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探討氣體渦輪流量計(jì)在不同溫度下的計(jì)量性能
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探討氣體渦輪流量計(jì)在不同溫度下的計(jì)量性能

時(shí)間:2022-12-05 15:17:18

 天然氣作為一種清潔、低排放的高效能源,已在我國大規(guī)模地發(fā)展,與之相關(guān)的天然氣流量計(jì)也在各行各業(yè)中得到廣泛應(yīng)用。氣體渦輪流量計(jì)作為天然氣流量計(jì)量的一種表具,使用量越來越大,使用環(huán)境也是越來越復(fù)雜,從炎熱的海南到寒冷的齊齊哈爾都有大量使用。氣體渦輪流量計(jì)有較好的穩(wěn)定性和重復(fù)性,但北方地區(qū)有用戶反映經(jīng)過溯源后的儀表開始使用正常,在天氣變冷后渦輪流量計(jì)的計(jì)量出現(xiàn)了計(jì)量不準(zhǔn)確的情況。通常情況下,氣體渦輪流量計(jì)的工作范圍較寬,一般情況下溫度變化對計(jì)量性能的影響較小。但在北方地區(qū)冬季的低溫環(huán)境的確影響到了氣體渦輪流量計(jì)的計(jì)量性能,從而容易在使用的過程中產(chǎn)生計(jì)量、貿(mào)易結(jié)算的糾紛。hCU壓力變送器_差壓變送器_液位變送器_溫度變送器

 
1 驗(yàn)證氣體渦輪流量計(jì)在不同溫度下的計(jì)量性能
為了更好地了解氣體渦輪流量計(jì)在不同環(huán)境下的計(jì)量性能,為能夠通過歐盟認(rèn)證,依據(jù) EN12261 的標(biāo)準(zhǔn),市面上出現(xiàn)了一套可以檢定渦輪流量在不同溫度和濕度下的計(jì)量性能的標(biāo)準(zhǔn)表法氣體流量檢定裝置。該裝置的基本原理為:
①將被檢流量計(jì)放置在可調(diào)整溫度和濕度的實(shí)驗(yàn)艙中,而標(biāo)準(zhǔn)流量計(jì)放置在恒溫恒濕車間,溫度在 20℃左右,再通過管道和熱交換器與被檢流量計(jì)相連接 ;②流量計(jì)的瞬時(shí)流量通過變頻器控制,實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定流量的運(yùn)行 ;③通過采集系統(tǒng)分別采集被檢流量計(jì)和標(biāo)準(zhǔn)流量的脈沖信號、壓力值、溫度值 ;④#后,通過中心控制系統(tǒng)進(jìn)行統(tǒng)一控制、計(jì)算,從而輸出檢定結(jié)果 ;⑤設(shè)備的準(zhǔn)確度等級通過標(biāo)準(zhǔn)表、壓變、溫變等計(jì)量相關(guān)的設(shè)備溯源以及傳遞表的比對,驗(yàn)證該裝置滿足試驗(yàn)的要求。不同溫度氣體渦輪流量計(jì)的計(jì)量性能試驗(yàn)方法 :選擇 3 臺 DN80 的氣體渦輪流量計(jì)在 -25℃、-10℃、5℃、30℃、55℃溫度下進(jìn)行測試。
 
3 臺流量計(jì)檢定數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為線性如圖 1。從以上數(shù)據(jù)的線性圖看,得出結(jié)論 :
1)氣體渦輪流量計(jì)計(jì)量性能受環(huán)境溫度的影響。
2)同臺流量計(jì)在相同的流量點(diǎn)下,隨著溫度越低,流量計(jì)量示值誤差負(fù)偏就越大 ;溫度越高,流量計(jì)示值誤差正偏就越大。
3)高溫下的示值誤差影響小于低溫下的示值誤差影響。
4)流量計(jì)在大流量條件下,影響比較小,基本滿足計(jì)量性能。
 
