摘要:在天(tian)然氣輸送(song)管道與貿(mao)易計量、城(cheng)市燃氣工(gong)商業🌂用戶(hu)的流量計(ji)量中，常采(cai)用氣體渦(wo)輪流量計(ji) 。氣體渦輪(lun)流量計發(fa)展曆史悠(you)久，也積累(lei)了相當的(de)天然氣應(ying)用⛷️數據，被(bei)認爲計量(liang)精度高、适(shi)用性良好(hao)的天然氣(qi)流量計量(liang)儀表💋。由于(yu)使用場所(suo)的工作條(tiao)件各不相(xiang)同，工👨‍❤️‍👨作壓(ya)力根據應(ying)用的需要(yao)一般從幾(ji)千帕到幾(ji)🏃兆帕，而在(zai)我國的計(ji)量機構一(yi)般采用負(fu)壓裝置檢(jian)定。對于在(zai)不同壓力(li)條件下，氣(qi)體渦輪流(liu)量計的計(ji)量☔特性的(de)數據還非(fei)🌏常缺乏。
　　天(tian)然氣作爲(wei)重要的潔(jie)淨能源，近(jin)幾年在城(cheng)市中的應(ying)用迅猛發(fa)展。城市高(gao)壓天然氣(qi)管網，給城(cheng)市提供天(tian)然氣關🍓系(xi)到千家☀️萬(wan)戶，然而天(tian)然氣是一(yi)種非理想(xiang)氣體，實際(ji)輸🧡送的壓(ya)力高于⁉️常(chang)壓。在遇到(dao)天然氣輸(shu)送管線洩(xie)漏或檢修(xiu)時會導緻(zhi)天然氣壓(ya)力大幅♌波(bo)動;或者由(you)于天然氣(qi)輸送管線(xian)中出✏️現民(min)用高峰期(qi)時，也會造(zao)成🐉天然氣(qi)壓力波動(dong)等。
　　現在國(guo)内的 氣體(ti)流量計生(sheng)産廠家 一(yi)般采用音(yin)速噴嘴或(huo)鍾罩法來(lai)進行産品(pin)檢定，而出(chu)于經濟😄上(shang)和技術上(shang)的考慮，它(ta)們中的大(da)多數使用(yong)的是負壓(ya)法❗的音💛速(su)文丘裏噴(pen)嘴檢定裝(zhuang)置。而采🚶‍♀️用(yong)負壓法的(de)裝置上隻(zhi)能用空氣(qi)作介質對(dui)流量計進(jin)行常壓👅檢(jian)定，但是💛流(liu)量計的實(shi)際工作🐕環(huan)境要遠‼️比(bi)此複雜。在(zai)低壓力下(xia)标定後在(zai)高壓力下(xia)使用，在低(di)密度下标(biao)定後在高(gao)密度下🔞使(shi)用，流量計(ji)儀表系數(shu)都有改變(bian)的可能，那(na)麽，壓力的(de)增加、密度(du)的變化會(hui)對氣體流(liu)量計的儀(yi)表系數産(chan)生多大的(de)影響［1］根據(ju)國内外🙇‍♀️相(xiang)關文獻研(yan)究得出，影(ying)響儀表系(xi)數變化的(de)因素有:(1)介(jie)質密度的(de)影響。(2)粘度(du)變化的影(ying)響。(3)溫度變(bian)化的影響(xiang)。(4)壓力變化(hua)的💋影響等(deng)。
　　氣體渦輪(lun)流量計作(zuo)爲目前國(guo)内少數能(neng)在高壓下(xia)🚩計量的流(liu)量計，對其(qi)在不同氣(qi)體流體壓(ya)力下的計(ji)量性能進(jin)行試驗，主(zhu)要分析渦(wo)輪流量計(ji)在氣體流(liu)☎️體的不同(tong)壓力下，流(liu)量計儀表(biao)系數的變(bian)化情況，驗(yan)🌈證其計量(liang)🥵性能是否(fou)能夠滿足(zu)計量要求(qiu)。
1氣體渦輪(lun)流量計的(de)基本結構(gou)和工作原(yuan)理
　　 渦輪流(liu)量計 由渦(wo)輪流量傳(chuan)感器和流(liu)量顯示儀(yi)表組成。将(jiang)渦輪流❤️量(liang)計感知流(liu)體流速的(de)渦輪組件(jian)(包括前後(hou)導流體、葉(ye)🔞輪、軸承、殼(ke)體、信号檢(jian)測組件)統(tong)稱爲渦輪(lun)流量💔傳感(gan)器。圖1爲渦(wo)輪流量🐪計(ji)的基本結(jie)構圖。

