摘要:在天然氣(qi)輸送管道與貿(mào)易計量、城市燃(ran)氣工商業用戶(hu)的流量計量中(zhong)，常采用氣體渦(wō)輪流量計 。氣體(ti)渦輪流量計發(fa)展曆史悠久，也(ye)積累了相當的(de)天然☀️氣應用數(shù)據，被認爲計量(liang)精度高、适用性(xing)良好的天然氣(qì)流量計量儀表(biao)🙇🏻。由于使用場所(suǒ)的工作條件各(ge)不相同，工作壓(yā)力根據應🏃用的(de)需要一般從幾(ji)千帕到幾兆帕(pa)，而在我國的計(jì)量機構一般采(cǎi)用負壓裝置檢(jiǎn)定。對于在不同(tóng)壓力條件下，氣(qì)體渦輪流量計(ji)的計量特性的(de)數據還非常缺(quē)乏。
　　天然氣作爲(wei)重要的潔淨能(néng)源，近幾年在城(chéng)市中的應用迅(xun)猛發展。城市高(gāo)壓天然氣管網(wǎng)，給城市提供❌天(tian)然氣關✨系到🔆千(qiān)家萬戶，然而天(tiān)然氣是一種非(fei)理想氣體，實際(ji)輸送的壓力高(gao)于常壓。在遇到(dao)天然氣輸送管(guǎn)線洩漏或檢修(xiū)時會導緻天然(ran)氣壓力大幅🏃‍♂️波(bō)動;或者由于天(tian)然氣輸⭐送管線(xiàn)中出現民用高(gao)峰期時，也會造(zào)成天然氣壓力(lì)波動等。
　　現在國(guó)内的 氣體流量(liang)計生産廠家 一(yi)般采用音速噴(pēn)嘴或鍾罩法來(lai)進行産品檢定(ding)，而出👨‍❤️‍👨于經濟上(shàng)和技術上的考(kǎo)慮，它們中的大(dà)多數使用的是(shi)負壓法的音速(sù)文丘裏噴嘴檢(jiǎn)定裝置。而采用(yòng)負壓法的裝置(zhi)上隻能用空氣(qi)作介質對流量(liàng)計進行常壓檢(jian)定，但是👅流量計(ji)的💯實際工作環(huán)境要遠比此複(fú)雜。在低壓力下(xia)标定後在高壓(yā)力下使用，在☁️低(dī)密度下标定後(hòu)在高密度下使(shǐ)用，流量計儀表(biao)系數都有改變(bian)的可能，那麽，壓(ya)力的增加、密度(dù)的變化會對氣(qi)體流量計的儀(yí)表系數産生多(duo)大的影響［1］根據(jù)國内外相關文(wén)獻研究得出♌，影(ying)響儀表系數變(bian)化的因素有:(1)介(jie)質密度的影響(xiǎng)。(2)粘度變化的影(yǐng)響。(3)溫度變化的(de)影響。(4)壓力變化(huà)的影響等。
　　氣體(tǐ)渦輪流量計作(zuo)爲目前國内少(shǎo)數能在高壓下(xià)計量的流量計(ji)，對其在不同氣(qì)體流體壓力下(xia)的計量性能進(jìn)📱行試驗，主💋要分(fen)💃🏻析渦輪流量計(ji)在氣體流體的(de)不同壓力下，流(liú)量計儀表系數(shù)的變化情況，驗(yàn)證其計量性能(neng)是否能夠滿足(zú)計量要求。
1氣體(ti)渦輪流量計的(de)基本結構和工(gong)作原理
　　 渦輪流(liú)量計 由渦輪流(liu)量傳感器和流(liu)量顯示儀表組(zu)成。将渦輪☎️流量(liang)計感知流體流(liu)速的渦輪組件(jian)(包括前後導流(liú)體、葉輪、軸承、殼(ke)體、信号檢📐測組(zu)件)統稱爲渦輪(lun)流量傳感器。圖(tu)1爲渦輪流量💯計(jì)的基本結構圖(tú)。

