摘要:爲(wèi)了解(jiě)決氣(qì)體(tǐ)渦輪流量計
在不同溫(wēn)度下出(chū)現(xiàn)計量(liàng)偏差，特别是在(zài)極(jí)限溫(wēn)度-25℃下，計(jì)量偏差尤其嚴(yán)重的(de)問(wèn)題，通過(guò)對比試驗與數(shù)據分析發現:①在(zài)不同溫度下，渦(wō)輪流(liú)量(liàng)計的示(shì)值誤差曲線是(shì)不同的，基本變(biàn)化爲(wèi)随着(zhe)溫度的降低，示(shì)值誤(wù)差會從正偏差(chà)轉爲負(fù)偏差，小(xiǎo)流量(liàng)表現明顯;②通過(guò)選用抗低(dī)溫潤滑油能夠(gòu)極大(dà)改善低(dī)溫(wēn)計量(liàng)性(xìng)能(néng)負偏差，基(jī)本(běn)解決低(dī)溫下計(jì)量(liàng)不合(hé)格問(wèn)題(tí)。
天然氣(qì)作爲(wèi)一種清潔(jié)、低排(pái)放(fàng)的高效(xiào)能源，已在(zài)我國大規(guī)模地發展，與(yǔ)之相關(guān)的天(tiān)然氣流量計(jì)也(yě)在各行各業中得到廣(guǎng)泛(fàn)應用(yòng)。氣體渦輪流量(liàng)計作(zuò)爲天然氣(qì)流量計量的一種表(biǎo)具，使用量(liàng)越來越大，使用環境(jìng)也是越來(lái)越複雜，從炎熱的海南(nán)到寒冷的齊齊哈爾都(dōu)有大(dà)量使用。氣(qì)體渦(wō)輪流量計(jì)有較好的穩定(dìng)性和重複性，但(dàn)北方地區有用戶反映(yìng)經過溯(sù)源後(hòu)的儀表開(kāi)始使用正常，在(zài)天氣變冷後渦(wō)輪流量計(jì)的計(jì)量出現了計量(liàng)不準确的(de)情況(kuàng)。通常情況下，氣(qì)體渦輪流量計的工作(zuò)範圍較寬，一般情(qíng)況下溫度變化對計(jì)量性能的影響(xiǎng)較小。但在北方(fāng)地區冬季(jì)的低(dī)溫環境的确影(yǐng)響到了氣體渦輪流量計的計(jì)量性能(néng)，從而容(róng)易在(zài)使用(yòng)的過(guò)程中産生(shēng)計量(liàng)、貿易結(jié)算的糾(jiū)紛。
1驗證氣(qì)體渦(wō)輪流量計在(zài)不同溫(wēn)度下(xià)的計(jì)量性能(néng)
爲(wèi)了更(gèng)好地(dì)了解(jiě)氣體渦輪流量(liàng)計在(zài)不同環境下的計量性能(néng)，一套(tào)可以檢(jiǎn)定渦輪(lún)流量在不同溫(wēn)度和濕度下的(de)計量性能(néng)的(de)标(biāo)準表法氣(qì)體流(liú)量檢定裝置。該(gāi)裝置(zhì)的(de)基(jī)本原理爲(wèi):①将(jiāng)被檢流(liú)量計放置在(zài)可調整(zhěng)溫度和濕度的實(shí)驗艙中，而标準流量計放置在(zài)恒(héng)溫恒(héng)濕車(chē)間(jiān)，溫度在(zài)20℃左右(yòu)，再通(tōng)過管道和(hé)熱(rè)交換器(qì)與被檢流量計(jì)相連(lián)接(jiē);②流量計(jì)的瞬(shùn)時流量通(tōng)過變頻(pín)器控制(zhì)，實現穩定(dìng)流量的運(yùn)行;③通過采(cǎi)集系統分别采(cǎi)集被(bèi)檢流量計(jì)和标準(zhǔn)流(liú)量的(de)脈沖信号(hào)、壓力(lì)值、溫度值;④最後，通過中心控制(zhì)系統進行統一(yī)控制、計算(suàn)，從而(ér)輸出檢定結果;⑤設備(bèi)的準确度(dù)等級通過标準(zhǔn)表、壓(yā)變、溫(wēn)變等(děng)計量相關(guān)的設備溯源(yuán)以及傳(chuán)遞表的比對，驗證(zhèng)該裝(zhuāng)置滿足(zú)試驗的要求。
