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宽量程气体涡轮流量计厂家详解 选型方法


文章日期:2018-07-31|阅读数:


    摘要介绍了一种国产宽量程气体涡轮流量计的工作原理及涡轮的设计思想,阐述了零阻力信号检测法和仪表系数的非线性修正法,并给出了室内检定和工业现场的试验数据。检定结果表明,该流量计与进口设备的计量结果基本一致。目前这种国产流量计已开始投入实际应用。

一、流量计概述:
    近年来,随着各行业对成本核算、贸易往来、节约能源、自动控制等工作的重视,用户对流量测量的需求日益增多,同时对流量计的测量精度、量程比、适用介质等技术指标提出了越来越高的要求。由于城市燃气管网遍布于整个城市,考虑到供气安全、管道的沿程压力损失等问题,管道中的介质(液化天然气、煤制气)一般压力较低、流速不高,因此其流量测量有固有的特殊性。另外,因为用气高峰和低谷时的管道内流量差距非常大,所以需要一种量程宽、测量下限低的流量测量仪表。目前,国内外宽量程气体流量计主要有以下几种。
    (1)腰轮式(罗茨式)气体流量计。这是一种体积式测量仪表,具有测量下限低、量程宽、精度高、与介质物性参数关系不紧密等优点。但对气体的洁净程度要求较高,使用中需要加装过滤装置,并需要经常清洗。
    (2)热式气体质量流量计。该流量计是利用气体传热性能与其质量流量的关系测量流量,可测量很低的流速,具有较宽的测量范围,并具有一定的抗杂质能力,是近年来发展很快的一种流量计。但由于其工作原理的局限性,易受气体成分变化的影响,因此只适用于成分比较稳定的气体流量测量。
    (3)涡轮气体流量计。该流量计是利用叶轮在气体推动下的转动来测量气体的流量,具有一定的抗杂质能力,并且不受气体成分变化的影响。该种流量计在国外使用较多,而国产涡轮流量计由于其流量下限较高,因此很少在城市燃气管网上使用。
计算公式
二、涡轮流量计工作原理:
    涡轮流量计的工作原理示意图如图1所示。在管道中心安放一个涡轮,流体通过时冲击涡轮叶片,对涡轮产生驱动力矩,使涡轮克服摩擦力矩和流体阻力矩而产生旋转,其旋转角速度与流体流速正相关。由检测探头检测出叶片转动频率,输人流量显示积算仪得到瞬时流量和累计流量。
图1涡轮流量计工作原理示意图
图1涡轮流量计工作原理示意图
    为适应城市燃气管网的流量测量要求,应尽量拓宽流量测量的下限,即尽量降低涡轮流量计的始动流量。文献[1,2〕建立了一种涡轮流量计的理论模型。在流体处于定常流状态时,涡轮在流体的驱动力矩T,作用下转动,阻力矩包括轴与轴承之间摩擦产生的机械摩擦阻力矩T,,,涡轮与流体之间产生的流体阻力矩T,r,以及检测探头对涡轮产生的电磁阻力矩T,e,并应有以下平衡关系:
          Tr  - T>m+T rr十Trr           (1)    由流体力学〔3〕可知,当流体的流动处于湍流状态时,流体产生的摩擦力正比于流速的平方;当流动处于层流状态时,其摩擦力正比于流速,所以摩擦力均正相关于流速。当涡轮刚启动而处于始动流量附近时,显然Trf趋近于零。故在分析始动流量时可不考虑流体摩擦产生的阻力,而仅考虑机械摩擦和电磁阻力即可。

三、涡轮的设计与研究:
  涡轮流量计的流量计算可采用式(2):qy=F/k式中qV瞬时流量,m3/s 。 F涡轮叶片产生的信号频率,Hz ;K—仪表系数,1/m3。
  在涡轮的设计方法中,首先要考虑的是尽量保证仪表系数的线性度,然后才能用式(2)进行流量计算。为了满足线性度的要求,叶片一般设计成按图1所示的螺旋状叶片。在涡轮的研究中,对于流量计的信息处理采用了计算机技术,可以对仪表系数的非线性进行实时修正。这就给叶片结构的设计提供了更广阔的空间,即设计时可以完全不考虑线性问题,而只考虑能产生足够大的驱动力矩和尽量小的摩擦力矩即可。
    在经过系列研究和实验之后,涡轮***终采用了由图2所示的结构。叶片类似于风扇叶片的形状,倾角45°,由0. 3 mm厚的不锈钢薄板整体冲压而成,叶片数量为20片。这种形状的叶片虽然非线性较大,但重量相对较轻,这对于降低始动流量很有好处,而其非线性则可通过单片机进行曲线拟合的方法予以修正。
图2涡轮流量计探头结构示意图

