摘要:在(zài)天然氣(qì)輸送管(guan)道與貿(mào)易計量(liàng)、城市燃(rán)氣工商(shang)業用戶(hù)的流量(liàng)計量中(zhong)，常采用(yòng)氣體渦(wo)輪流量(liàng)計 。氣體(tǐ)渦輪流(liú)量計發(fa)展曆史(shǐ)悠久，也(yě)積累了(le)相當的(de)天然🌈氣(qi)應用💘數(shu)據，被認(rèn)爲計量(liàng)精度高(gao)、适用性(xing)良好的(de)天然氣(qì)流量計(ji)量儀表(biao)。由于使(shǐ)用場所(suǒ)的工作(zuo)條件各(gè)不相同(tong)，工作壓(yā)力根據(ju)應用的(de)需要一(yī)般從幾(jǐ)千帕到(dao)幾兆帕(pa)，而在我(wǒ)國的計(jì)量機構(gou)一般采(cai)用負🆚壓(yā)裝置檢(jian)定🧡。對于(yu)在不同(tóng)壓力條(tiao)件下📐，氣(qì)體渦輪(lún)流量計(jì)的計量(liang)❗特性的(de)數據還(hai)非常缺(quē)乏。
　　天然(rán)氣作爲(wei)重要的(de)潔淨能(neng)源，近幾(jǐ)年在城(chéng)市中的(de)應用迅(xùn)猛發展(zhan)。城市高(gāo)壓天然(ran)氣管網(wang)，給城市(shì)提供天(tian)然💔氣關(guān)系到✉️千(qiān)家萬戶(hu)，然而天(tian)然氣是(shì)一種非(fei)理想氣(qì)體👈，實際(jì)輸送的(de)壓力高(gao)于🔞常壓(yā)。在🤞遇到(dao)天然氣(qi)✌️輸送管(guǎn)線洩漏(lòu)或檢修(xiū)時會導(dǎo)緻天然(rán)氣壓力(lì)大幅波(bō)動;或者(zhe)由于天(tian)然氣輸(shu)送管線(xiàn)中出現(xian)民用高(gāo)峰期時(shi)，也會造(zào)成天然(ran)氣壓力(lì)波動等(děng)。
　　現在國(guo)内的 氣(qi)體流量(liàng)計生産(chǎn)廠家 一(yī)般采用(yòng)音速噴(pēn)嘴或鍾(zhōng)罩法來(lái)進行産(chǎn)品檢定(ding)，而出于(yu)經濟上(shàng)和技術(shu)上的考(kao)慮，它們(men)中的大(da)多數使(shǐ)用的是(shì)負壓法(fa)的音速(sù)文丘裏(li)噴嘴檢(jian)定裝置(zhì)。而采用(yòng)負壓♉法(fa)的裝✂️置(zhi)上隻能(néng)用空氣(qi)作介質(zhi)對流量(liàng)計☂️進行(hang)常壓👉檢(jiǎn)定，但是(shì)流量計(jì)的實際(ji)工作♌環(huan)境要遠(yuǎn)比此複(fú)雜。在低(dī)壓力下(xia)标定後(hòu)在高壓(yā)力下使(shǐ)用，在低(dī)密度下(xia)标定後(hou)在高密(mì)度下使(shǐ)用，流量(liàng)計儀表(biǎo)系數都(dou)有改變(bian)的可能(néng)，那麽，壓(ya)力的增(zeng)加、密度(dù)的變化(hua)會對氣(qì)體流量(liang)計的儀(yí)表系數(shù)産生多(duo)大的影(ying)響［1］根據(ju)國内外(wài)相關文(wen)獻研究(jiu)得出，影(yǐng)響儀表(biao)系數變(biàn)化的因(yin)素有:(1)介(jiè)質密度(du)的影🌈響(xiang)。(2)粘度變(biàn)化的👅影(yǐng)響。(3)溫度(du)變化的(de)影響。(4)壓(ya)力變化(huà)的影響(xiǎng)等。
　　氣體(tǐ)渦輪流(liú)量計作(zuò)爲目前(qian)國内少(shao)數能在(zai)高壓下(xià)計量的(de)流㊙️量♊計(ji)，對其在(zài)不同氣(qì)體流體(tǐ)壓力下(xia)的計量(liàng)性🐅能進(jin)📱行試驗(yàn)，主要分(fen)析渦輪(lun)流量計(ji)在氣體(ti)流💜體的(de)不同壓(yā)力下，流(liu)量計儀(yi)表系數(shù)的變化(huà)情況，驗(yàn)證其計(jì)量性能(néng)是否能(neng)夠滿足(zú)計量要(yao)求。
1氣體(ti)渦輪流(liu)量計的(de)基本結(jie)構和工(gong)作原理(lǐ)
　　 渦輪流(liu)量計 由(you)渦輪流(liu)量傳感(gan)器和流(liu)量顯示(shi)儀表組(zǔ)成。将渦(wo)輪流量(liang)計感知(zhī)流體流(liú)速的渦(wō)輪組件(jiàn)(包括前(qian)後導流(liú)體、葉👨‍❤️‍👨輪(lún)、軸承、殼(ké)體、信号(hao)檢測組(zu)件)統稱(chēng)爲渦輪(lun)流量傳(chuan)感器。圖(tú)1爲渦輪(lún)流量計(jì)的基本(ben)結構圖(tu)。

