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实验证明气体涡轮流量计导流器与叶轮的位置

  随着天然气在国内的普及和利用,气体涡轮流量计凭借其准确度高、量程比宽的优势,越来越成为燃气用户计量大流量天然气的首选,但是用户对其精度 的要求越来越高,用户需要的流量计是在大量程比前提下的高准确度,他们希望选用的流量计的曲线在全量程范围内与零线尽可能接近,这就要求曲线尽可能平直。 国内生产的流量计的读数大多数为电子式流量计,其性能曲线经过了非线性修正补偿可以达到比较平直的状态,而国外同类产品的读数方式多数为纯机械字轮式显 示,其性能曲线不经过任何修正补偿就可达到比较平直的状态,长期以来因其具有稳定性好、数据不易丢失等优点,尽管价格高,但一直得到国内用户的广泛认可。
公司开发的DN100型气体涡轮流量计为纯机械字轮式流量计,在试制初期,曲线形状总是不理想,大中流量段 (0.2Qmax~0.2Qmax)的曲线的线性比较好,曲线平稳;但是小流量段(Qmin~0.2Qmax)的曲线却较差,一方面最小流量点的示值误差 与大流量段相比太负;另一方面在小流段的中间流量处总有一个正的峰值,这样,一正一负,导致整个曲线起伏不平,流量计也常常因此而不合格。为解决该问题, 从影响气体涡轮流量计重要零部件入手,进行各种试验。试验中发现,改变导流器尾端混合室的轴向尺寸,曲线的形状也有明显而有规律性的改变,可以同时达到提 升小流的示值误差、降低曲线峰值的目的,从而使流量计在全量程流量范围内的曲线更平缓,达到最佳,进而保证了产品的准确度。
  气体涡轮流量计是在流量计入口处接近平均速度轮廓的条件下设计和标定的,如果与此有较大的偏差,给定流量下叶轮的速度会受到实际的速度轮廓的影 响。对于高精度的流量测量,应当使叶轮处气体的速度轮廓基本均匀,以达到准确计量的目的,安装于流量计入口处的导流器的作用即是使气体流速均匀。
  图1简单描述了气体涡轮流量计导流器与叶轮的位置关系。
  导流器(有时也称整流器)对被测流体起压缩、整流、导向作用,使气体流过涡轮流量计处于规则状态,消除由紊流和旋涡产生的漩涡对流量计的不利影 响,改善流动状态。在导流器的前端,沿圆周方向均匀分布的整流叶片将环形的气流通道分隔成多个等间距的小通道,正是这种结构使叶轮处横截面内的流速非常均 匀;整流叶片的尾端与叶轮间的环状区域为无导流叶片间隔的流通的环状区域,我们称之为混合室(参见图1)。本文将要以DN100/G250 型流量计为例,通过试验证明混合室的大小与流量计曲线的关系。
  2 试验
  2.1 试验方法
  如图1所示,用混合室长度“A”不同的导流器,依次装配于同一台流量计上,在相同的环境条件下依次测试示值误差,比对,分析。
  2.2 试验及数据分析
  把混合室长度分别为 25mm、30mm、35mm、40mm 的导流器,按照 2.1 所述方法装配并测试,数据详见表1。
  2.3 结论
  根据表1的数据及图2中的曲线图可以看出,随着混合气室在轴向方向尺寸“A”的加长,流量计的误差曲线总体是向Y轴负方向整体偏移;改变“A” 值对大中流量段的曲线形状几乎没有影响,但是,随着“A”值的增加,一方面小流量点与大流量段的示值误差的差值变小,另一方面曲线的波峰也逐渐降低,而 且,峰值下降的变化率比小流量点误差提升的变化率大。国家标准中对气体涡轮流量计的误差要求是大中流量段(0.2Qmax~0.2Qmax)为±1%,小 流量段(Qmin~0.2Qmax)为±2%,即曲线全部分布在灰色虚线框内即为合格曲线。对于上述试验的DN100 G250型流量计,最初设计时导流器混合室的轴向尺寸A=25,曲线不合格;A=30、A=35、A=40 时,曲线均合格,A=40 时曲线最为平直,为最优曲线,将其做适当(向正方向)的调整(+0.6),可使曲线在整个流量范围内与X 轴非常接近。通过本次试验,解决了原始曲线小流不好、峰值太大的两方面的问题,尤其是曲线峰值大的问题,并确定了使曲线最优的的导流器混合室长度尺寸,最 终选择A=40。通过批量生产验证,导流器的改进使得产品的曲线形状得到了大幅度地改善。
  优化气体涡轮流量计曲线的途径很多,本文仅对导流器尾端混合气室的轴向尺寸大小对曲线的影响进行了试验。
  导流器整流叶片的作用是降低旋涡、使叶轮处横截面积内的气体流速更均匀,整流叶片越长,整流效果越好;但对于同一结构的导流器,整流叶片越长, 混合室的长度就会越短,流量计性能曲线小流段中间处的峰值就越大,小流越负。设计时,要确定导流器叶片的长度,即要考虑降低旋涡,又要考虑减小精度曲线中 小流量段的峰值,因此,最佳的混合室轴向长度,是上述两种因素的一个折中,而且,对于不同口径的气体涡轮流量计因其系统机械阻力的不同,混合室占导流器长 度比例也会不同,需通过试验方可得出结论。

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