图2涡轮流量计探头结构示意图
    由图2可以看出,这种涡轮没有采用前后两个轴承的结构,而是采用了单轴承式结构。轴承采用了进口的微型滚动轴承。轴为固定不动,单轴承安装在轴的中间,由轴承套固定叶片。这种结构不仅减少了轴承引人的机械摩擦,而且还克服了因前后轴承不同心而产生的阻力。另外,这种结构也有利于轴承的防尘,密闭性更好。

四、检测探头的研究:
    一般涡轮流量计采用内部嵌有磁钢的线圈作为检测探头C4J。叶片转动时切割磁力线产生感生电势,该电势藕合到线圈中,在线圈两端可产生相应的周期性变化的感应电势。当涡轮转速很低时,可以观察到它的转动不稳定。当叶片运动到磁钢附近时,会出现一个减速甚至停顿的过程,这是由磁钢对叶片的吸引力即电磁阻力造成的,因而在研究涡轮的转速特性时,电磁阻力是一个必须予以重视的间题。
    检测探头内部嵌有一个软磁性材料的线圈,其工作原理是以电涡流为基础。在线圈中通以高频激励信号,周围产生一个高频交变磁场叭。当叶片处于这一磁场中时,叶片中就会产生电涡流。之后,该电涡流会产生一个阻碍高频交变磁场叭变化的磁场人,进而作用在线圈上,对高频激励信号的幅度与频率予以调制。经信号处理电路,可反映叶片的频率变化。
    该检测过程可等效为,将线圈和叶片看作为一个电感L的原边和次边,L由线圈的自感L,、叶片的自感L:以及它们的互感M构成。当叶片离开线圈时,L中仅存在L,;当叶片处于线圈位置时,由于互感M的作用,感抗L是变化的,而L作为LC振荡电路中的电感元件,它的变化将改变振荡电路信号的幅度与频率。    采用这一电磁激励结构,由于不产生电磁引力,因此不存在电磁阻力,即 Tr=0

五、非线性修正的研究:
    如前所述,为了降低涡轮的始动流量qtim,n,并降低仪表系数K较大的非线性,如何对非线性进行修正就是一个需要解决的重要问题。    根据计量检定规程对速度式流量计检定点的规定检定点包括7个点,即qm;n.0.07 qmas.0. 15。0.25q、0. 4 qmas , 0. 7 q和q>,。检定点的数量是有限的7个,而流量计在使用中,流量测量在qm}n",qm“二范围内为任意的。这样,流量计的检定点和非检定点就会远远超过7个。图3给出了仪表系数K与信号频率F(或流量q)的典型非线性趋势。
图3涡轮流量计特性曲线

图3涡轮流量计特性曲线
    显然不能再沿用平均仪表系数计算流量的方法,而应该用式(3)来计算在对应频率信号F时的仪表系数K,再用式(2)计算流量。
                    K=f(F)             (3)    该拟合公式的具体形式可用两种方法求取,即折线法和***小二乘方法。    折线法是指将每两个相邻检定点用直线相连接。显然,在检定点上,其拟合误差为零,然而在非检定点上具有较大误差。表1给出了一组典型的折线法非线性修正拟合数据。    拟合误差的计算公式csJ为:误差(%)一士拟合所得的仪表系数一实测仪表系数实测仪表系数X 100%    从表1可见,在非检定点处的***大拟合误差达到士1.650oe    ***小二乘方法得到的是一条连续曲线,其原则是使各检定点到该曲线的误差平方和为***小。由于检定点上得到的数据并非标准值,其本身也具有一定的误差,而且实际使用的涡轮流量计K-F特性曲线应该是连续的、平滑的,因此尽管在检定点处的拟合误差不一定等于零,但用***小二乘方法得到的连续曲线应该能更好地反映K-F关系的本质〔9J表2给出了用***小二乘方法得出的一组非线性修正拟合误差数据。
    由表2可见,***大拟合误差仅为士0.1500,远优于折线法的拟合误差结果。
表1折线法非线性修正数据 表2***小二乘方法非线性修正数据

六、涡轮流量计的应用:
 仪表样机在天然气和煤制气调压站进行了试验运行。在试验管道上,均串联美国德莱塞仪器公司的罗茨表气体流量计(其精度为士1%)作为标准表进行了比对。表3、表4分别给出了天然气和煤制气流量计试验数据。
表3天然气的试验数据
表4煤制气的试验数据
表4煤制气的试验数据