不同溫(wēn)度氣體渦(wō)輪流量計的計(jì)量性能試(shì)驗方(fāng)法(fǎ):選擇3台(tái)dn80的氣(qì)體渦輪流量計(jì)在-25℃、-10℃、5℃、30℃、55℃溫(wēn)度下進行(háng)測試。
3台流量計(jì)檢定(dìng)數(shù)據(jù)轉化(huà)爲線性如圖1。
從(cóng)以上數據(jù)的線性圖(tú)看，得(dé)出結(jié)論:
1)氣體渦(wō)輪流(liú)量計(jì)計量性能受(shòu)環境(jìng)溫度的(de)影響(xiǎng)。
2)同台流量(liàng)計在相同(tóng)的流(liú)量點下，随(suí)着溫(wēn)度越低，流量計量示(shì)值(zhí)誤差負(fù)偏就越大;溫度(dù)越高(gāo)，流量計示值誤(wù)差正偏就(jiù)越大(dà)。
3)高溫下的(de)示值誤差(chà)影響(xiǎng)小于(yú)低溫下的(de)示值誤差(chà)影響。
4)流量(liàng)計(jì)在大流(liú)量條件下(xià)，影響比較小，基本滿(mǎn)足計量(liàng)性能。
2影(yǐng)響因素分析
2.1氣(qì)體渦輪流(liú)量計的工(gōng)作原理
氣(qì)體(tǐ)渦輪(lún)流量計(jì)由整流(liú)器、葉輪、計量芯組(zǔ)件、油(yóu)泵磁耦合、機械(xiè)計數(shù)器、低(dī)頻脈(mò)沖發生(shēng)器、殼體(tǐ)及體(tǐ)積修正儀(yí)組成，如圖2爲機(jī)械結構圖(tú)。工作原理:當氣流進(jìn)人(rén)流量計時，首(shǒu)先經(jīng)過(guò)獨立機(jī)芯的前(qián)導流體(tǐ)并加速(sù)。在流體(tǐ)的作用下，由于(yú)渦輪葉片與流(liú)體流向成(chéng)一定角度，此時(shí)渦輪(lún)産生轉動力矩(jǔ)，在渦(wō)輪克服阻(zǔ)力(lì)矩和(hé)摩擦力(lì)矩後開(kāi)始轉動(dòng)。當諸力(lì)矩(jǔ)達到(dào)平衡時，轉速穩(wěn)定。渦(wō)輪轉(zhuǎn)動角速(sù)度(dù)與氣(qì)體工(gōng)況流速(sù)成(chéng)線性(xìng)關系(xì)，并由高頻信号模(mó)塊(kuài)輸出(chū)與工況(kuàng)體(tǐ)積流(liú)量(liàng)成正比的脈(mò)沖信号(hào)，與壓(yā)力(lì)、溫度傳感(gǎn)器所(suǒ)檢測的壓(yā)力、溫(wēn)度信(xìn)号一起輸出(chū)給體積修正(zhèng)儀進行計(jì)算處(chù)理，可實(shí).現(xiàn)瞬時(shí)流量和累積總(zǒng)量的(de)計量，加溫(wēn)度和壓力補償(cháng)時可(kě)實現(xiàn)标(biāo)準(zhǔn)狀态的瞬(shùn)時流(liú)量和累積總量的計量。
2.2計量性能的(de)影響因素(sù)
根據氣(qì)體渦輪(lún)流量計的計量(liàng)原理(lǐ)、計算(suàn)公式(shì)，分析在不同溫(wēn)度下，影響(xiǎng)計量(liàng)性能(néng)的(de)變量有(yǒu)哪些(xiē)，以便(biàn)更好(hǎo)地找到根本原(yuán)因。詳(xiáng)細的公式和分(fèn)析(xī)如下:
1)流(liú)量與(yǔ)頻率的方程:
式(shì)(1)中(zhōng):qv一瞬時(shí)流量,m³/h;f一脈(mò)沖頻(pín)率,
hz;k一(yī)儀(yí)表系數(shù)，m-3。
2)渦輪流量(liàng)計的(de)數學模型:
式(2)中:z一渦輪葉片數(shù);θ一流體流動方(fāng)向與(yǔ)葉片(piàn)的夾(jiá)角;r一葉片(piàn)的平(píng)均半徑;a一流通(tōng)截面(miàn)積;ρ一流體(tǐ)密度(dù);trm一(yī)機械摩(mó)擦阻(zǔ)力矩;trf一流(liú)體對渦輪(lún)的阻(zǔ)力矩(jǔ)。
