摘要:在天(tian)然氣輸送(sòng)管道與貿(mào)易計量、城(cheng)市燃氣工(gong)商💃🏻業👉用🎯戶(hu)的📱流量計(ji)量中，常采(cǎi)用氣體渦(wo)輪流量計(ji) 。氣體渦輪(lun)流量計發(fā)展曆史悠(you)久，也積累(lèi)了相當的(de)😄天然氣應(yīng)用數據，被(bei)認爲計量(liàng)精度高、适(shi)用性良好(hao)的天然氣(qì)流量計量(liàng)儀表。由于(yú)使用場所(suǒ)的工作條(tiáo)🐇件各不相(xiang)同，工作壓(yā)力❓根據應(ying)用的需要(yào)一般從幾(ji)千帕到幾(jǐ)兆帕，而在(zài)我國的計(ji)量機構一(yi)般采用負(fù)🏃🏻‍♂️壓裝置檢(jiǎn)定。對于在(zai)不同壓力(li)條件下，氣(qi)體渦輪流(liu)量計的計(jì)量特性的(de)數據還非(fēi)常缺乏。
　　天(tian)然氣作爲(wèi)重要的潔(jié)淨能源，近(jin)幾年在城(cheng)市中的應(yīng)❓用迅猛✉️發(fa)展。城市高(gao)壓天然氣(qi)管網，給城(chéng)市提供天(tiān)然氣關系(xi)到千家萬(wàn)戶，然而天(tian)然氣是一(yī)種非理想(xiǎng)氣體⁉️，實際(jì)輸🏃🏻‍♂️送的壓(ya)力高于常(cháng)壓。在遇到(dào)天然氣輸(shū)送管線❄️洩(xiè)漏或檢修(xiū)時會導緻(zhì)天然氣壓(ya)力大幅波(bō)動;或者由(you)于天然氣(qì)輸送管線(xian)中出現民(min)用高峰📞期(qī)時，也會造(zao)成天然氣(qi)壓力波動(dong)等。
　　現在國(guo)内的 氣體(tǐ)流量計生(shēng)産廠家 一(yi)般采用音(yin)速噴嘴或(huò)鍾罩法來(lai)進行産品(pin)檢定，而㊙️出(chu)于⁉️經濟上(shàng)和技術上(shang)的考慮，它(tā)們中的大(da)多數使用(yòng)的是負壓(yā)法的音速(su)文丘裏噴(pēn)嘴檢定裝(zhuāng)置。而采用(yòng)負壓法的(de)裝置上隻(zhi)🔞能用空氣(qi)作介質對(duì)流量計進(jin)行常壓檢(jiǎn)定，但是流(liu)量計的💜實(shi)際工作環(huán)境要遠比(bi)此複雜。在(zai)低壓力下(xià)标定後在(zài)高壓力下(xià)使用，在🌈低(dī)密度下标(biao)❌定後在高(gao)密度下㊙️使(shǐ)用，流量計(ji)儀表系數(shù)都有改變(bian)的可能，那(nà)麽，壓力的(de)增加、密度(dù)的變化會(huì)對氣體流(liu)量計的💰儀(yí)表系數産(chan)生多大的(de)影響［1］根據(jù)國内外🍓相(xiàng)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(jiè)質密🙇‍♀️度的(de)影響。(2)粘度(dù)變化的影(ying)響。(3)溫度💰變(bian)化的影響(xiang)。(4)壓力變化(huà)的影響等(děng)。
　　氣體渦輪(lun)流量計作(zuò)爲目前國(guó)内少數能(neng)在高壓下(xià)計🙇🏻量🚩的流(liú)🥵量計，對其(qí)在不同氣(qì)體流體壓(yā)力下的計(ji)📐量性能進(jìn)行試驗，主(zhu)要分析渦(wo)輪流量計(ji)在氣體流(liú)體的不同(tong)壓力下，流(liú)量計儀表(biao)🌏系數的變(biàn)化情況，驗(yan)證其計量(liàng)💋性能是否(fǒu)能夠滿足(zu)計量要求(qiú)。
1氣體渦輪(lun)流量計的(de)基本結構(gou)和工作原(yuán)理
　　 渦輪流(liú)量計 由渦(wo)輪流量傳(chuan)感器和流(liú)量顯示儀(yi)表組成。将(jiāng)渦輪流量(liàng)計感🈚知流(liu)體流速的(de)渦輪組件(jiàn)(包括前後(hou)導流體、葉(ye)輪、軸承、殼(ké)體、信号檢(jiǎn)測組件)統(tǒng)稱爲渦輪(lun)流量傳感(gǎn)器。圖1爲渦(wo)🌈輪流量計(jì)的基本結(jie)構圖。

