扩大双叶片气体涡轮流量计测量范围的试验研究
摘要对影响双叶片气体涡轮流全计流范围和性能的个主要因素叶片安装角、硅电转换器的磁感应强度、叶片轴架安装位五和轴尖轴承添加润清油进行了大全试脸。通过数据分析,对上述4个因素确定出***佳取值范围。目前已批贡生产,并在大庆长垣南部油田来油七厂计全站上已推广应用26台DN25流蚤计,其中6台流贡计已连续使用半年多未出现任何故降,用户反映良好。从而解决了大庆低产油田井口浏气的技术难题,满足了生产禽要。
1、前言：
双 叶片气体 涡轮 流量 计是一种**新型 流量计,其结构设 计新颖 独创,流量变送器 的转子 上只有 2 个叶片,采 用摩擦力矩 ***小 的轴尖轴承,设计了一个尺 寸很小 的轴 架。具 有灵 敏度高、压 力损失 小、耐砂 性 强、使用 寿命长、体积小、重量 轻、安装 维修方便 等特点。该流 量计 于 1 9 9 2 年获专 利 ( 专 利号 Z L 9 2 2 2 7 9 0 7.1 )。
目前 已生 产 了 量 程 范围为 15 ~ 1 5 o m3h/ 和 30一 Zo o m3/ h 的 D N 25 和 D N 50 两 种 规格 双 叶 片气 体涡轮流量计。为满足气产 量变化幅度大的生产实 际需要,特别 是老 油 田 和低 产油 田产气 量较 低的需要,只需 扩 大 D N 25 和 D N 50 流量 计 流 量 范 围的下 限。为此对 可 以改 善小 流量性能 的 4 个 主要 因素 ( 叶 片安 装 角、磁 电转 换 器 的磁 感 应强度、 ,叶片轴架安装位置和 轴尖 轴承 添 加润 滑油 ) 做 了大量 试验,并对试验数 据进 行 了研 究分析,***后得 出了它 们的***佳取值范 围,达到 了扩大 下限 量程 的 目的。
2、主要技术指标：
扩 大 流 量 范 围下 限 的流 量 计 的主 要 技 术 指标如下:
公称通 径 D N 2 5,D N 5 o流量 范 围 5 ~ 50s m h,1 0~ 1 3 9 m3/ h安装角度 仪 表系数 K ( 次 / m3)
介质温度一20°C~100 °C***大工作压力6. 4MPa精度等级2级防爆标志is I BT3关联设备JZA-1晶体管组合安全栅防护等级IP54外供电压12VDC:士2000累积值显示位数9999999. 9m'瞬时值显示位数999m'/h输出信号脉冲V＞9V. 2ms环境温度一20~50°C。
3、试验研究：
试验是在原油大流量计量站的喷嘴式气体流量标准装置和150L钟罩式气体流量标准装置上完成的，其准确度为士0. 5%和±0. 2.该喷嘴式气体流量标准装置的***大流量上限为139m'/h。
3. 1、叶片安装角试验：
对DN25流量计分别做了叶片安装角。为270和34。的变角度试验，其结果见表1和图1.对DN 50流量计分别做了a为13. 50, 270, 320和370变角度试验，其结果见表2和图2。
表1 DN25流量计变角度试牲结.