　　根據(jù)動量守(shǒu)恒定律(lǜ)通過渦(wō)輪受理(lǐ)過程進(jìn)行分析(xī)，可以比(bi)較❓直觀(guān)地描述(shu)基本工(gōng)作過程(chéng)，流體通(tōng)過時推(tuī)動☔葉輪(lun)，産生主(zhǔ)動力矩(ju)。氣體渦(wō)輪流量(liang)計屬于(yu)速度式(shi)流量計(jì)，渦輪流(liú)量傳感(gan)器輸出(chu)與流量(liang)成正比(bǐ)關系的(de)脈沖頻(pín)率，輸入(ru)到流量(liàng)顯示儀(yi)表或計(ji)算機。在(zài)某一流(liú)量範圍(wéi)和一定(dìng)粘度範(fàn)圍内，渦(wo)輪流量(liang)計輸出(chū)的信号(hào)脈沖頻(pín)率f與通(tōng)過渦輪(lún)流量計(jì)的體積(ji)流量qV成(chéng)正比［4］，即(jí):
f=KqV　　　　　　　　　(1)
　　式中，K爲(wei)渦輪流(liú)量計的(de)儀表系(xi)數，1/L或1/m3，儀(yí)表系數(shù)K應爲一(yi)常數，其(qi)數值由(you)實驗标(biao)準标定(ding)得到。每(měi)台渦輪(lún)流量傳(chuan)感器的(de)校準(或(huo)🚶‍♀️合格)證(zheng)上都标(biao)明經過(guò)實流檢(jiǎn)定測得(dé)🌈分段不(bú)⭕同流量(liàng)範圍的(de)🌍儀表系(xì)數K值。
儀(yi)表系數(shu)K的意義(yì)是單位(wei)體積流(liú)量通過(guò)渦輪流(liu)量傳感(gǎn)器✉️輸出(chu)的信号(hào)脈沖頻(pín)率f(或信(xin)号脈沖(chong)總數N)。所(suǒ)以，當✍️測(ce)得傳感(gǎn)器輸出(chū)的🚶‍♀️信号(hào)脈沖頻(pín)率或某(mou)一時間(jian)内的脈(mo)沖總數(shu)N後，分别(bie)除以儀(yi)表系數(shu)K，就可得(dé)到體積(jī)流量qV或(huò)流量總(zǒng)量Q，即:

　　要(yao)使渦輪(lun)流量計(ji)能夠較(jiào)準确的(de)工作，其(qí)儀表系(xì)數K必🌏須(xū)爲常數(shu)。但實際(ji)上渦輪(lún)流量計(ji)的工作(zuo)特性并(bing)非如此(cǐ)，即🔞:

　　式中(zhōng)，r爲葉輪(lun)的平均(jun)半徑;ρ爲(wèi)流體的(de)密度;A爲(wèi)流通截(jié)面🌂積;θ爲(wei)渦輪葉(ye)片與軸(zhóu)線的夾(jiá)角;Trm爲機(ji)械摩擦(ca)阻力矩(jǔ);Trf爲流體(ti)阻力矩(ju)。
以DN50爲例(lì)，其流量(liang)特性曲(qǔ)線如圖(tu)2所示。

