(de)作用(yòng)，氣體潤滑無振(zhèn)動、無噪音(yīn)。
(4)壽命長
氣體軸(zhóu)承在使(shǐ)用時，沒(méi)有金屬(shǔ)結構直接接(jiē)觸，所以壽(shòu)命更長。
動(dòng)壓氣(qì)體軸(zhóu)承設計有(yǒu)螺旋槽，在(zài)高速(sù)下承載(zǎi)能力大時，能(néng)耗低(dī)、工作(zuò)穩定(dìng)等優點,設(shè)計最大(dà)穩(wěn)定(dìng)性(xìng)優化(huà)的螺(luó)旋槽氣壓(yā)軸承(chéng)，儀表穩定(dìng)性非常好(hǎo),而其(qí)承載(zǎi)能力最多損失(shī)77%,因此(cǐ)本文選用按最大穩定性(xìng)原則(zé)設計。
根據(jù)窄槽設計(jì)原理,應用(yòng)最大(dà)穩定性原則:當(dāng).氣體(tǐ)渦輪(lún)流量計(jì)轉速在4500r/min以上(shàng)時(shí)，其最大(dà)穩定載(zǎi)荷會5n左右，所以正常(cháng)工作速(sù)度比較大(dà)的氣體(tǐ)渦輪流(liú)量計的(de)主(zhǔ)軸承(chéng)完全可以用螺(luó)旋槽氣壓(yā)潤滑(huá)軸承(chéng)。
4導流器結構優化設(shè)計
導(dǎo)流器(qì)對被測流體(tǐ)起(qǐ)導向、壓縮(suō)、整流等作用(yòng)，這(zhè)樣當氣體(tǐ)通過渦輪(lún)流(liú)量計時(shí)處于(yú)層(céng)流狀态(tài)下，減(jiǎn)少旋渦和(hé)紊流生成(chéng)的(de)漩(xuán)渦對流量計的(de)影響，提高(gāo)儀表(biǎo)正确率(lǜ)。前(qián)導流(liú)器的前(qián)側，設計(jì)又一(yī)-圈的分(fèn)布(bù)在圓周的整流(liú)葉片，将(jiāng)氣體通(tōng)道分隔，變(biàn)成幾個小(xiǎo)的通道。如(rú)圖2所示，這時也(yě)輪出口的(de)流體(tǐ)流動穩(wěn)定，防止(zhǐ)漩渦;在整流葉(yè)片的出口處尾(wěi)端和葉輪(lún)中(zhōng)間(jiān)環狀區域是環狀區(qū)域(yù)，稱爲混合室(shì)。
經過試驗設計了導流(liú)器的結構(gòu)尺寸(cùn)，優化了氣體渦(wō)輪(lún)流量計的特性曲線。結論(lùn)是長葉片的(de)重複性、線性(xìng)度、壓力損失都不(bú)好，而且在(zài)流(liú)量增.加(jiā)是，短葉片在壓(yā)力損失(shī)方面的優越性體現的更加(jiā)明顯。導流器結構(gòu)如(rú)圖3所(suǒ)示。
5多參(cān)數傳感器
氣體(tǐ)渦輪(lún)流量計所(suǒ)采用(yòng)的磁敏傳感器(qì)是基于矽(xī)橋和鐵磁體的新型(xíng)mems磁敏傳感(gǎn)器，根(gēn)據(jù)鐵磁體(tǐ)在磁場中産(chǎn)生(shēng)的扭矩和(hé)矽橋(qiáo)的耦(ǒu)合作來反(fǎn)映磁場。這種磁敏(mǐn)傳感器(qì)和ic.工(gōng)藝的兼容(róng)性非常好、适(shì)合(hé)成批量生産，體(tǐ)積小(xiǎo)、成本(běn)低、功(gōng)耗低(dī)、穩(wěn)定性(xìng)好。新型(xíng)mre磁敏(mǐn)傳感器(qì)的(de)靈敏度可以通(tōng)過調節(jiē)mre中(zhōng)鐵磁(cí)顆粒(lì)的大(dà)小、種類及彈性體的(de)種類來改(gǎi)進。
渦(wō)輪轉子旋(xuán)轉時可通(tōng)過(guò)磁敏傳(chuán)感器(qì)切(qiē)割磁力(lì)線産(chǎn)生(shēng)電荷信(xìn)号,再經過(guò)整形放大,聲(shēng)稱(chēng)脈沖星新号,通過計算機計算(suàn)這些脈沖(chòng)數，可以換(huàn)算出通過(guò)氣體(tǐ)渦輪(lún)流(liú)量(liàng)計的(de)流體的體(tǐ)積流量,同(tóng)時結(jié)構設(shè)計上将磁(cí)敏和pt100封裝在1個不鏽(xiù)鋼殼體内(nèi)，如圖(tú)4所示(shì)。
其技(jì)術性(xìng)能指标如(rú)下:
(1)流(liú)量範(fàn)圍:6~6500m³/h,整機精(jīng)度:1級(jí);
(2)壓力範圍(wéi):1.6、2.5、4.0mpa,特殊可定做:
(3)溫(wēn)度範(fàn)圍(wéi):-20-80℃。
(4)重複性(xìng):優于±0.1%
6結束(shù)語.
通(tōng)過對氣體(tǐ)渦輪(lún)流量(liàng)計測量芯(xīn)、動壓氣體(tǐ)軸承(chéng)、導流器(qì)結構、多(duō)參數傳感器的(de)優化設計,優化(huà)了氣(qì)體渦(wō)輪(lún)輪(lún)流流量計(jì)的特(tè)性曲(qǔ)線(xiàn)，提高儀表的穩定性和(hé)正确率，延(yán)長儀(yí)表的壽命。
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