2 影響因素分析
2.1 氣體渦輪流量計(jì)的工作原理
氣體渦輪流量計(jì)由整流器、葉輪、計(jì)量芯組件、油泵、磁耦合、機(jī)械計(jì)數(shù)器、低頻脈沖發(fā)生器、殼體及體積修正儀組成,如圖 2 為機(jī)械結(jié)構(gòu)圖。工作原理 :當(dāng)氣流進(jìn)入流量計(jì)時(shí),shou先經(jīng)過好立機(jī)芯的前導(dǎo)流體并加速。在流體的作用下,由于渦輪葉片與流體流向成一定角度,此時(shí)渦輪產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)力矩,在渦輪克服阻力矩和摩擦力矩后開始轉(zhuǎn)動(dòng)。
氣體渦輪流量計(jì)機(jī)械結(jié)構(gòu)圖
當(dāng)諸力矩達(dá)到平衡時(shí),轉(zhuǎn)速穩(wěn)定。渦輪轉(zhuǎn)動(dòng)角速度與氣體工況流速成線性關(guān)系,并由高頻信號模塊輸出與工況體積流量成正比的脈沖信號,與壓力、溫度傳感器所檢測的壓力、溫度信號一起輸出給體積修正儀進(jìn)行計(jì)算處理,可實(shí)現(xiàn)瞬時(shí)流量和累積總量的計(jì)量,加溫度和壓力補(bǔ)償時(shí)可實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)的瞬時(shí)流量和累積總量的計(jì)量。
 
2.2 計(jì)量性能的影響因素
根據(jù)氣體渦輪流量計(jì)的計(jì)量原理、計(jì)算公式,分析在不同溫度下,影響計(jì)量性能的變量有哪些,以便更好地找到根本原因。詳細(xì)的公式和分析如下 :
1)流量與頻率的方程 :
公式1
式(1)中 :q v ——瞬時(shí)流量,m 3 /h ;f——脈沖頻率,Hz ;K——儀表系數(shù),m -3 。
2)渦輪流量計(jì)的數(shù)學(xué)模型 :
公式2
式(2)中 :Z——渦輪葉片數(shù) ;θ——流體流動(dòng)方向與葉片的夾角 ;r——葉片的平均半徑 ;A——流通截面積 ;ρ——流體密度 ;T rm ——機(jī)械摩擦阻力矩 ;T rf ——流體對渦輪的阻力矩。
 
由公式(1)與公式(2)得到 :
公式3
 
當(dāng)理想狀態(tài)時(shí),T rm =0,T rf =0,計(jì)量性能僅與儀表結(jié)構(gòu)參數(shù)有關(guān),與流量變化無關(guān),儀表系數(shù)為一常數(shù)。
 
當(dāng)?shù)蜏貤l件下,計(jì)量準(zhǔn)確度出現(xiàn)偏移,儀表系數(shù)產(chǎn)生變化,說明 T rm ,T rf 不為零,所以低溫性能的主要影響因素是摩擦阻力矩。而摩擦阻力矩主要有 :軸承、軸、軸承的潤滑油等在高低溫情況下的機(jī)械形變及性能的變化。因此,主要研究內(nèi)容如下 :
a)通過選擇同一種軸承,在不同溫度下,對有油與無油軸承性能的變化給渦輪流量計(jì)帶來的計(jì)量性能影響進(jìn)行研究。
b)通過采用同一種軸承,在不同的溫度下,對不同潤滑油性能的變化給渦輪流量計(jì)帶來的計(jì)量性能影響進(jìn)行研究。
 
3 試驗(yàn)比對
3.1 試驗(yàn)一
3.1.1 方案
該方案的目的是為驗(yàn)證氣體渦輪流量計(jì)中的軸承有無油的條件下的不同溫度下的計(jì)量性能。采用目前性能較穩(wěn)定的、精選性能一致的軸承,以消除軸承間性能差別所帶來的影響,對 1 號潤滑油進(jìn)行以下兩組比對試驗(yàn),每組兩臺 :
1)常油 :即對軸承的油脂不做任何處理,試驗(yàn)該流量計(jì)在 -25℃、-10℃、+5℃、+20℃、+30℃、+55℃下的計(jì)量示值誤差及重復(fù)性。
2)無油 :清洗軸承使其沒有油脂,試驗(yàn)該流量計(jì)在 -25℃、-10℃、+5℃、+20℃、+30℃、+55℃下的計(jì)量示值誤差及重復(fù)性。
 05常油與無油-示值誤差
3.1.2 測試數(shù)據(jù)
結(jié)論 :從圖 3 無油與常油的比對測試中發(fā)現(xiàn) :
1)無油時(shí),低溫對計(jì)量影響較小,計(jì)量示值誤差滿足設(shè)計(jì)要求。
2)常油的流量計(jì)測試結(jié)果,小流量負(fù)偏嚴(yán)重,影響較大。
3)軸承中的油是導(dǎo)致低溫性能負(fù)偏的重要因素。
 
