摘(zhai)要:我(wo)國天(tian)然氣(qi)資源(yuan)豐富(fu)，智能(neng) 氣體(ti)渦輪(lun)流量(liang)計 一(yi)直是(shi)作爲(wei)天燃(ran)氣貿(mao)易計(ji)量的(de)首選(xuan)。本文(wen)論述(shu)氣體(ti)渦輪(lun)流量(liang)計的(de)機械(xie)結構(gou)上的(de)幾點(dian)優化(hua)設計(ji),優化(hua)了氣(qi)體⛷️渦(wo)輪流(liu)量計(ji)的曲(qu)線，捉(zhuo)高了(le)氣體(ti)渦輪(lun)流量(liang)計的(de)可靠(kao)。
1前言(yan)
　　國際(ji)上,天(tian)然氣(qi)的計(ji)量都(dou)是使(shi)用氣(qi)體渦(wo)輪流(liu)量計(ji) ，其技(ji)術已(yi)相當(dang)成熟(shu)。我國(guo)天然(ran)氣資(zi)源非(fei)常豐(feng)富，爲(wei)減少(shao)煤氣(qi)對城(cheng)市大(da)氣和(he)環境(jing)的污(wu)染和(he)破壞(huai)。我國(guo)長期(qi)💚規劃(hua)要限(xian)制并(bing)減少(shao)人工(gong)煤氣(qi)的使(shi)用，增(zeng)加城(cheng)市管(guan)道用(yong)氣中(zhong)天然(ran)*氣🔱所(suo)占的(de)比重(zhong),我國(guo)目前(qian)已經(jing)完成(cheng)了“陝(shan)氣進(jin)京”、“西(xi)氣東(dong)輸”等(deng)😍工程(cheng)，現如(ru)今天(tian)然氣(qi)在我(wo)國已(yi)經大(da)面積(ji)普及(ji)⭕，大然(ran)氣計(ji)量儀(yi)表将(jiang)大量(liang)🐆使用(yong)，我國(guo)天然(ran)氣資(zi)源大(da)規模(mo)的開(kai)發利(li)用使(shi)氣體(ti)渦輪(lun)流量(liang)♈計獲(huo)得廣(guang)闊的(de)❓發展(zhan)空間(jian)和經(jing)濟效(xiao)益。開(kai)發氣(qi)體渦(wo)輪流(liu)量計(ji)具有(you)重要(yao)的經(jing)濟🧡價(jia)值和(he)社會(hui)價值(zhi)。筆者(zhe)單位(wei)研發(fa)的📐智(zhi)能氣(qi)體渦(wo)輪流(liu)量計(ji)是一(yi)種速(su)度式(shi)流量(liang)計，在(zai)機械(xie)結構(gou)設計(ji)、傳感(gan)器制(zhi)作、潤(run)滑系(xi)統的(de)設🚩計(ji)等方(fang)面進(jin)行了(le)創新(xin)設讓(rang),是集(ji)溫度(du)🌐、壓小(xiao)流量(liang)傳感(gan)器和(he)智能(neng)流量(liang)積算(suan)儀于(yu)一體(ti)的智(zhi)能儀(yi)表。它(ta)具有(you)精度(du)高、技(ji)術成(cheng)熟穩(wen)定📞、重(zhong)複性(xing)好等(deng)優點(dian)，是檢(jian)測氣(qi)體計(ji)量和(he)城市(shi)燃氣(qi)貿易(yi)計量(liang)的理(li)👣想儀(yi)表。
2.工(gong)作原(yuan)理
