氣體渦輪流量計(jì)導(dǎo)流器結(jié)構(gòu)對(duì)流量計(jì)曲線影響說
【摘 要】 本文針對(duì)于DN100 氣體渦輪流量計(jì)研發(fā)初期曲線不好的問題，從分析導(dǎo)流器的結(jié)構(gòu)入手，通過試驗(yàn)證明導(dǎo)流器尾端的混合室的大小與曲線形狀有著規(guī)律性的關(guān)系，確定了***佳的混合室尺寸，進(jìn)而使得 DN100 氣體渦輪流量計(jì)的性能曲線得到了優(yōu)化。
前言：
隨著天然氣在國(guó)內(nèi)的普及和利用，氣體渦輪流量計(jì)憑借其準(zhǔn)確度高、量程比寬的優(yōu)勢(shì)，越來越成為燃?xì)庥脩粲?jì)量大流量天然氣的實(shí)惠，但是用戶對(duì)其精度的要求越來越高，用戶需要的流量計(jì)是在大量程比前提下的高準(zhǔn)確度，他們希望選用的流量計(jì)的曲線在全量程范圍內(nèi)與零線盡可能接近，這就要求曲線盡可能平直。國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的流量計(jì)的讀數(shù)大多數(shù)為電子式流量計(jì)，其性能曲線經(jīng)過了非線性修正補(bǔ)償可以達(dá)到比較平直的狀態(tài)，而國(guó)外同類產(chǎn)品的讀數(shù)方式多數(shù)為純機(jī)械字輪式顯示，其性能曲線不經(jīng)過任何修正補(bǔ)償就可達(dá)到比較平直的狀態(tài)，長(zhǎng)期以來因其具有穩(wěn)定性好、數(shù)據(jù)不易丟失等優(yōu)點(diǎn)，盡管價(jià)格高，但一直得到國(guó)內(nèi)用戶的廣泛認(rèn)可。
丹東東發(fā)集團(tuán)開發(fā)的DN100型氣體渦輪流量計(jì)為純機(jī)械字輪式流量計(jì)，在試制初期，曲線形狀總是不理想，大中流量段（0.2Qmax～0.2Qmax）的曲線的線性比較好，曲線平穩(wěn)；但是小流量段（Qmin～0. 2Qmax）的曲線卻較差，一方面***小流量點(diǎn)的示值誤差與大流量段相比太負(fù)；另一方面在小流段的中間流量處總有一個(gè)正的峰值，這樣，一正一負(fù)，導(dǎo)致整個(gè)曲線起伏不平，流量計(jì)也常常因此而不合格。為解決該問題，從影響氣體渦輪流量計(jì)重要零部件入手，進(jìn)行各種試驗(yàn)。試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，改變導(dǎo)流器尾端混合室的軸向尺寸，曲線的形狀也有明顯而有規(guī)律性的改變，可以同時(shí)達(dá)到提升小流的示值誤差、降低曲線峰值的目的，從而使流量計(jì)在全量程流量范圍內(nèi)的曲線更平緩，達(dá)到***佳，進(jìn)而保證了產(chǎn)品的準(zhǔn)確度。
1、總述：
氣體渦輪流量計(jì)是在流量計(jì)入口處接近平均速度輪廓的條件下設(shè)計(jì)和標(biāo)定的，如果與此有較大的偏差，給定流量下葉輪的速度會(huì)受到實(shí)際的速度輪廓的影響[1]。對(duì)于高精度的流量測(cè)量，應(yīng)當(dāng)使葉輪處氣體的速度輪廓基本均勻，以達(dá)到準(zhǔn)確計(jì)量的目的，安裝于流量計(jì)入口處的導(dǎo)流器的作用即是使氣體流速均勻。圖 1 簡(jiǎn)單描述了氣體渦輪流量計(jì)導(dǎo)流器與葉輪的位置關(guān)系。
圖 1 氣體渦輪流量計(jì)的部分結(jié)構(gòu)
導(dǎo)流器（有時(shí)也稱整流器）對(duì)被測(cè)流體起壓縮、整流、導(dǎo)向作用，使氣體流過渦輪流量計(jì)處于規(guī)則狀態(tài)，消除由紊流和旋渦產(chǎn)生的漩渦對(duì)流量計(jì)的不利影響，改善流動(dòng)狀態(tài)[5]。在導(dǎo)流器的前端，沿圓周方向均勻分布的整流葉片將環(huán)形的氣流通道分隔成多個(gè)等間距的小通道，正是這種結(jié)構(gòu)使葉輪處橫截面內(nèi)的流速非常均勻；整流葉片的尾端與葉輪間的環(huán)狀區(qū)域?yàn)闊o導(dǎo)流葉片間隔的流通的環(huán)狀區(qū)域，我們稱之為混合室（參見圖 1）。本文將要以丹東東發(fā)集團(tuán)有限公司生產(chǎn)DN100/G250 型流量計(jì)為例，通過試驗(yàn)證明混合室的大小與流量計(jì)曲線的關(guān)系。