　　根據(ju)動量守恒定律(lü)通過渦輪受理(li)過程進行分析(xi)，可以比較🏃直觀(guan)地描述基本工(gōng)作過程，流體通(tōng)過時推動❌葉輪(lun)，産生主動力矩(jǔ)。氣體渦輪流量(liàng)計屬于速度式(shi)流💜量計，渦輪流(liú)量🏃傳感器輸出(chu)與流量成正比(bǐ)關系的脈👣沖頻(pin)率，輸入到流量(liang)顯示儀表🌈或計(ji)算機🐅。在某一流(liu)量🌏範圍和一定(dìng)✍️粘度範圍内，渦(wō)輪流量計🈲輸出(chu)的信号脈🔞沖頻(pin)率f與通過渦輪(lun)流量計的體積(jī)流量qV成正比［4］，即(ji):
f=KqV　　　　　　　　　(1)
　　式中，K爲渦輪流(liu)量計的儀表系(xì)數，1/L或1/m3，儀表系數(shù)K應爲一常數，其(qí)⚽數值由實驗标(biāo)準标定得到。每(mei)台渦輪流量傳(chuán)感器的校準(或(huo)合格🐅)證上都标(biāo)明經過實流檢(jian)定測得分段不(bú)同流量🌍範圍的(de)儀表系數K值。
儀(yí)表系數K的意義(yi)是單位體積流(liú)量通過渦輪流(liú)量💰傳🛀🏻感器輸出(chu)的信号脈沖頻(pin)率f(或信号脈沖(chong)總數N)。所以，當測(cè)得傳感🔴器輸出(chu)的信号脈沖頻(pín)率或某一時間(jian)内的📞脈沖總數(shu)N後，分别除以🚶‍♀️儀(yi)表系數K，就可得(de)到體積流量qV或(huo)流量總量Q，即:

　　要(yao)使渦輪流量計(ji)能夠較準确的(de)工作，其儀表系(xi)數K必須爲常數(shù)✔️。但實際上渦輪(lún)流量計的工作(zuo)特性并🌍非如此(ci)，即:

　　式中，r爲葉輪(lún)的平均半徑;ρ爲(wei)流體的密度;A爲(wèi)流通截面積;θ爲(wei)💘渦輪葉片與軸(zhou)線的夾角;Trm爲機(jī)械摩擦阻力矩(jǔ);Trf爲流體阻力矩(ju)。
以DN50爲例，其流量(liàng)特性曲線如圖(tú)2所示。

　　在理想(xiang)狀态下，也就是(shì)假定渦輪處于(yú)勻速運動的🚶‍♀️平(píng)衡狀态，機械摩(mó)擦阻力矩Trm和流(liú)體阻力矩Trf都足(zú)夠🧑🏾‍🤝‍🧑🏼小至可以忽(hū)略不計㊙️的狀态(tai)，儀表系數與流(liu)量的關系爲

　　可(kě)見，理想特性僅(jǐn)僅與渦輪流量(liàng)計的結構參數(shu)有關，儀表系數(shu)爲一個常數，與(yǔ)流體變化無關(guan)。
2試驗
　　試驗選用(yong)1台TBQM-G65-DN50和1台TBQM-G100-DN80口徑的(de)氣體渦輪流量(liang)計作爲對⛹🏻‍♀️象，流(liú)量🌈範圍分别爲(wei)6.5～100m3/h和8～160m3/h。依照JJG1037—2008《渦輪流(liu)量計檢定規程(cheng)》規定，流量🤩檢定(ding)點應包括qmax、0.7qmax、0.40qmax、0.25qmax、qt、0.1qmax、qmin。所以(yi)，相應的TBQM-G65-DN50的流量(liàng)檢定🧑🏾‍🤝‍🧑🏼點爲:100、70、40、25、20、10、6.5m3/h;TBQM-G100-DN80的流(liu)量檢定點爲:160、112、64、40、32、16、8m3/h，其(qí)中每個流量🏃‍♂️點(dian)測試3次。
2.1檢定所(suǒ)用的裝置
　　采用(yòng)DresserInnovativeGasMeteringSolutions裝置進行負壓(ya)檢定，如圖3所示(shi)，其流量範圍爲(wèi)0.5～1600m3/h，檢測🔞口徑爲DN25～DN150，不(bú)确定度爲0.25%。