　　在理想(xiang)狀态下(xià)，也就是(shi)假定渦(wō)輪處于(yu)勻速運(yùn)動的平(ping)衡狀🏃🏻‍♂️态(tài)，機械摩(mó)擦阻力(lì)矩Trm和流(liu)體阻力(li)矩Trf都足(zú)夠小至(zhì)可以忽(hū)略不計(ji)的狀态(tai)，儀表系(xì)數與流(liu)量的關(guān)系爲

　　可(kě)見，理想(xiǎng)特性僅(jǐn)僅與渦(wo)輪流量(liàng)計的結(jié)構參數(shu)有關，儀(yí)表系數(shu)💞爲一個(ge)常數，與(yǔ)流體變(biàn)化無關(guān)。
2試驗
　　試(shì)驗選用(yòng)1台TBQM-G65-DN50和1台(tái)TBQM-G100-DN80口徑的(de)氣體渦(wō)輪流量(liang)計作爲(wèi)對⛹🏻‍♀️象🧑🏽‍🤝‍🧑🏻，流(liu)量🔴範圍(wei)分别爲(wei)6.5～100m3/h和8～160m3/h。依照(zhao)JJG1037—2008《渦輪流(liú)量計檢(jian)定規程(cheng)🔞》規定，流(liu)量檢定(dìng)點應包(bāo)括qmax、0.7qmax、0.40qmax、0.25qmax、qt、0.1qmax、qmin。所以(yǐ)，相應的(de)TBQM-G65-DN50的流量(liang)檢定點(diǎn)爲:100、70、40、25、20、10、6.5m3/h;TBQM-G100-DN80的流(liu)量檢定(dìng)點爲:160、112、64、40、32、16、8m3/h，其(qi)中每個(ge)流量點(diǎn)測試3次(ci)。
2.1檢定所(suǒ)用的裝(zhuang)置
　　采用(yong)DresserInnovativeGasMeteringSolutions裝置進(jin)行負壓(yā)檢定，如(rú)圖3所示(shi)，其流量(liàng)範圍爲(wèi)💘0.5～1600m3/h，檢測口(kou)徑♋爲DN25～DN150，不(bú)确定度(du)爲0.25%。

　　高壓(ya)環道氣(qi)體流量(liàng)标準裝(zhuāng)置，如圖(tú)4所示，該(gai)裝置可(kě)在實際(ji)工作的(de)壓力狀(zhuang)态下檢(jian)測流量(liàng)計的性(xing)能，其流(liu)量範圍(wéi)爲1～2500m3/h，檢測(ce)口⚽徑爲(wèi)DN20～DN250，工作壓(yā)力範圍(wei)爲0.1～2.0MPa，不确(que)定度爲(wei)0.33%。采用該(gāi)套裝置(zhi)進行壓(ya)力爲0.1MPa、0.8MPa和(he)2.0MPa的檢定(ding)。

2.2檢定所(suǒ)得儀表(biao)系數
　　不(bu)同壓力(li)下每個(ge)流量計(jì)的儀表(biǎo)系數如(rú)表1和表(biǎo)2所☀️示。

流(liú)量計儀(yi)表系數(shu):

　　式中，K爲(wèi)流量計(jì)的儀表(biǎo)系數，1/m3;(Ki)max爲(wei)流量計(jì)在qt到qmax流(liu)量範圍(wei)各流量(liang)檢定點(dian)得到的(de)Ki中的最(zui)大值，1/m3;(Ki)min爲(wei)流量計(jì)在qt到qmax流(liú)量範圍(wei)各流量(liàng)檢定點(dian)得到的(de)Ki中的最(zui)小值，1/m3。
計(jì)算所得(de)的不同(tóng)壓力下(xia)儀表系(xì)數如表(biao)3和表4所(suǒ)示。


2.3檢定(dìng)數據處(chù)理與分(fen)析
2.3.1儀表(biao)系數分(fen)析
　　根據(ju)表1和表(biao)2繪制得(de)到不同(tóng)壓力下(xià)氣體渦(wō)輪流量(liàng)計的儀(yi)🌈表系數(shù)特性，如(rú)圖5和圖(tu)6所示。