　　智(zhi)能氣(qi)體渦(wo)輪流(liu)量計(ji)通過(guo)測量(liang)渦輪(lun)的轉(zhuan)速從(cong)而計(ji)算氣(qi)體的(de)流速(su)，将渦(wo)輪轉(zhuan)速換(huan)算成(cheng)與流(liu)量成(cheng)正比(bi)的輸(shu)出電(dian)信号(hao)。智🈲能(neng)氣體(ti)渦輪(lun)流量(liang)計檢(jian)測天(tian)然氣(qi)瞬時(shi)🔞流量(liang)和總(zong)的積(ji)算流(liu)量,終(zhong)端輸(shu)出信(xin)号爲(wei)頻率(lü)，容易(yi)被數(shu)字化(hua)。永久(jiu)磁鐵(tie)、感應(ying)線圈(quan)都固(gu)定在(zai)儀表(biao)殼體(ti)上。當(dang)鐵磁(ci)性渦(wo)輪葉(ye)片旋(xuan)轉時(shi)🐅經過(guo)磁鐵(tie)磁❓場(chang)時，磁(ci)阻産(chan)生變(bian)化，輸(shu)出感(gan)應信(xin)号。信(xin)号在(zai)經過(guo)放大(da)器被(bei)放大(da)及整(zheng)☀️形，傳(chuan)輸給(gei)頻率(lü)計或(huo)計數(shu)器，得(de)到總(zong).的積(ji)算流(liu)量。與(yu)此同(tong)時，将(jiang)脈沖(chong)信号(hao)通過(guo)轉換(huan)器(頻(pin)率一(yi)電♋壓(ya))換算(suan)成瞬(shun)時流(liu)量。總(zong)之,葉(ye)輪的(de)轉♻️數(shu)和氣(qi)體流(liu)量成(cheng)正比(bi)。智能(neng)氣👈體(ti)渦輪(lun)流量(liang)計的(de)輸出(chu)的是(shi)頻率(lü)調制(zhi)式信(xin)号,提(ti)高了(le)檢測(ce)電路(lu)的抗(kang)幹擾(rao)性♌和(he)簡化(hua)了流(liu)量檢(jian)測系(xi)統，其(qi)外形(xing)圖如(ru)圖1所(suo)示。
 
3動(dong)壓氣(qi)體軸(zhou)承
　　氣(qi)體渦(wo)輪流(liu)量計(ji)中用(yong)來支(zhi)撐葉(ye)輪的(de)主軸(zhou)承通(tong)常是(shi)油潤(run)🏒滑🚩的(de)☀️滾動(dong)軸承(cheng)或滑(hua)動軸(zhou)承，有(you)很多(duo)缺點(dian)。使用(yong)一款(kuan)螺⛹🏻‍♀️旋(xuan)槽氣(qi)體軸(zhou)承💘,得(de)到的(de)氣體(ti)渦輪(lun)流量(liang)計性(xing)能好(hao)，耐用(yong)。
　　氣體(ti)潤滑(hua)的優(you)點是(shi)氣體(ti)潤滑(hua)相對(dui)油潤(run)滑其(qi)粘度(du)♍小對(dui)🔆溫✉️度(du)㊙️的适(shi)應性(xing)好、清(qing)潔無(wu)污染(ran)、壽命(ming)長。
(1)粘(zhan)性小(xiao)
　　相對(dui)于油(you)潤滑(hua)來講(jiang)氣體(ti)潤滑(hua)在5~15℃環(huan)境下(xia)粘度(du)約爲(wei)油潤(run)滑的(de)❓千👌分(fen)之一(yi)，氣體(ti)潤滑(hua)的摩(mo)擦力(li)爲油(you)潤滑(hua)的千(qian)分之(zhi)😘一;溫(wen)🔴度在(zai)20C以上(shang)時上(shang)升至(zhi)80℃其年(nian)度隻(zhi)增加(jia)16%，比相(xiang)同條(tiao)件下(xia)油潤(run)滑好(hao)很多(duo);而且(qie)氣體(ti)有均(jun)勻化(hua)作用(yong)，從而(er)用氣(qi)膜潤(run)滑的(de)軸承(cheng)精度(du)比油(you)🈲膜潤(run)滑的(de)軸承(cheng)精度(du)高㊙️1個(ge)數量(liang)級。
(2)适(shi)應性(xing)良好(hao)