2、試驗(yàn)：
2.1、試驗(yàn)方法：
如圖 1 所示，用混合室長(zhǎng)度 “A”不同的導(dǎo)流器，依次裝配于同一臺(tái)流量計(jì)上，在相同的環(huán)境條件下依次測(cè)試示值誤差，比對(duì)，分析。
2.2、試驗(yàn)及數(shù)據(jù)分析：
把混合室長(zhǎng)度分別為 25mm 、30mm 、35mm 、40mm 的導(dǎo)流器，按照 2.1 所述方法裝配并測(cè)試，數(shù)據(jù)詳見表 1。
表 1 混合室長(zhǎng)度“A”為不同時(shí)流量計(jì)的示值誤差
| & | ||||||
| （m 3 / h ） 400 | 280 | 160 | 100 | 40 | 20 | |
| A(mm) | ||||||
| 2 5 | 0 .36 | 0 .30 | 0 .32 | 0 . 2 | 2 .28 | – 2 . 0 5 |
| 30 | 0 .20 | 0 .15 | 0 .15 | 0 | 1 .53 | – 1 . 6 3 |
| 35 | – 0 . 1 | – 0 . 1 | – 0 . 0 9 | – 0 . 2 | 0 .62 | – 1 . 2 6 |
| 40 | – 0 . 4 0 | – 0 . 3 7 | – 0 . 3 8 | – 0 . 5 6 | – 0 . 3 9 | – 0 . 7 0 |
將表 1 的數(shù)據(jù)繪制成曲線圖，見圖 2。
圖 2 “Ａ”為不同時(shí)流量計(jì)的誤差曲線圖
2.3、結(jié)論：
根據(jù)表1的數(shù)據(jù)及圖2中的曲線圖可以看出，隨著混合氣室在軸向方向尺寸“A”的加長(zhǎng)，流量計(jì)的誤差曲線總體是向 Y 軸負(fù)方向整體偏移；改變“A”值對(duì)大中流量段的曲線形狀幾乎沒有影響，但是，隨著“A”值的增加，一方面小流量點(diǎn)與大流量段的示值誤差的差值變小，另一方面曲線的波峰也逐漸降低，而且，峰值下降的變化率比小流量點(diǎn)誤差提升的變化率大。標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)氣體渦輪流量計(jì)的誤差要求是大中流量段（0.2Qmax～0.2Qmax）為±1%，小流量段（Qmin～0.2Qmax）為±2%，即曲線全部分布在灰色虛線框內(nèi)即為合格曲線。
對(duì)于上述試驗(yàn)的 DN100 G250 型流量計(jì)，***初設(shè)計(jì)時(shí)導(dǎo)流器混合室的軸向尺寸 A=25，曲線不合格；A=30、A=35、A=40 時(shí)，曲線均合格，A=40 時(shí)曲線***為平直，為***優(yōu)曲線，將其做適當(dāng)（向正方向）的調(diào)整（+0.6），可使曲線在整個(gè)流量范圍內(nèi)與 X 軸非常接近。通過本次試驗(yàn)，解決了原始曲線小流不好、峰值太大的兩方面的問題，尤其是曲線峰值大的問題，并確定了使曲線***優(yōu)的的導(dǎo)流器混合室長(zhǎng)度尺寸，***終選擇A=40。通過批量生產(chǎn)驗(yàn)證，導(dǎo)流器的改進(jìn)使得產(chǎn)品的曲線形狀得到了大幅度地改善。
3、結(jié)束語(yǔ)：
優(yōu)化氣體渦輪流量計(jì)曲線的途徑很多，本文僅對(duì)導(dǎo)流器尾端混合氣室的軸向尺寸大小對(duì)曲線的影響進(jìn)行了試驗(yàn)。
導(dǎo)流器整流葉片的作用是降低旋渦、使葉輪處橫截面積內(nèi)的氣體流速更均勻，整流葉片越長(zhǎng)，整流效果越好；但對(duì)于同一結(jié)構(gòu)的導(dǎo)流器，整流葉片越長(zhǎng)，混合室的長(zhǎng)度就會(huì)越短，流量計(jì)性能曲線小流段中間處的峰值就越大，小流越負(fù)。設(shè)計(jì)時(shí)，要確定導(dǎo)流器葉片的長(zhǎng)度，即要考慮降低旋渦，又要考慮減小精度曲線中小流量段的峰值，因此，***佳的混合室軸向長(zhǎng)度，是上述兩種因素的一個(gè)折中，而且，對(duì)于不同口徑的氣體渦輪流量計(jì)因其系統(tǒng)機(jī)械阻力的不同，混合室占導(dǎo)流器長(zhǎng)度比例也會(huì)不同，需通過試驗(yàn)方可得出結(jié)論。