　　高壓(ya)環道氣體流量(liang)标準裝置，如圖(tú)4所示，該裝置可(ke)🈚在實際工🐪作的(de)壓力狀态下檢(jiǎn)測流量計的性(xing)能，其流量☂️範圍(wéi)爲1～2500m3/h，檢測口徑爲(wèi)㊙️DN20～DN250，工作壓力範圍(wéi)爲0.1～2.0MPa，不确定🐆度爲(wèi)0.33%。采📧用該套裝置(zhi)進行壓力爲0.1MPa、0.8MPa和(hé)2.0MPa的檢定。

2.2檢定所(suǒ)得儀表系數
　　不(bú)同壓力下每個(ge)流量計的儀表(biao)系數如表1和表(biǎo)2所示。

流量計儀(yí)表系數:

　　式中，K爲(wei)流量計的儀表(biǎo)系數，1/m3;(Ki)max爲流量計(jì)在qt到qmax流量範圍(wei)各😄流量😍檢🐅定點(diǎn)得到的Ki中的最(zuì)大值，1/m3;(Ki)min爲流量計(ji)在✂️qt到qmax流❄️量範圍(wei)各流量😍檢定點(diǎn)得到的Ki中的最(zuì)小值，1/m3。
計算所得(de)的不同壓力下(xià)儀表系數如表(biao)3和表4所示。


2.3檢定(ding)數據處理與分(fèn)析
2.3.1儀表系數分(fèn)析
　　根據表1和表(biǎo)2繪制得到不同(tóng)壓力下氣體渦(wō)輪流量計的🌈儀(yí)表系數特性，如(rú)圖5和圖6所示。


　　随着工作壓(ya)力的變化，渦輪(lun)流量計儀表系(xì)數的變化很小(xiao)。參🐇考JJG1037—2008《渦輪流量(liàng)計檢定規程》計(jì)量檢定規程🌈中(zhong)流✏️量計的重複(fú)性✍️的計算方法(fǎ)，可以定義不同(tong)壓力下渦輪流(liu)量計儀表系數(shu)的重複性爲:

　　式(shi)中:(Er)i爲不同工作(zuò)壓力下流量計(jì)儀表系數的重(zhòng)複性，%;Ki爲不🥵同工(gong)作壓力下流量(liàng)計儀表系數的(de)平均系數，1/m3;Kij爲第(di)i種⁉️工作壓力下(xia)流🚩量計的儀表(biao)系數，1/m3;n爲不同工(gong)作壓⛱️力的個數(shù)。
計算得出TBQM-G65-DN50在不(bú)同工作壓力下(xià)流量計儀表系(xì)數的🈚重複性:

2.3.2線(xiàn)性度分析
　　歐洲(zhōu)标準EN12261:2002的有關規(gui)定———第5.2.1.1款［5］，本款對(dui)于儀表的固有(yǒu)性能提出⛹🏻‍♀️了嚴(yán)格的要求，即如(ru)果儀表特性試(shì)驗在多于一個(gè)壓力下進行，對(duì)于公稱口徑大(dà)于100mm的流量計，在(zài)0.25qmax和qmax之間的所有(you)結果間的差不(bú)得大于0.5%，對于公(gong)稱口徑小于等(děng)于100mm的流量計，在(zai)💃🏻0.25qmax和qmax之間的所有(yǒu)結果間的差不(bú)得大于1.0%。
　　根據表(biao)1和表2中的數據(ju)進行計算，對于(yú)TBQM-G65-DN50，所有檢定結果(guo)✔️最🧑🏾‍🤝‍🧑🏼大差🌈值爲0.558%;TBQM-G100-DN80的(de)所有檢定結果(guǒ)最大差值爲0.904%，結(jié)果均符🔆合标準(zhun)。
2.4小結
(1)根據式(6)計(jì)算出的在不同(tóng)工作壓力下流(liu)量計儀表系數(shù)的重☎️複性，說明(míng)渦輪流量計儀(yí)表系數受壓力(lì)變化的敏感性(xìng)較小。TBQM-G65-DN50在4種不同(tóng)壓力下流量計(ji)儀表系數變化(hua)的重🌏複性僅🤟爲(wei)0.502%，而TBQM-G100-DN80的重複性僅(jin)爲0.282%。
(2)随着工作壓(yā)力的變化，渦輪(lún)流量計線性度(du)變化不🐪大。說👄明(ming)流✉️體工作壓力(li)的變化對渦輪(lun)流量計的線性(xing)度影響🈲很小✂️。圖(tu)5和圖6是在4種不(bu)同壓力下2台氣(qi)體渦輪流🚩量計(jì)的儀表系數随(suí)流量變化的曲(qǔ)線。從圖❓中可以(yi)很⛷️直觀地看出(chu)，在流量的上下(xia)限之間，壓力🌈對(duì)渦輪流量計儀(yi)表系數的影響(xiang)。4種不🍉同壓力下(xià)的曲線型一緻(zhì)🍉性很好，也與圖(tu)2中理論的特性(xing)曲線有😘較好的(de)符合性，隻是高(gāo)壓相較于低壓(yā)曲線整體向上(shàng)漂移。
(3)經過計算(suan)分析，流量計符(fú)合歐洲标準EN12261的(de)有關規定———第5.2.1.1款(kuǎn)。
(4)此外，根據所有(yǒu)線性度結果計(ji)算得出，壓力的(de)變化㊙️對儀👅表系(xi)數的影響小于(yú)流量變化的影(ying)響。
3儀表系數研(yán)究讨論
3.1流量顯(xiǎn)示裝置
　　前文已(yǐ)經提到，渦輪流(liú)量計是由渦輪(lún)流量傳感器和(he)流量顯示💁儀表(biǎo)組成。目前公知(zhi)的渦輪流量計(ji)大概采用以下(xià)幾種流量顯❓示(shì)儀表:帶字輪的(de)機械計算器、帶(dài)溫度和壓力補(bu)償的電子顯示(shi)裝置、流量計🔴算(suàn)機和帶無線遠(yuan)傳功能的電子(zi)顯示裝置等。
　　上(shàng)述提到的顯示(shi)裝置除了流量(liang)計算機，其餘都(dōu)是通過🏃🏻‍♂️機芯上(shang)主軸的蝸杆與(yǔ)齒輪的配合傳(chuán)遞扭矩，并通過(guo)齒輪減速傳動(dòng)以及磁耦合聯(lian)接驅動字輪計(jì)數器轉動而🌈得(dé)到流量累積與(yu)顯示，俗稱低頻(pin)取信号方式。流(liú)量計算機包含(hán)兩😘種取信号方(fang)式，如前文所述(shù)的低⭕頻，另外一(yi)種是直接取葉(yè)輪轉動的信号(hao)，俗稱高頻。
3.2機械(xiè)計數器齒輪調(diao)整