3.2 試驗(yàn)二
3.2.1 方案
該方案的目的是為驗(yàn)證氣體渦輪流量計(jì)采用 2 號和 3號油后,不同溫度下的計(jì)量性能。
 
采用目前性能較穩(wěn)定的、精選性能一致的軸承,以消除軸承間性能差別所帶來的影響,通過對 2 號和 3 號潤滑油進(jìn)行以下兩組比對試驗(yàn),每組兩臺 :
 
1)清洗軸承使其沒有油脂,再添加 2 號潤滑油,在常溫下運(yùn)行 2h,保證加油后的軸承性能滿足要求,試驗(yàn)該流量計(jì)在 -25℃、-10℃、+5℃、+20℃、+30℃、+55℃下的計(jì)量示值誤差及重復(fù)性,結(jié)果如圖 4。
2)清洗軸承使其沒有油脂,再添加 3 號潤滑油,在常溫下運(yùn)行 2h,保證加油后的軸承性能滿足要求,試驗(yàn)該流量計(jì)在 -25℃、-10℃、+20℃、+55℃下的計(jì)量示值誤差及重復(fù)性,結(jié)果如圖 4。
 2號和3號油-示值誤差
3.2.2 測試數(shù)據(jù)
結(jié)論,從圖 4 的比對測試中發(fā)現(xiàn) :
1)不同特性的油對氣體渦輪流量計(jì)的計(jì)量示值誤差不同。
2)通過使用 3 號油來潤滑,基本滿足設(shè)計(jì)要求。
 
4 總結(jié)
通過以上試驗(yàn)結(jié)果分析,發(fā)現(xiàn)氣體渦輪流量計(jì)受溫度影響的程度不盡相同,主要表現(xiàn)為 :相同低溫下流量越小,負(fù)誤差就越大 ;相同流量下溫度越低,負(fù)誤差越大 ;高溫下相同流量下,溫度越高,正誤差就越大,但整體在合格范圍之內(nèi)。通過試驗(yàn)分析,氣體渦輪流量計(jì)需要潤滑劑潤滑才能長時(shí)間的正常工作,在低溫下會(huì)出現(xiàn)渦輪潤滑油低溫性能不好,導(dǎo)致黏度變化較大,阻力增強(qiáng),降低低溫下渦輪軸承的旋轉(zhuǎn)速率,從而引起小流量受溫度影響較大的情況。從圖 4 的數(shù)據(jù)看,使用抗低溫潤滑油可以從一定程度上解決此類問題的發(fā)生,保證氣體渦輪流量計(jì)的誤差在合格范圍之內(nèi)。
 
在實(shí)際低溫極限條件下的影響 :①會(huì)對氣體渦輪流量計(jì)的機(jī)械性能產(chǎn)生一定的影響,這是不能忽略的。儀表生產(chǎn)企業(yè)應(yīng)當(dāng)充分考慮到這種極限條件,在機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)降低低溫對機(jī)械部件的影響 ;②管道會(huì)產(chǎn)生冰渣、冰顆粒,對渦輪流量計(jì)造成沖擊、卡死等。建議 :①廠家應(yīng)提供適當(dāng)?shù)目沟蜏貪櫥,用戶在使用時(shí)也應(yīng)當(dāng)按時(shí)加注符合要求的專業(yè)潤滑油 ;②在 0℃以下的管道應(yīng)該增加一些伴熱設(shè)備,保證管道溫度不會(huì)太低,#好不要低于 0℃。
 
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