图1 DN25流f计变角度试验曲线
当叶片安装角a较小时，叶片所受驱动力矩较小，阻力矩相对较大，使仪表系数较小，导致小流量时性能曲线较差，下限流量值较高，量程范围变窄，启动流量较高。反之，当a较大时，仪表系数变大，使小流量性能曲线变好，可测量较低的流量，量程范围变宽。通过变角度试验可知，增大叶片安装角，可改善小流量性能，达到扩大量程的目的。但是，当a太大时，叶片所受驱动力矩很大，使叶片高速旋转，则轴尖轴承将受到较大的推力，使轴尖轴承磨损较大，流量计使用寿命降低。因此，a取值要适当，既要保证流量计的量程范围，又要考虑轴承磨损问题。
表2 DN50流量计变角度试验结果
图2 DN50流f计变角度试验曲线
3. 2、磁感应强度试验：
位于流量计之上，紧贴壳体处安装着磁电转换器，它将对涡轮叶片(由铁磁性材料制成)产生一个恒定的磁性阻力矩。无论叶片处在静止或转动过程中，都将始终受到这一磁力作用。这一磁力将直接影响着流量计的性能，尤其小流量时影响更大。为了研究该磁力对流量计性能的影响情况，我们选取适当的磁感应强度，对同一台DN25流量计进行了变磁感应强度B的影响试验，其试验结果见表3和图3。
试验结果表明，同一台流量计使用两个不同磁感应强度的磁电转换器，其测试结果不同。当B为660 X 10-'T时，叶片将受到一个较大的磁性阻力矩作用，使叶片转速变低，仪表系数较小，致使小流量特性曲线较差。反之，当B为320 X 10-'T时，叶片所受磁性阻力矩较小，叶片转速加快，仪表系数变大，因而使小流量特性曲线变好。由此可知，磁感应强度的大小主要影响流量计小流量的性能曲线，一般选用较小的强感应强度，可以改善小流量性能，达到扩大量程的目的。但是，当磁感应强度较低时，其输出的脉冲信号幅值也较低。当流量计壳体或管路偶而发生较大振动时，磁电转换器也将输出一低幅值的脉冲信号，从而给流量测量带来误差。因此，为了减小振动干扰影响，提高测量精度，则要求选择适当的磁感应强度。既要保证流量计的量程，又要使流量计具有一定的抗干扰能力。
3. 3、轴架位置试验：
叶片静止时由于受磁电转换器的吸引，叶片所在位置如图4所示。当气体流过时，由于轴架几乎把上部叶片的迎流面积挡住，这时只有下部叶片受到气体的冲力，而上部叶片几乎不受力，所以需要较大的启动流量才能使叶片转动。通过对DN25流量计的试验，当轴架垂直时***小启动流量为5mh。
图4轴架垂直
为了降低启动流量，把图4中的轴架顺时针旋转900，轴架为水平位置如图5所示。这样，上、下叶片都受到气流作用，则***小启动流量为3. 7m/H。由此看出，轴架水平安装较好，不但所需的启动流量较小，亦可达到扩大量程范围的目的。
3. 4、轴尖轴承添加润滑油试验：
通常，流量计在出厂标定前都在轴尖和轴承处加入少量的润滑油，以防轴尖和轴承磨损过快。但是，由于润滑油具有一定的粘性，它将影响流量计的性能，故我们对同一台流量计做了不加润滑油和加润滑油的试验，其试验结果见表4和图6。
通过试验表明，润滑油对流量计小流量的性能的影响较大，随着流量的增大，两条曲线之间的差值逐渐减小。由于轴尖和轴承的摩擦阻力很小，并且采用硬质合金材料制成，耐磨性很强，故建议流量计在出厂标定前可以不必加入润滑油。
图5轴架水平 表4 DN50流f计轴尖轴承添加润滑油试验结果 图6 DN50流t计轴尖轴承添加润滑油试验曲线
4、结论：
目前，经过改进后的DN25双叶片气体涡轮流量计已经在大庆长垣南部的低产油田采油七厂计量站中推广应用26台，其中已有6台流量计已连续运行半年以上，没有出现故障，用户反映良好。它为解决大庆外围低产油田井口测气创造了条件。
(1)随着叶片安装角度的增大，将使流量计的小流量性能变好，量程扩大。但是，轴尖轴承磨损亦大，所以在流量计设计中，叶片安装角度取值要适当，既要保证流量计的量程，又要考虑轴承磨损问题。 （2)减小磁电转换器的磁感应强度，也可达到扩大量程的目的。但是，外部振动干扰信号也将影响流量测量粘度，因此磁感应强度取值要适当，要同时考虑流量计的量程和抗干扰能力。
(3)由于该流量计2个叶片，应该尽量增大叶片的迎流面积，减小启动流量，扩大量程范围，所以轴架要求水平放置为好。
（4)由于轴尖轴承的摩擦阻力很小，并采用硬质合金制成，耐磨性强，因此建议该流量计出厂前可不必在轴尖轴承处添加润滑油。现场推广应用，证明该种流量计是一种理想的油田井口测气仪表。它具有测量范围宽，耐砂性强，故漳率低等突出优点。