　　渦輪流量計(jì)出廠前用取高(gao)頻信号方法進(jin)行标定，然後根(gen)據得出儀表系(xì)數進行機械計(jì)數器内齒輪配(pei)對，傳動比盡⭐量(liàng)接⚽近标定出的(de)儀表系數。也就(jiu)是說，我們可以(yǐ)調整齒輪配對(dui)以滿足儀表系(xì)數的變化。
　　從上(shang)文得知，不同壓(ya)力波動是存在(zai)的，若流量計工(gōng)作壓力波動範(fàn)圍較小，建議其(qi)在實際工作壓(yā)力下🈲進行相應(ying)測試按其檢定(ding)數據配齒，使實(shí)際傳動比的理(li)論儀表系數盡(jin)可能接近在該(gai)壓力點下測試(shi)的儀表系🎯數，流(liú)量計🏃‍♂️的計量将(jiang)更加準确。
　　但是(shì)，機械計數器有(yǒu)一缺點，調配出(chu)的儀表系數是(shì)🚶‍♀️固🌍定☀️，隻能對某(mou)一流量點進行(hang)修正，不能對所(suo)有流量點修正(zheng)。所以♉對于某些(xiē)流量點來說，誤(wu)差可能還是存(cún)在🌈的。
3.3電子表頭(tou)修正
　　二次電子(zi)顯示裝置、體積(ji)修正儀、流量計(ji)算機等俗稱電(dian)㊙️子🧡表頭，其液晶(jīng)屏幕上可顯示(shì)多種信息，比如(ru)瞬時⭕流量、總流(liú)量、溫度和壓力(li)等。電子表頭含(hán)有非🐅常多的功(gong)能，可以根據溫(wēn)度壓力對流體(ti)體積進行修正(zheng)，可以根據流量(liàng)或者表壓的不(bú)同進行儀表系(xi)🎯數的調整，使在(zai)用流量計的流(liú)量特性曲線接(jiē)近一條直線，這(zhe)就大大提高了(le)流量計的精度(du)。帶電🤞子表頭的(de)渦輪❄️流量計🌏很(hen)好地解決了帶(dài)機械計數器流(liu)量計存在的問(wen)題，其💔可以進行(hang)每個流量🌈點的(de)儀表系數修正(zheng)💋。然而，它也同樣(yàng)有缺點，比如說(shuō)安全防爆問題(tí)，還有電子表🔞頭(tóu)價格昂貴，不便(bian)于普及。
4結束語(yǔ)
　　氣體渦輪流量(liang)計儀表系數受(shòu)壓力變化的敏(min)感性較小，TBQM-G65-DN50的儀(yi)表系數變化的(de)重複性僅爲0.502%，而(ér)TBQM-G100-DN80的重複性僅爲(wei)0.282%。随着工作壓力(li)的變化，渦輪流(liu)量計線性度變(biàn)化不大。在4種不(bu)同壓力下2台氣(qi)體渦輪流量計(ji)的儀表系數曲(qu)線型一緻性很(hen)好，與理論的特(te)性曲線有很好(hǎo)的符合性，隻是(shì)對于DN50口徑的氣(qì)體渦輪流量計(ji)💋來說，高壓相🏃‍♂️較(jiào)于低壓曲線整(zheng)體向上漂移，而(ér)DN80口徑的氣體渦(wo)輪流量計相對(dui)穩定，波動更小(xiǎo)。流量計符合歐(ōu)洲标準EN12261的有關(guān)🤞規定———第5.2.1.1款。壓力(lì)的變化對儀表(biao)系數的影響小(xiǎo)于流量✊變化的(de)影響。
雖然在不(bú)同壓力下，氣體(tǐ)渦輪流量計的(de)儀表性能有🛀🏻些(xiē)許波動，但是靠(kào)着機械計數器(qi)和電子表頭的(de)調整或修正，其(qí)儀表性能将能(neng)加穩定且準确(que)。
　　鑒于目前的試(shi)驗研究還不夠(gou)系統和全面，需(xu)開展進💃一🏃🏻‍♂️步📐的(de)研究才能明确(que)不同壓力下對(dui)氣體渦輪流量(liàng)計的影響📐，特别(bie)是檢定的介質(zhì)如能用天然氣(qi)，那麽試驗結果(guǒ)将更具說服力(li)。

以上内容來源(yuán)于網絡，如有侵(qīn)權請聯系即删(shan)除!