　　随着(zhe)工作壓(yā)力的變(biàn)化，渦輪(lun)流量計(ji)儀表系(xì)數的變(biàn)化很小(xiao)。參考JJG1037—2008《渦(wō)輪流量(liang)計檢定(dìng)規程》計(ji)量檢定(ding)規程中(zhōng)流量計(jì)的重複(fu)性的計(ji)算方法(fǎ)，可以定(dìng)義不同(tóng)壓力下(xià)渦輪流(liú)量計儀(yí)表系數(shu)的重複(fú)性爲:

　　式(shì)中:(Er)i爲不(bú)同工作(zuo)壓力下(xià)流量計(ji)儀表系(xi)數的重(zhong)複性，%;Ki爲(wèi)❌不同工(gong)作壓力(lì)下流量(liang)計儀表(biǎo)系數的(de)平均系(xi)數，1/m3;Kij爲第(di)i種工作(zuo)✊壓力下(xià)流量計(jì)的儀表(biao)系數，1/m3;n爲(wei)不同工(gōng)作壓✔️力(li)的個數(shu)。
計算得(dé)出TBQM-G65-DN50在不(bú)同工作(zuo)壓力下(xià)流量計(ji)儀表系(xì)數的重(zhong)複性:

2.3.2線(xian)性度分(fèn)析
　　歐洲(zhou)标準EN12261:2002的(de)有關規(guī)定———第5.2.1.1款(kuǎn)［5］，本款對(dui)于儀表(biǎo)的固有(you)性❤️能提(tí)出🤩了嚴(yán)格的要(yao)求，即如(ru)果儀表(biao)特性試(shì)驗在✌️多(duo)于一個(ge)壓力下(xià)進行，對(dui)于公稱(cheng)口徑大(da)于100mm的流(liú)量計，在(zai)0.25qmax和qmax之間(jiān)的所有(yǒu)結果間(jiān)的差不(bú)得大于(yu)0.5%，對于公(gong)稱口徑(jing)小♈于等(deng)于100mm的流(liú)量計，在(zài)0.25qmax和qmax之間(jian)的所有(yǒu)結果間(jiān)的差不(bú)得大于(yu)1.0%。
　　根據表(biǎo)1和表2中(zhōng)的數據(jù)進行計(jì)算，對于(yu)TBQM-G65-DN50，所有檢(jian)定結果(guǒ)最🚶‍♀️大差(cha)值爲0.558%;TBQM-G100-DN80的(de)所有檢(jiǎn)定結果(guo)最大差(cha)值爲0.904%，結(jié)果均符(fu)合标準(zhun)。
2.4小結
(1)根(gēn)據式(6)計(ji)算出的(de)在不同(tong)工作壓(ya)力下流(liú)量計儀(yi)表系數(shù)的重複(fu)✍️性，說明(ming)渦輪流(liú)量計儀(yí)表系數(shu)受壓力(li)變化的(de)敏感性(xing)💯較小。TBQM-G65-DN50在(zai)4種不同(tóng)壓力下(xià)流量計(ji)儀表系(xi)數變化(hua)的重複(fu)性僅🥵爲(wei)0.502%，而TBQM-G100-DN80的重(zhong)複性僅(jǐn)爲0.282%。
(2)随着(zhe)工作壓(yā)力的變(bian)化，渦輪(lún)流量計(jì)線性度(du)變化不(bu)✂️大。說明(ming)流體🧑🏽‍🤝‍🧑🏻工(gong)作壓力(lì)的變化(huà)對渦輪(lun)流量計(jì)的線性(xing)度影響(xiǎng)♊很小。圖(tu)5和圖6是(shi)💋在4種不(bú)同壓力(li)下2台氣(qì)體渦輪(lún)流量計(jì)的儀表(biao)系數随(suí)流量變(biàn)化的曲(qǔ)線。從圖(tu)中可以(yǐ)很直觀(guan)地看🔞出(chū)，在流量(liàng)的上下(xià)限之間(jian)，壓力🏃對(duì)渦輪流(liú)量🈲計儀(yi)表系數(shu)的影響(xiǎng)。4種不同(tóng)壓力下(xia)的曲線(xian)型一緻(zhì)性很好(hao)，也與圖(tú)2中理論(lùn)的特性(xìng)曲線有(you)💯較好的(de)符合性(xìng)，隻是高(gao)壓相較(jiao)于低壓(ya)曲線整(zhěng)體向🔱上(shàng)漂移。