　　根據動量(liang)守恒定律(lü)通過渦輪(lun)受理過程(cheng)進行分析(xi)，可以比較(jiao)直觀地描(miao)述基本工(gong)作過程，流(liu)體通過時(shi)推動葉輪(lun)，産生主動(dong)力矩。氣體(ti)渦輪流量(liang)計屬于速(su)❌度式流量(liang)計，渦輪流(liu)量傳感器(qi)輸出與流(liu)量成正比(bi)關系的脈(mo)沖頻率，輸(shu)入到流量(liang)🌏顯示儀表(biao)或計算機(ji)。在某一流(liu)量範圍和(he)一定粘度(du)範圍内🤞，渦(wo)輪流量計(ji)輸出的信(xin)号脈沖頻(pin)率f與通過(guo)渦輪流量(liang)計的體積(ji)流量qV成正(zheng)比［4］，即:
f=KqV　　　　　　　　　(1)
　　式中(zhong)，K爲渦輪流(liu)量計的儀(yi)表系數，1/L或(huo)1/m3，儀表系數(shu)K應爲一常(chang)數，其數值(zhi)由實驗标(biao)準标定得(de)到。每台渦(wo)輪流量傳(chuan)感器的校(xiao)準(或合格(ge))證上都标(biao)明經過實(shi)流檢定測(ce)得分段不(bu)⛹🏻‍♀️同流量範(fan)圍的儀表(biao)系♉數K值。
儀(yi)表系數K的(de)意義是單(dan)位體積流(liu)量通過渦(wo)輪流量傳(chuan)感器輸出(chu)的信号脈(mo)沖頻率f(或(huo)信号脈沖(chong)總數N)。所以(yi)，當🏃‍♂️測得傳(chuan)感👣器輸🧑🏾‍🤝‍🧑🏼出(chu)的信号脈(mo)沖頻率或(huo)某一時👉間(jian)内的🔞脈沖(chong)總數N後，分(fen)⛱️别除以儀(yi)表系數K，就(jiu)可得到體(ti)積流量qV或(huo)流量總量(liang)Q，即:

　　要使渦(wo)輪流量計(ji)能夠較準(zhun)确的工作(zuo)，其儀表系(xi)數K必須爲(wei)💚常數✌️。但實(shi)際上渦輪(lun)流量計的(de)工作特性(xing)并非如此(ci)，即:

　　式中，r爲(wei)葉輪的平(ping)均半徑;ρ爲(wei)流體的密(mi)度;A爲流通(tong)截面積;θ爲(wei)渦輪葉片(pian)與軸線的(de)夾角;Trm爲機(ji)械摩擦阻(zu)力矩;Trf爲流(liu)體阻力矩(ju)。
以DN50爲例，其(qi)流量特性(xing)曲線如圖(tu)2所示。

　　在(zai)理想狀态(tai)下，也就是(shi)假定渦輪(lun)處于勻速(su)運動的平(ping)衡狀态，機(ji)械摩擦阻(zu)力矩Trm和流(liu)體阻力矩(ju)Trf都足夠小(xiao)至✊可以忽(hu)略不計的(de)狀态，儀表(biao)系數與流(liu)量的關💁系(xi)爲

　　可見，理(li)想特性僅(jin)僅與渦輪(lun)流量計的(de)結構參數(shu)有🏃‍♀️關😍，儀🛀🏻表(biao)♋系數爲一(yi)個常數，與(yu)流體變化(hua)無關。
2試驗(yan)
　　試驗選用(yong)1台TBQM-G65-DN50和1台TBQM-G100-DN80口(kou)徑的氣體(ti)渦輪流量(liang)計作爲對(dui)象，流量範(fan)圍分别爲(wei)6.5～100m3/h和8～160m3/h。依照JJG1037—2008《渦(wo)輪流量計(ji)檢定規程(cheng)❄️》規定，流量(liang)🐆檢定點應(ying)包括qmax、0.7qmax、0.40qmax、0.25qmax、qt、0.1qmax、qmin。所以(yi)，相應的TBQM-G65-DN50的(de)流量檢定(ding)點爲:100、70、40、25、20、10、6.5m3/h;TBQM-G100-DN80的流(liu)量檢✏️定點(dian)爲:160、112、64、40、32、16、8m3/h，其中每(mei)個流量㊙️點(dian)測試3次。
2.1檢(jian)定所用的(de)裝置
　　采用(yong)DresserInnovativeGasMeteringSolutions裝置進行(hang)負壓檢定(ding)，如圖3所示(shi)，其流量範(fan)圍爲0.5～1600m3/h，檢測(ce)口徑爲DN25～DN150，不(bu)确定度爲(wei)0.25%。