　　根據動量(liang)守恒定律(lü)通過渦輪(lún)受理過程(chéng)進行分析(xī)，可🤟以比🌐較(jiào)直觀地描(miáo)述基本工(gong)作過程，流(liú)體通過時(shi)推動葉輪(lun)，産生主動(dòng)力矩。氣體(ti)渦輪流量(liang)計屬于速(su)⭐度式流量(liàng)計，渦🤞輪流(liu)量🙇‍♀️傳感器(qì)輸出與流(liú)量成正比(bǐ)關系的脈(mo)沖頻率，輸(shū)入到流量(liàng)顯示儀表(biao)或計算機(ji)🌈。在某一流(liú)量範圍和(he)一定粘度(du)範圍内，渦(wō)輪流量計(ji)輸出的信(xin)号脈沖頻(pin)率f與通過(guò)‼️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(yí)表系數，1/L或(huo)1/m3，儀表系數(shù)K應爲一常(cháng)❗數，其數值(zhí)由實驗标(biao)準标定得(dé)到。每台渦(wo)輪流♌量傳(chuan)感器的校(xiao)準(或合格(gé))證上都标(biāo)明經過實(shí)流檢定測(ce)得分段不(bu)同流量範(fàn)圍的儀表(biao)系數K值。
儀(yí)表系數K的(de)意義是單(dān)位體積流(liu)量通過渦(wo)輪流量傳(chuán)感器輸出(chū)的信号脈(mò)沖頻率f(或(huò)信号脈沖(chong)總數N)。所以(yǐ)，當👨‍❤️‍👨測得傳(chuan)感器輸🛀出(chu)的🏃‍♂️信号脈(mo)沖頻率或(huò)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(wō)輪流量計(ji)能夠較準(zhun)确的工作(zuò)，其儀表系(xì)數K必須❗爲(wèi)常數。但實(shí)際上渦輪(lún)流量計的(de)工作特性(xìng)并非如此(cǐ)，即:

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

　　在(zai)理想狀态(tài)下，也就是(shì)假定渦輪(lún)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(liú)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(biǎo)系數與流(liu)量的關系(xì)爲

　　可見，理(lǐ)想特性僅(jin)僅與渦輪(lún)流量計的(de)結構參數(shù)有關，儀表(biǎo)系♉數爲一(yi)個常數，與(yǔ)流體變化(hua)無關。
2試驗(yàn)
　　試驗選用(yong)1台TBQM-G65-DN50和1台TBQM-G100-DN80口(kǒu)徑的氣體(ti)渦輪流量(liàng)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(wō)輪流量計(ji)檢定規程(cheng)》規定，流量(liang)檢定🚶‍♀️點應(yīng)包括qmax、0.7qmax、0.40qmax、0.25qmax、qt、0.1qmax、qmin。所以(yǐ)，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(diǎn)測試3次。
2.1檢(jian)定所用的(de)裝置
　　采用(yòng)DresserInnovativeGasMeteringSolutions裝置進行(hang)負壓檢定(ding)，如圖3所示(shi)，其流量範(fàn)圍爲0.5～1600m3/h，檢測(cè)口徑爲DN25～DN150，不(bú)确定度爲(wèi)0.25%。

　　高壓環道(dào)氣體流量(liang)标準裝置(zhì)，如圖4所示(shi)，該裝置可(ke)在實際工(gōng)作的壓力(li)狀态下檢(jiǎn)測流量計(ji)的性能，其(qí)流量範圍(wéi)爲1～2500m3/h，檢🏃‍♀️測口(kou)徑爲DN20～DN250，工作(zuò)壓力範圍(wéi)爲0.1～2.0MPa，不确定(dìng)🌈度爲0.33%。采用(yòng)該套裝置(zhi)進行壓力(lì)爲0.1MPa、0.8MPa和2.0MPa的檢(jian)定。

2.2檢定所(suo)得儀表系(xì)數
　　不同壓(yā)力下每個(ge)流量計的(de)儀表系數(shù)如表1和表(biǎo)2所⭕示。

流量(liàng)計儀表系(xì)數:

　　式中，K爲(wèi)流量計的(de)儀表系數(shù)，1/m3;(Ki)max爲流量計(ji)在qt到qmax流量(liàng)範圍各流(liu)量檢🌐定點(dian)得到的Ki中(zhong)的最大值(zhí)，1/m3;(Ki)min爲流量計(ji)在qt到qmax流量(liàng)範圍各流(liu)量⛱️檢定點(dian)得到的Ki中(zhōng)的最小值(zhi)，1/m3。
計算所得(dé)的不同壓(ya)力下儀表(biao)系數如表(biǎo)3和表4所示(shì)。