一、概述
  HD-LWQ系列气体涡轮流量计是吸取了国内外流量仪表先进技术经过优化设计,综合了气体力学、流体力学、电磁学等理论而自行研制开发的集温度、压力、流量传感器和智能流量积算仪于一体的新一代高精度、高可靠性的气体精密计量仪表,具有出色的低压和高压计量性能,多种信号输出方式以及对流体扰动的低敏感性,广泛适用于天然气、煤制气、液化气、轻烃气等气体的计量。
  该产品经防爆产品质检部门按GB3836.2000《爆炸性气体环境用电气设备第1部:通用要求》,GB3836.2-2000《爆炸性气体环境用电气设备第2部分:隔爆型“d”》和GB3836.4-2000《爆炸性气体环境用电气设备第4部分:本质安全型“i”》标准检验合格,防爆标志为ExdⅡBT4(隔爆型)、ExiaⅡCT4(本安型)。 适用于含有ⅡA、ⅡB、ⅡC类T1~T4温度组别爆炸性气体混合物的0(仅本安型)1、2区危险场所。
1.1产品特点
优质合金涡轮,具有更高的稳流和耐腐蚀作用
进口优质专用轴承,使用寿命长
计量室与通气室隔绝,保证了仪表的安全性
可检测被测气体的温度、压力和流量,能进行流量自动跟踪补偿,并显示标准状态下(Pb=101.325KPa,Tb=293.15K)的气体体积累积量;可实时查询温度压力数值
流量范围宽(Qmax/Qmin≥20:1),重复性好,精度高(可达1.0级),压力损失小,始动流量低,可达0.6m3/h
智能化仪表系数多点非线性修正
内置式压力、温度传感器,安全性能高、结构紧凑、外形美观
仪表具有防爆及防护功能,防爆标志为ExdⅡBT4、ExiaⅡCT4,防护等级为IP65
系统低功耗工作,一节3.2V10AH锂电池可连续使用3年以上
仪表系数、累计流量值掉电十年不丢
1.2主要用途
智能气体涡轮流量计可广泛应用于空气,天然气、煤制气、液化气、沼气等各种气体流量计量。
 
二、主要技术参数
2.1基本参数:                     表一
 
2.2 流量范围及工作压力:              表二   
                                          
 
三、流量计外形尺寸及安装外形尺寸图
流量计外形如图4所示,具体尺寸见表四
 
注:图4所示为温压补偿型仪表外形。
同口径所有型号仪表传感器部分尺寸一致。
 
四、安装注意事项
  安装前,管道须吹扫干净,以防残渣铁屑影响流量计的正常运转。
  安装前,用微小气流吹动涡轮时,涡轮能转动灵活,并没有无规则的噪音,注墨显示正常,则流量计可安装使用。
  流量计安装时法兰恩还管道法兰中间要加密封垫圈。
  流量计前应加装过滤器,气质较脏的场合应加装油过滤器,用户订货前,可同时向我公司订货,严禁过滤器和流量计直接相连。
  流量计在安装时前后均应加截止阀门。
  法兰盘连接处管道内径处不应该有突起相连接。
  流量计安装时,严禁在其进出口法兰处直接进行电焊,以免烧坏流量计内部零件。
  流量计应安装在便于维修、无强电磁干扰、无机械振动以及热辐射影响的场所。
  流量计不宜用在流量频繁中断和有强烈脉动流或压力脉动的场合。
  流量计室外安装时,上部应有遮盖物,以防雨水进入和烈日暴晒影响流量计使用寿命。
  流量计可水平或垂直安装,流体流动方向应与壳体上标识的方向一致,在流量计的上游应保证有不小于10Dn的直管段,表后不小于5Dn的直管段。
  为了不影响流体正常输送,建议按图2安装旁通管路,在正常使用时必须关闭旁通管道阀门。
  在管道施工时,应考虑安装伸缩管或波纹管,以免对流量计造成严重的拉伸或断裂;
  应确保管道与流量计入口和出口的连接同轴,并防止垫圈和焊缝突入管道内,否则会扰动流动剖面。
  采用外电源时,流量计必须有可靠接地,但不得与强电系统共用地线,在管道安装或检修时,不得把电焊系统的地线与流量计搭接。
  管道安装完毕进行密封性试压时,应注意流量计压力传感器所能承受的***高压力(即鉴定证书上介质***大压力),以免损坏压力传感器。
    从试验结果可以看出,宽量程气体涡轮流量计的计量结果与价格昂贵的进口罗茨式仪表的计量结果基本一致,该流量计可以用于城市燃气管网的流量计量。


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