　　高壓環道(dao)氣體流量(liang)标準裝置(zhi)，如圖4所示(shi)，該裝置可(ke)在實際工(gong)作的壓力(li)狀态下檢(jian)測流量計(ji)的性能，其(qi)流量範圍(wei)爲1～2500m3/h，檢測口(kou)徑爲DN20～DN250，工作(zuo)壓力範圍(wei)爲0.1～2.0MPa，不确定(ding)度爲0.33%。采用(yong)該套✏️裝置(zhi)進行壓力(li)爲0.1MPa、0.8MPa和2.0MPa的檢(jian)定。

2.2檢定所(suo)得儀表系(xi)數
　　不同壓(ya)力下每個(ge)流量計的(de)儀表系數(shu)如表1和表(biao)2所示。

流量(liang)計儀表系(xi)數:

　　式中，K爲(wei)流量計的(de)儀表系數(shu)，1/m3;(Ki)max爲流量計(ji)在qt到qmax流量(liang)範圍㊙️各流(liu)量檢定點(dian)得到的Ki中(zhong)的最大值(zhi)，1/m3;(Ki)min爲流量計(ji)在qt到qmax流量(liang)範圍各🐅流(liu)量檢定點(dian)得到的Ki中(zhong)的最小值(zhi)，1/m3。
計算所得(de)的不同壓(ya)力下儀表(biao)系數如表(biao)3和表4所示(shi)。


2.3檢定數據(ju)處理與分(fen)析
2.3.1儀表系(xi)數分析
　　根(gen)據表1和表(biao)2繪制得到(dao)不同壓力(li)下氣體渦(wo)輪流量計(ji)的儀表系(xi)數特性，如(ru)圖5和圖6所(suo)示。


　　随着工(gong)作壓力的(de)變化，渦輪(lun)流量計儀(yi)表系數的(de)變化很小(xiao)。參考JJG1037—2008《渦輪(lun)流量計檢(jian)定規程》計(ji)量檢定規(gui)程中流量(liang)計的重複(fu)性的計算(suan)方法，可以(yi)定義不同(tong)壓力下渦(wo)輪流量計(ji)儀表系數(shu)的重複性(xing)🔞爲:

　　式中:(Er)i爲(wei)不同工作(zuo)壓力下流(liu)量計儀表(biao)系數的重(zhong)複性，%;Ki爲不(bu)💃🏻同工作壓(ya)力下流量(liang)計儀表系(xi)數的平均(jun)系數，1/m3;Kij爲第(di)i種工作壓(ya)力下流🏃量(liang)計的儀表(biao)系數，1/m3;n爲不(bu)同工作壓(ya)力的個數(shu)。
計算得出(chu)TBQM-G65-DN50在不同工(gong)作壓力下(xia)流量計儀(yi)表系數的(de)重複性:

2.3.2線(xian)性度分析(xi)
　　歐洲标準(zhun)EN12261:2002的有關規(gui)定———第5.2.1.1款［5］，本(ben)款對于儀(yi)表的固有(you)性🌐能㊙️提✉️出(chu)了嚴格的(de)要求，即如(ru)果儀表特(te)性試驗在(zai)多于一個(ge)壓力下進(jin)行，對于公(gong)稱口徑大(da)于100mm的流量(liang)計，在0.25qmax和qmax之(zhi)間的所有(you)結果間的(de)差不得大(da)于0.5%，對于公(gong)稱口徑小(xiao)于等于100mm的(de)流量計，在(zai)0.25qmax和qmax之間的(de)所有結果(guo)間的差不(bu)得大于1.0%。
　　根(gen)據表1和表(biao)2中的數據(ju)進行計算(suan)，對于TBQM-G65-DN50，所有(you)檢定結🏃🏻果(guo)最🔴大差值(zhi)爲0.558%;TBQM-G100-DN80的所有(you)檢定結果(guo)最大差值(zhi)爲0.904%，結果均(jun)符合标準(zhun)。
2.4小結
(1)根據(ju)式(6)計算出(chu)的在不同(tong)工作壓力(li)下流量計(ji)儀表💞系數(shu)的重複性(xing)，說明渦輪(lun)流量計儀(yi)表系數受(shou)壓力變化(hua)的敏感性(xing)較小。TBQM-G65-DN50在4種(zhong)不同壓力(li)下流量計(ji)儀表系數(shu)變化的重(zhong)複性僅爲(wei)0.502%，而TBQM-G100-DN80的重複(fu)性僅爲0.282%。
(2)随(sui)着工作壓(ya)力的變化(hua)，渦輪流量(liang)計線性度(du)變化不大(da)。說明♊流體(ti)工作壓力(li)的變化對(dui)渦輪流量(liang)計的線性(xing)度影響很(hen)小。圖5和圖(tu)6是在4種不(bu)同壓力下(xia)2台氣體渦(wo)輪流量計(ji)的儀表系(xi)數随流量(liang)變化的曲(qu)線。從圖中(zhong)可以很🔅直(zhi)觀地看出(chu)，在流量的(de)上下限☔之(zhi)間，壓力對(dui)渦輪流量(liang)計儀表系(xi)數的影響(xiang)。4種不同壓(ya)力下的❓曲(qu)線型一緻(zhi)性🈲很好，也(ye)與圖2中理(li)論的特性(xing)曲線有較(jiao)好的符☔合(he)性，隻👨‍❤️‍👨是高(gao)壓相較于(yu)低壓曲線(xian)整體向上(shang)漂移。
(3)經過(guo)計算分析(xi)，流量計符(fu)合歐洲标(biao)準EN12261的有關(guan)規定———第5.2.1.1款(kuan)。
(4)此外，根據(ju)所有線性(xing)度結果計(ji)算得出，壓(ya)力的變化(hua)對儀表系(xi)數的影響(xiang)小于流量(liang)變化的影(ying)響。
3儀表系(xi)數研究讨(tao)論
3.1流量顯(xian)示裝置
　　前(qian)文已經提(ti)到，渦輪流(liu)量計是由(you)渦輪流量(liang)傳感器和(he)流🈲量顯👅示(shi)🏃儀表組成(cheng)。目前公知(zhi)的渦輪流(liu)量計大概(gai)采🍉用以下(xia)幾種流量(liang)顯示儀表(biao):帶字輪的(de)機械計算(suan)器、帶溫度(du)和壓力補(bu)償的電子(zi)顯示裝置(zhi)、流量計算(suan)機和帶無(wu)線遠傳功(gong)能的電子(zi)顯示裝置(zhi)等。
　　上述提(ti)到的顯示(shi)裝置除了(le)流量計算(suan)機，其餘都(dou)是通過機(ji)芯✂️上🔞主軸(zhou)的蝸杆與(yu)齒輪的配(pei)合傳遞扭(niu)矩，并通過(guo)齒☎️輪減速(su)傳動以及(ji)磁耦合聯(lian)接驅動字(zi)輪計數器(qi)轉動而得(de)到流🤩量累(lei)積與顯示(shi)，俗稱低頻(pin)取信号方(fang)式。流量計(ji)算機包含(han)兩種取信(xin)号方式，如(ru)前文所述(shu)的低✊頻，另(ling)外一種🥵是(shi)直接取葉(ye)輪轉動的(de)信号，俗稱(cheng)高頻。
3.2機械(xie)計數器齒(chi)輪調整