2.3檢定數據(jù)處理與分(fen)析
2.3.1儀表系(xi)數分析
　　根(gen)據表1和表(biǎo)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(xì)🏃🏻數特性，如(ru)圖5和圖6所(suǒ)示。


　　随着工(gong)作壓力的(de)變化，渦輪(lun)流量計儀(yí)表系數的(de)變🔅化很小(xiǎo)。參考JJG1037—2008《渦輪(lún)流量計檢(jian)定規程》計(jì)量檢定規(guī)程中流量(liàng)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(shù)的重複性(xing)爲:

　　式中:(Er)i爲(wei)不同工作(zuò)壓力下流(liu)量計儀表(biao)系數的重(zhong)複✉️性☂️，%;Ki爲不(bú)同🥵工作壓(ya)力下流量(liang)計儀表系(xi)數的平均(jun1)系數，1/m3;Kij爲👣第(di)i種工作壓(ya)力下流量(liàng)計的儀表(biǎo)系數，1/m3;n爲不(bú)同🔴工作壓(ya)⭐力的個🤩數(shu)。
計算得出(chū)TBQM-G65-DN50在不同工(gōng)作壓力下(xia)流量計儀(yí)表系數的(de)重複性:

2.3.2線(xian)性度分析(xī)
　　歐洲标準(zhun)EN12261:2002的有關規(guī)定———第5.2.1.1款［5］，本(ben)款對于儀(yi)表的固有(yǒu)性能提👈出(chu)了嚴格的(de)要求，即如(rú)果儀表特(te)性試驗在(zài)🔱多于一個(gè)壓力下進(jin)行，對🍓于公(gong)稱口徑大(dà)于100mm的流量(liàng)計，在0.25qmax和qmax之(zhi)間的所有(yǒu)結果間的(de)差不得大(dà)于0.5%，對于公(gong)❤️稱口徑小(xiǎo)于等于100mm的(de)流量計，在(zài)0.25qmax和qmax之間的(de)所有結果(guǒ)🏃🏻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(suàn)，對于TBQM-G65-DN50，所有(yǒu)檢定結果(guo)最🌏大差值(zhí)爲0.558%;TBQM-G100-DN80的所有(yǒu)檢定結果(guǒ)最大差值(zhi)爲0.904%，結果✏️均(jun)符合标準(zhǔn)。
2.4小結
(1)根據(ju)式(6)計算出(chū)的在不同(tóng)工作壓力(li)下流量計(ji)儀表系數(shu)的重🏃‍♀️複⚽性(xing)，說明渦輪(lún)流量計儀(yi)表系數受(shou)壓力變化(huà)的敏感性(xìng)較小。TBQM-G65-DN50在4種(zhong)不同壓力(li)下流量計(jì)儀表🛀🏻系數(shu)變化的重(zhòng)複性僅爲(wei)0.502%，而TBQM-G100-DN80的重複(fu)性僅爲0.282%。
(2)随(suí)着工作壓(yā)力的變化(hua)，渦輪流量(liàng)計線性度(du)變化不大(dà)。說明流體(ti)工作壓力(lì)的變化對(duì)渦輪流量(liang)計的線性(xing)度影響很(hěn)小💛。圖5和圖(tú)6是在4種不(bú)同壓力下(xia)2台氣體渦(wō)輪流量計(jì)的儀表系(xi)數随流♋量(liang)變化的曲(qǔ)線。從圖✊中(zhōng)可以很直(zhí)觀地看🐕出(chu)，在流量的(de)上下限之(zhī)間，壓力對(dui)渦輪流量(liang)計儀表系(xi)數的影響(xiǎng)。4種不同壓(ya)力下的曲(qu)線型一緻(zhi)性很好，也(yě)與圖2中♍理(li)論的特性(xing)曲線有較(jiao)好的符合(hé)性，隻是高(gāo)壓相較于(yú)低壓曲線(xiàn)整體向🐕上(shàng)漂移。
(3)經過(guo)計算分析(xi)，流量計符(fú)合歐洲标(biāo)準EN12261的有關(guan)規定———第🚶‍♀️5.2.1.1款(kuǎn)。
(4)此外，根據(ju)所有線性(xìng)度結果計(jì)算得出，壓(yā)力的變化(hua)對儀表系(xì)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(tǎo)論
3.1流量顯(xiǎn)示裝置
　　前(qián)文已經提(ti)到，渦輪流(liu)量計是由(you)渦輪流量(liàng)傳感器和(hé)流量顯✍️示(shi)🐪儀表組成(cheng)。目前公知(zhī)的渦輪流(liú)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(dù)和🏃‍♂️壓力補(bǔ)償的電子(zǐ)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(zhì)等。