　　油潤(run)滑軸(zhou)承在(zai)溫度(du)非常(chang)高或(huo)者非(fei)常低(di)的情(qing)況下(xia)就不(bu)工👄作(zuo)了,而(er)氣體(ti)潤滑(hua)的軸(zhou)承即(ji)使在(zai)高低(di)溫時(shi)，工作(zuo)🔴性能(neng)佳,而(er)且氣(qi)體潤(run)滑不(bu)受原(yuan)子輻(fu)射的(de)影響(xiang);由于(yu)空氣(qi)有獨(du)留,高(gao)溫💃🏻對(dui)其影(ying)響非(fei)常小(xiao)。
(3)環保(bao)清潔(jie)
　　氣體(ti)完成(cheng)潤滑(hua)作用(yong)排放(fang)後，不(bu)會污(wu)染環(huan)境;而(er)且在(zai)❤️排氣(qi)時還(hai)能阻(zu)止灰(hui)塵進(jin)入儀(yi)表,起(qi)到清(qing)潔的(de)作用(yong)，氣體(ti)潤滑(hua)㊙️無振(zhen)動、無(wu)噪音(yin)。
(4)壽命(ming)長
　　氣(qi)體軸(zhou)承在(zai)使用(yong)時，沒(mei)有金(jin)屬結(jie)構直(zhi)接接(jie)觸，所(suo)以壽(shou)🐇命更(geng)長。
　　動(dong)壓氣(qi)體軸(zhou)承設(she)計有(you)螺旋(xuan)槽，在(zai)高速(su)下承(cheng)載能(neng)力💯大(da)時，能(neng)耗低(di)、工作(zuo)穩定(ding)等優(you)點,設(she)計最(zui)大穩(wen)定性(xing)優化(hua)的螺(luo)旋🌈槽(cao)氣壓(ya)軸承(cheng)，儀✍️表(biao)穩定(ding)性非(fei)常好(hao),而其(qi)承載(zai)能力(li)最多(duo)損失(shi)77%,因此(ci)本文(wen)選用(yong)按最(zui)大穩(wen)定性(xing)原則(ze)設計(ji)。
　　根據(ju)窄槽(cao)設計(ji)原理(li),應用(yong)最大(da)穩定(ding)性原(yuan)則:當(dang).氣體(ti)渦📧輪(lun)流量(liang)計轉(zhuan)速在(zai)4500r/min以上(shang)時，其(qi)最大(da)穩定(ding)載荷(he)會5N左(zuo)右，所(suo)以正(zheng)常工(gong)作速(su)度比(bi)🏃‍♂️較大(da)的氣(qi)體渦(wo)輪流(liu)量計(ji)的主(zhu)軸承(cheng)完全(quan)可以(yi)用螺(luo)旋槽(cao)🍉氣壓(ya)潤滑(hua)軸承(cheng)。
4導流(liu)器結(jie)構優(you)化設(she)計
　　導(dao)流器(qi)對被(bei)測流(liu)體起(qi)導向(xiang)、壓縮(suo)、整流(liu)等作(zuo)用，這(zhe)樣當(dang)氣體(ti)通過(guo)渦輪(lun)流量(liang)計時(shi)處于(yu)層流(liu)狀态(tai)下，減(jian)少旋(xuan)渦✔️和(he)紊流(liu)生成(cheng)的漩(xuan)渦對(dui)流量(liang)計的(de)影響(xiang)，提高(gao)儀表(biao)正确(que)率。前(qian)導流(liu)器的(de)前側(ce)，設計(ji)又一(yi)-圈的(de)分布(bu)在圓(yuan)周的(de)整⚽流(liu)葉片(pian)，将氣(qi)體通(tong)道分(fen)隔，變(bian)成幾(ji)個小(xiao)的通(tong)道。如(ru)圖2所(suo)示，這(zhe)時也(ye)輪出(chu)口的(de)流體(ti)流動(dong)穩定(ding)，防✊止(zhi)漩渦(wo);在整(zheng)🙇🏻流♋葉(ye)片的(de)出口(kou)處尾(wei)端和(he)葉輪(lun)中間(jian)環狀(zhuang)區域(yu)是環(huan)狀區(qu)域，稱(cheng)爲混(hun)合室(shi)。
 