(3)經(jīng)過計算(suan)分析，流(liú)量計符(fú)合歐洲(zhou)标準EN12261的(de)有關規(gui)定———第5.2.1.1款(kuǎn)。
(4)此外，根(gēn)據所有(you)線性度(du)結果計(ji)算得出(chū)，壓力的(de)變化對(duì)❄️儀表系(xì)數🔱的影(ying)響小于(yu)流量變(bian)化的影(yǐng)響。
3儀表(biao)系數研(yan)究讨論(lùn)
3.1流量顯(xian)示裝置(zhi)
　　前文已(yi)經提到(dao)，渦輪流(liu)量計是(shi)由渦輪(lun)流量傳(chuán)感器和(he)流量顯(xian)🔆示儀表(biǎo)組成。目(mù)前公知(zhī)的渦輪(lún)流量計(jì)大概采(cǎi)⚽用以下(xià)幾種流(liú)👈量顯示(shi)儀表:帶(dài)字輪的(de)機械計(ji)算器、帶(dài)溫度和(he)⁉️壓力補(bu)償的電(diàn)子顯示(shì)裝置、流(liú)量計算(suàn)機和帶(dài)無線遠(yuan)傳功能(neng)的電🧑🏾‍🤝‍🧑🏼子(zǐ)顯示裝(zhuāng)置等。
　　上(shang)述提到(dao)的顯示(shi)裝置除(chú)了流量(liàng)計算機(jī)，其餘都(dou)是通🍉過(guò)機🛀芯上(shang)👅主軸的(de)蝸杆與(yu)齒輪的(de)配合傳(chuán)遞扭矩(ju)，并通過(guo)齒輪減(jiǎn)速傳動(dòng)以及磁(ci)耦合聯(lián)接驅動(dong)字輪計(ji)數器✍️轉(zhuan)動而得(dé)到流量(liang)累積與(yu)顯示，俗(sú)稱低頻(pín)取信号(hào)方式。流(liu)量計算(suàn)機包含(hán)兩種取(qǔ)信号方(fāng)式，如前(qian)🤞文所述(shu)的低頻(pin)，另外一(yi)種是直(zhi)接取葉(yè)輪轉動(dong)的信💔号(hao)，俗稱高(gao)頻。
3.2機械(xiè)計數器(qi)齒輪調(diao)整
　　渦輪(lun)流量計(ji)出廠前(qián)用取高(gāo)頻信号(hao)方法進(jin)行标定(dìng)，然後根(gen)據得出(chu)儀表系(xì)數進行(háng)機械計(jì)數器内(nèi)齒輪配(pei)對，傳動(dong)👌比盡量(liàng)接近标(biao)定出的(de)儀表系(xi)數。也就(jiù)是說，我(wǒ)們可以(yǐ)調整齒(chǐ)輪配對(duì)以滿足(zú)儀表系(xi)數的變(biàn)化。
　　從上(shang)文得知(zhī)，不同壓(yā)力波動(dòng)是存在(zài)的，若流(liu)量計工(gōng)作🔞壓力(li)波動範(fàn)圍較小(xiao)，建議其(qi)在實際(ji)工作壓(yā)力下㊙️進(jin)行相應(yīng)💛測試按(an)其檢定(dìng)數據配(pei)齒，使實(shi)際傳動(dong)比的理(li)論儀表(biao)系🔅數盡(jìn)可能接(jie)近在該(gai)壓力點(diǎn)下測試(shì)的儀表(biao)系💋數，流(liu)量計的(de)計量将(jiāng)🌐更加準(zhǔn)确。
　　但是(shì)，機械計(jì)數器有(yǒu)一缺點(dian)，調配出(chu)的儀表(biǎo)系數是(shi)固📐定，隻(zhī)能對某(mǒu)一流量(liàng)點進行(háng)修正，不(bu)能對所(suǒ)有流量(liàng)點修正(zhèng)㊙️。所以對(duì)于🌈某些(xie)流量點(dian)來說，誤(wu)差可能(neng)還📞是存(cún)在的。