由公式(1)與(yǔ)公式(2)得到(dào):
當理(lǐ)想狀态(tài)時，trm=0，trf=0,計量(liàng)性能僅與(yǔ)儀表(biǎo)結構參數(shù)有關(guān)，與流量變化無關，儀表系(xì)數爲(wèi)一常數(shù)。
當低溫(wēn)條件下，計量準(zhǔn)确度出現(xiàn)偏移(yí)，儀表系(xì)數産生(shēng)變化(huà)，說(shuō)明trm，trf不爲零，所以(yǐ)低溫性(xìng)能的主要(yào)影響(xiǎng)因素是摩(mó)擦阻(zǔ)力矩。而(ér)摩(mó)擦阻(zǔ)力矩(jǔ)主(zhǔ)要有:軸(zhóu)承、軸(zhóu)、軸承(chéng)的潤滑油等(děng)在(zài)高低(dī)溫情(qíng)況下(xià)的機械形(xíng)變及性能(néng)的變(biàn)化(huà)。因此，主(zhǔ)要研究内容如(rú)下:
a)通過選(xuǎn)擇(zé)同(tóng)一種軸承(chéng)，在不(bú)同溫(wēn)度(dù)下，對有(yǒu)油與無油軸承(chéng)性能的變(biàn)化給(gěi)渦輪(lún)流量計帶(dài)來的(de)計量(liàng)性能(néng)影響進行(háng)研究。
b)通過(guò)采用同一(yī)種軸承，在不同(tóng)的溫度(dù)下，對不(bú)同潤(rùn)滑油性能的變化(huà)給(gěi)渦輪(lún)流量計帶來的(de)計量性能影響(xiǎng)進行研究。
3.1試驗(yàn)一
3.1.1方案
該(gāi)方案的目的是爲驗(yàn)證氣體渦(wō)輪流量(liàng)計(jì)中的軸承(chéng)有無(wú)油的(de)條(tiáo)件(jiàn)下的不同溫度(dù)下的計量(liàng)性能。
采用目前(qián)性能(néng)較穩定的、選擇(zé)性能一緻的軸(zhóu)承，以消除軸承間性能(néng)差别所(suǒ)帶來(lái)的(de)影(yǐng)響，對(duì)1号潤滑(huá)油(yóu)進行(háng)以下兩組比對試驗(yàn)，每(měi)組兩台(tái):
1)常油:即對軸承(chéng)的油(yóu)脂不做任何處理，試驗該(gāi)流量(liàng)計在(zài)-25℃、-10℃、+5℃、+20℃、+30℃、+55℃下的計量示值(zhí)誤差(chà)及重複(fú)性(xìng)。
2)無油(yóu):清洗軸承(chéng)使其(qí)沒有油脂(zhī)，試驗(yàn)該流(liú)量計在-25℃、-10℃、+5℃、+20℃、+30℃、+55℃下(xià)的計(jì)量示值誤(wù)差及重複(fú)性。
3.1.2測試數據
結論:從(cóng)圖3無油與(yǔ)常油(yóu)的比(bǐ)對(duì)測試(shì)中(zhōng)發現:
1)無油時，低(dī)溫對計量影響較小，計量示值誤(wù)差(chà)滿足設計(jì)要求(qiú)。
2)常油(yóu)的流量計測(cè)試結果(guǒ)，小流量負偏嚴重，影響較大。
3)軸(zhóu)承中的油是導(dǎo)緻低(dī)溫(wēn)性能負偏的重要(yào)因素。
3.2試驗(yàn)二(èr)
3.2.1方案
該(gāi)方案(àn)的目(mù)的是爲驗證氣體渦(wō)輪流(liú)量計采(cǎi)用(yòng)2号和(hé)3号油後，不(bú)同溫(wēn)度(dù)下(xià)的計量性能。
采用目前性(xìng)能較(jiào)穩定(dìng)的、選(xuǎn)擇(zé)性能一(yī)緻的軸承(chéng)，以消除軸(zhóu)承間(jiān)性能差别(bié)所帶來的影響，通過對2号(hào)和3号潤(rùn)滑油(yóu)進(jìn)行以(yǐ)下兩組比(bǐ)對試(shì)驗(yàn)，每組兩(liǎng)台:
1） 清洗軸承使(shǐ)其沒(méi)有油脂，再添加2号潤滑油，在常溫下運行2h,保證加油(yóu)後的(de)軸承性能滿足要(yào)求，試驗(yàn)該流(liú)量計在-25℃、-10℃、+5℃、+20℃、+30℃、+55℃下(xià)的計(jì)量示值誤(wù)差及(jí)重複性，結(jié)果如(rú)圖4。
2)清洗軸承使(shǐ)其沒有(yǒu)油脂，再(zài)添加(jiā)3号潤滑油(yóu)，在常(cháng)溫(wēn)下(xià)運行2h，保證(zhèng)加油後的軸承性能(néng)滿足要求，試驗該流(liú)量計在-25℃、-10℃、+20℃、+55℃下的(de)計(jì)量示(shì)值誤差及(jí)重複(fú)性(xìng)，結果如(rú)圖4。
3.2.2測(cè)試數據
結(jié)論(lùn)，從(cóng)圖4的比對(duì)測試中發現:
1)不同特(tè)性(xìng)的(de)油對氣體渦(wō)輪(lún)流量計的計(jì)量(liàng)示值(zhí)誤差(chà)不(bú)同。
2)通過(guò)使用(yòng)3号油來潤滑，基本滿足設(shè)計要求(qiú)。
4總(zǒng)結
通(tōng)過以(yǐ)上試驗結果分析，發現氣(qì)體渦輪(lún)流量計(jì)受溫(wēn)度(dù)影響的(de)程度不(bú)盡相同，主要(yào)表(biǎo)現(xiàn)爲:相(xiàng)同低(dī)溫下流量(liàng)越小,負誤差就(jiù)越大;相(xiàng)同流量下溫度越低，負(fù)誤差(chà)越大;高溫下相同(tóng)流量下(xià)，溫度越高，正誤(wù)差就越大(dà)，但整體在(zài)合格範圍(wéi)之内(nèi)。通(tōng)過(guò)試驗(yàn)分析(xī)，氣(qì)體(tǐ)渦輪(lún)流量計(jì)需要潤(rùn)滑劑潤，滑才能(néng)長時間(jiān)的(de)正常(cháng)工作(zuò)，在低溫下(xià)會出現渦輪潤(rùn)滑油低(dī)溫性能(néng)不好(hǎo)，導緻(zhì)黏度(dù)變化(huà)較大，阻力(lì)增強，降(jiàng)低(dī)低溫(wēn)下渦(wō)輪軸承的(de)旋轉速率，從而(ér)引起(qǐ)小流(liú)量受(shòu)溫度影(yǐng)響較大(dà)的情(qíng)況(kuàng)。從圖4的(de)數(shù)據看(kàn)，使(shǐ)用抗(kàng)低溫潤滑(huá)油可(kě)以從一定(dìng)程度(dù)上解(jiě)決(jué)此類問(wèn)題的發(fā)生(shēng)，保證(zhèng)氣體(tǐ)渦輪流量(liàng)計的誤差在合格範圍之内。
在(zài)實際低(dī)溫(wēn)極限條件下的影響(xiǎng):①會對氣(qì)體(tǐ)渦輪(lún)流量計(jì)的機(jī)械(xiè)性能産生一定的影響，這是不(bú)能忽略的。儀表(biǎo)生産(chǎn)企業，應當(dāng)充分考慮(lǜ)到這(zhè)種極(jí)限條件，在(zài)機械結(jié)構(gòu)設計(jì)時降低低溫對(duì)機(jī)械部(bù)件的影(yǐng)響;②管道(dào)會産(chǎn)生(shēng)冰渣、冰(bīng)顆(kē)粒,對(duì)渦輪流(liú)量計造(zào)成沖擊、卡死等(děng)。建議:①廠家應提(tí)供适當的(de)抗低溫潤(rùn)滑油，用戶(hù)在使用時(shí)也應(yīng)當按(àn)時加注符(fú)合要求的(de)專業(yè)潤滑油;②在0℃以下(xià)的管道應該增(zēng)加一些伴(bàn)熱設備，保證管道溫度不(bú)會太低，最(zuì)好不要(yào)低(dī)于(yú)0℃。
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