　　渦(wo)輪流量計(ji)出廠前用(yong)取高頻信(xin)号方法進(jin)行标定，然(ran)後根據得(de)出儀表系(xi)數進行機(ji)械計數器(qi)内齒輪配(pei)對，傳動✌️比(bi)盡量接近(jin)标定出的(de)儀表系數(shu)。也就是說(shuo)，我們可以(yi)調整齒輪(lun)配對以滿(man)足儀表系(xi)數的變🍉化(hua)。
　　從上文得(de)知，不同壓(ya)力波動是(shi)存在的，若(ruo)流量計工(gong)作壓力波(bo)🈲動範圍較(jiao)小，建議其(qi)在實際工(gong)作壓力下(xia)進行✉️相應(ying)測試按其(qi)檢定數據(ju)配齒，使實(shi)際傳動比(bi)👨‍❤️‍👨的理論🥵儀(yi)表系🧑🏽‍🤝‍🧑🏻數盡(jin)可能接近(jin)在該壓✂️力(li)點下測試(shi)的儀表系(xi)數，流量計(ji)的計量将(jiang)更加準确(que)。
　　但是，機械(xie)計數器有(you)一缺點，調(diao)配出的儀(yi)表系數是(shi)固定，隻能(neng)🔱對某一流(liu)量點進行(hang)修正，不能(neng)對所有流(liu)量點修正(zheng)。所以💛對于(yu)某些✊流量(liang)點來說，誤(wu)差可能還(hai)是存在的(de)。
3.3電子表頭(tou)修正
　　二次(ci)電子顯示(shi)裝置、體積(ji)修正儀、流(liu)量計算機(ji)等俗稱⚽電(dian)子表頭，其(qi)液晶屏幕(mu)上可顯示(shi)多種信息(xi)，比如♻️瞬時(shi)流量、總流(liu)量、溫度和(he)壓力等。電(dian)子表頭含(han)有非常多(duo)的功能，可(ke)以根據☁️溫(wen)度壓力對(dui)流體體積(ji)進行修正(zheng)，可以🔴根據(ju)流量或者(zhe)表壓的不(bu)同進🌈行儀(yi)表系數的(de)調整，使在(zai)用流量計(ji)的流量特(te)性曲線接(jie)近一條直(zhi)線，這就大(da)📧大提高了(le)流量計的(de)精度。帶電(dian)子表頭的(de)渦輪流量(liang)計㊙️很好地(di)解決了帶(dai)機械計數(shu)器流✍️量計(ji)存在的問(wen)題，其可以(yi)進行每個(ge)流量點的(de)儀表系數(shu)修正。然而(er)，它也同樣(yang)有缺點，比(bi)如說安全(quan)防爆問題(ti)，還有電子(zi)表頭價格(ge)昂貴，不便(bian)于普及。
4結(jie)束語
　　氣體(ti)渦輪流量(liang)計儀表系(xi)數受壓力(li)變化的敏(min)感性🌈較小(xiao)⚽，TBQM-G65-DN50的儀表系(xi)數變化的(de)重複性僅(jin)爲0.502%，而TBQM-G100-DN80的重(zhong)複性僅爲(wei)0.282%。随着工作(zuo)壓力的變(bian)化，渦輪流(liu)量計線性(xing)度變化不(bu)大🥵。在4種不(bu)同壓力下(xia)2台氣✉️體渦(wo)輪流量計(ji)的儀表系(xi)數曲線型(xing)一緻性很(hen)好，與理論(lun)的特性曲(qu)線有㊙️很好(hao)的符合🌂性(xing)，隻是對于(yu)DN50口徑的氣(qi)體渦輪流(liu)量計來說(shuo)，高壓相較(jiao)于低壓曲(qu)線整☎️體向(xiang)上漂移，而(er)DN80口徑的氣(qi)體渦輪流(liu)量💁計相對(dui)穩定，波動(dong)㊙️更小。流量(liang)計符合歐(ou)洲标準EN12261的(de)有關規定(ding)———第5.2.1.1款。壓力(li)的變💋化對(dui)儀表系數(shu)的影響小(xiao)于流量變(bian)化的🌈影響(xiang)。
雖然在不(bu)同壓力下(xia)，氣體渦輪(lun)流量計的(de)儀表性能(neng)🍓有些許波(bo)動，但是靠(kao)着機械計(ji)數器和電(dian)子表頭的(de)調整或修(xiu)正，其儀表(biao)性能将能(neng)加穩定且(qie)準确。
　　鑒于(yu)目前的試(shi)驗研究還(hai)不夠系統(tong)和全面，需(xu)開展💋進一(yi)㊙️步的研⚽究(jiu)才能明确(que)不同壓力(li)下對氣體(ti)渦輪流量(liang)💃🏻計的影響(xiang)，特别是檢(jian)🙇‍♀️定的介質(zhi)如能用天(tian)然氣，那麽(me)試♈驗結果(guo)🧡将更具說(shuo)服力。

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