3.3電(dian)子表頭(tou)修正
　　二(er)次電子(zi)顯示裝(zhuāng)置、體積(ji)修正儀(yí)、流量計(jì)算機等(deng)俗🔞稱電(diàn)子表頭(tou)，其液晶(jing)屏幕上(shang)可顯示(shi)多種信(xin)息，比如(ru)瞬時流(liú)量、總流(liu)㊙️量、溫度(du)和✍️壓力(lì)等。電子(zi)表頭含(hán)有非常(cháng)多的功(gong)能，可以(yi)根據溫(wēn)度壓力(lì)對流體(tǐ)體積進(jin)行🚶修正(zheng)，可以根(gēn)據流量(liàng)或者表(biao)壓的不(bu)同進行(háng)儀表系(xi)數的調(diào)整，使在(zai)用流量(liang)計的流(liu)量特性(xing)曲線接(jie)近一條(tiáo)直線，這(zhè)就❓大🧑🏾‍🤝‍🧑🏼大(da)提高了(le)流量計(jì)的精度(du)。帶電子(zi)表頭的(de)渦輪流(liú)量計很(hěn)好地解(jiě)決了帶(dai)機械計(jì)數器流(liu)量計存(cún)在的問(wen)題，其可(kě)以進行(hang)每個流(liú)🧡量點的(de)儀表系(xi)數修正(zhèng)。然而，它(ta)也同樣(yàng)有缺點(dian)，比如說(shuo)安全防(fang)爆✂️問題(tí)，還有電(dian)子表頭(tou)價格⛹🏻‍♀️昂(áng)貴，不便(biàn)于普及(jí)。
4結束語(yǔ)
　　氣體渦(wō)輪流量(liàng)計儀表(biǎo)系數受(shou)壓力變(bian)化的敏(mǐn)感性較(jiào)📞小⚽，TBQM-G65-DN50的☔儀(yí)表系數(shù)變化的(de)重複性(xing)僅爲0.502%，而(ér)TBQM-G100-DN80的重複(fú)性僅爲(wèi)0.282%。随着工(gōng)作壓力(lì)的變❄️化(hua)，渦輪流(liu)量計線(xiàn)性度變(biàn)化不大(da)。在4種不(bú)同壓力(lì)下2台氣(qi)體渦輪(lun)流量計(jì)的儀表(biǎo)系數曲(qǔ)😍線型一(yi)緻性很(hen)好，與理(li)論的特(te)性曲線(xiàn)有很好(hǎo)的符合(hé)性，隻是(shì)對于✉️DN50口(kou)徑的氣(qì)體⛷️渦輪(lun)流量計(ji)✏️來說，高(gāo)壓相較(jiao)于低壓(yā)曲線整(zhěng)體向上(shàng)漂移，而(er)DN80口徑的(de)氣體渦(wō)輪流量(liàng)💃計相對(dui)穩定，波(bō)動更小(xiǎo)。流量計(jì)符㊙️合歐(ōu)洲标準(zhun)EN12261的有關(guān)規定———第(dì)5.2.1.1款。壓力(lì)的變化(hua)對儀表(biǎo)㊙️系數的(de)影響小(xiao)于流量(liàng)變化的(de)影響。
雖(suī)然在不(bu)同壓力(li)下，氣體(ti)渦輪流(liu)量計的(de)儀表性(xìng)能有些(xiē)許波動(dong)，但是靠(kao)着機械(xiè)計數器(qi)和電子(zi)表頭的(de)調整或(huò)修正，其(qí)儀表性(xing)能将能(neng)加穩定(ding)且準确(què)。
　　鑒于目(mu)前的試(shì)驗研究(jiū)還不夠(gòu)系統和(hé)全面，需(xu)開展進(jin)一🥵步的(de)研究才(cái)能明确(que)不同壓(ya)力下對(duì)氣體渦(wō)輪流量(liàng)✏️計的影(yǐng)響，特别(bie)⛹🏻‍♀️是檢定(dìng)的介質(zhi)如能用(yòng)天然氣(qi)，那麽試(shì)驗結果(guo)将更具(jù)🌍說服力(lì)。

以上内(nei)容來源(yuan)于網絡(luò)，如有侵(qin)權請聯(lian)系即删(shān)除!