　　上述提(ti)到的顯示(shi)裝置除了(le)流量計算(suan)機，其餘都(dōu)是通過機(jī)芯上🚶‍♀️主軸(zhou)的蝸杆與(yǔ)齒輪的配(pèi)合傳遞扭(niu)矩，并通過(guo)齒輪減🔴速(sù)傳動以及(jí)磁耦合聯(lian)接驅動字(zì)輪計數器(qi)轉動而得(dé)到流量累(lèi)積與顯示(shì)，俗稱低頻(pín)取信号方(fāng)式♉。流量計(ji)算機包含(han)兩種取信(xin)号方式，如(rú)前文所述(shù)的低頻，另(lìng)外一種是(shì)直接取葉(ye)輪轉動的(de)信⛹🏻‍♀️号，俗稱(chēng)高頻。
3.2機械(xiè)計數器齒(chǐ)輪調整
　　渦(wo)輪流量計(jì)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(jī)械計數器(qi)内齒輪配(pèi)對，傳動比(bi)盡✍️量接近(jin)标⁉️定出的(de)儀表系數(shù)。也就是💰說(shuō)，我們可以(yǐ)調整齒輪(lun)🥰配對以滿(mǎn)足儀表系(xi)數的變📱化(hua)。
　　從上文得(dé)知，不同壓(yā)力波動是(shì)存在的，若(ruò)流量計工(gōng)作壓力波(bo)動範圍較(jiao)小，建議其(qí)在實際工(gong)作壓力下(xia)進行相應(yīng)測試按其(qí)檢定數據(ju)配齒，使實(shí)際傳動比(bi)的理論儀(yi)表系⭐數盡(jin)可能接近(jìn)在該壓力(lì)點下測試(shì)的儀表系(xi)數，流量計(ji)🧑🏽‍🤝‍🧑🏻的計量将(jiāng)更加準确(què)。
　　但是，機械(xiè)計數器有(you)一缺點，調(diao)配出的儀(yí)表系數是(shi)固🐇定，隻能(néng)對某一流(liú)量點進行(háng)修正，不能(néng)對所有流(liú)量點修正(zhèng)。所以🌈對于(yú)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(shì)裝置、體積(ji)修正儀、流(liú)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(shí)流量、總流(liú)量、溫度和(hé)壓力等。電(diàn)子表頭含(han)有非☂️常多(duo)的功能，可(kě)以根據🐉溫(wen)度壓力對(dui)流體體積(ji)進行修正(zhèng)，可以根據(jù)流量或者(zhě)表壓的不(bú)同進行儀(yí)表系數的(de)調整，使在(zài)用流量計(jì)的流量特(tè)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(diàn)子表頭的(de)渦輪流量(liang)計⭕很好地(dì)解決了帶(dài)機械計數(shù)器流量👄計(ji)存在的問(wen)題，其可以(yi)進行每個(gè)流❗量點的(de)儀表系數(shu)修正。然而(ér)，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(biàn)于普及。
4結(jie)束語
　　氣體(tǐ)渦輪流量(liang)計儀表系(xi)數受壓力(lì)變化的敏(mǐn)感性較小(xiao)，TBQM-G65-DN50的儀☂️表系(xì)數變化的(de)重複性僅(jin)爲0.502%，而TBQM-G100-DN80的重(zhòng)複性僅爲(wèi)0.282%。随着工作(zuo)壓力的變(bian)化，渦輪流(liú)量計線性(xìng)度變化不(bu)大。在4種不(bú)同壓力下(xia)2台氣體渦(wō)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(yú)DN50口徑的氣(qì)體渦輪流(liu)量計來說(shuo)，高壓相較(jiao)于低壓曲(qǔ)線整💁體向(xiàng)上漂移，而(ér)DN80口徑的氣(qì)體渦⭕輪流(liú)量計相對(dui)穩定，波動(dong)更小。流量(liàng)計符⛹🏻‍♀️合歐(ōu)洲标準EN12261的(de)有關💃🏻規定(ding)———第5.2.1.1款。壓力(lì)的變化對(dui)儀表系數(shu)的影響小(xiao)于流量變(biàn)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(néng)有些許波(bo)動🙇‍♀️，但是靠(kao)着機械計(jì)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(tǒng)和全面，需(xū)開展進一(yī)步的研究(jiu)才能明确(que)不同壓力(lì)下對氣體(ti)渦輪😘流量(liang)計的影響(xiang)，特别是檢(jian)定的介質(zhì)如能用天(tiān)然氣👅，那麽(me)試驗結果(guo)将更具說(shuō)服力。

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