　　經(jing)過試(shi)驗設(she)計了(le)導流(liu)器的(de)結構(gou)尺寸(cun)，優化(hua)了氣(qi)體渦(wo)輪流(liu)量計(ji)🈲的特(te)性曲(qu)線。結(jie)論是(shi)長葉(ye)片的(de)重複(fu)性、線(xian)性👣度(du)、壓力(li)損失(shi)都不(bu)好，而(er)且在(zai)流量(liang)增.加(jia)是，短(duan)葉片(pian)在壓(ya)力損(sun)失🔴方(fang)面的(de)優越(yue)性體(ti)現的(de)更加(jia)明顯(xian)。導流(liu)器結(jie)構如(ru)圖3所(suo)示。
 
5多參(can)數傳(chuan)感器(qi)
　　氣體(ti)渦輪(lun)流量(liang)計所(suo)采用(yong)的磁(ci)敏傳(chuan)感器(qi)是基(ji)于矽(xi)橋和(he)鐵磁(ci)體的(de)新型(xing)MEMS磁敏(min)傳感(gan)器，根(gen)據鐵(tie)磁體(ti)在磁(ci)場中(zhong)産生(sheng)的扭(niu)矩和(he)矽橋(qiao)的耦(ou)合作(zuo)來反(fan)映磁(ci)場。這(zhe)種磁(ci)敏傳(chuan)感器(qi)和IC.工(gong)藝的(de)兼容(rong)性非(fei)常好(hao)、适合(he)成批(pi)量生(sheng)産，體(ti)積小(xiao)、成本(ben)低、功(gong)耗低(di)、穩定(ding)性好(hao)🍓。新型(xing)MRE磁敏(min)🈲傳感(gan)器的(de)靈敏(min)度可(ke)以通(tong)過調(diao)節MRE中(zhong)鐵磁(ci)顆粒(li)的大(da)小、種(zhong)類及(ji)彈🔴性(xing)🛀🏻體的(de)種類(lei)來改(gai)進。
　　渦(wo)輪轉(zhuan)子旋(xuan)轉時(shi)可通(tong)過磁(ci)敏傳(chuan)感器(qi)切割(ge)磁力(li)線🍓産(chan)生電(dian)荷信(xin)号,再(zai)經過(guo)整形(xing)放大(da),聲稱(cheng)脈沖(chong)星新(xin)号,通(tong)過計(ji)算機(ji)計算(suan)這🔞些(xie)脈沖(chong)數，可(ke)以換(huan)算出(chu)通過(guo)氣體(ti)渦輪(lun)流量(liang)計的(de)流體(ti)✔️的體(ti)積流(liu)量,同(tong)時結(jie)構設(she)計上(shang)将磁(ci)敏和(he)Pt100封裝(zhuang)在1個(ge)不鏽(xiu)鋼殼(ke)體内(nei)，如圖(tu)4所示(shi)。
 
其技(ji)術性(xing)能指(zhi)标如(ru)下:
(1)流(liu)量範(fan)圍:6~6500m³/h,整(zheng)機精(jing)度:1級(ji);
(2)壓力(li)範圍(wei):1.6、2.5、4.0MPa,特殊(shu)可定(ding)做:
(3)溫(wen)度範(fan)圍:-20-80℃。
(4)重(zhong)複性(xing):優于(yu)±0.1%
6結束(shu)語.
　　通(tong)過對(dui)氣體(ti)渦輪(lun)流量(liang)計測(ce)量芯(xin)、動壓(ya)氣體(ti)軸承(cheng)、導流(liu)器🌈結(jie)構、多(duo)參數(shu)傳感(gan)器的(de)優化(hua)設計(ji),優化(hua)了氣(qi)體渦(wo)輪🧡輪(lun)流♈流(liu)量💋計(ji)的🚶特(te)性曲(qu)線，提(ti)高儀(yi)表的(de)穩定(ding)性和(he)正确(que)率，延(yan)長儀(yi)表的(de)壽命(ming)。

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