摘要:我(wo)國天然氣(qi)資源豐富(fu)，智能
氣體(ti)渦輪流量(liang)計
一直是(shi)作爲天燃(ran)氣貿易計(ji)量的首選(xuan)。本文論述(shu)氣體❓渦輪(lun)流量計的(de)機械結構(gou)上的幾點(dian)優化設計(ji),優⁉️化了🐇氣(qi)體⛱️渦輪🔞流(liu)量計的曲(qu)線，捉高了(le)氣體渦輪(lun)流量計的(de)可靠。
1前言(yan)
國際上,天(tian)然氣的計(ji)量都是使(shi)用氣體渦(wo)輪流量計(ji)
，其技術已(yi)相當成熟(shu)。我國天然(ran)氣資源非(fei)常豐富，爲(wei)減🤞少煤氣(qi)對城市大(da)氣和環境(jing)的污染和(he)破壞。我國(guo)長期規劃(hua)要限制并(bing)🌈減少🌂人工(gong)煤氣的使(shi)用，增加城(cheng)💜市管道用(yong)氣中天然(ran)*氣所占的(de)❌比重,我國(guo)目前已經(jing)完成了“陝(shan)氣進京”、“西(xi)氣東輸”等(deng)工程，現如(ru)今天然氣(qi)✊在我國已(yi)經大面積(ji)普及，大然(ran)氣計量儀(yi)表将大量(liang)使用，我國(guo)天然🌈氣資(zi)源大規模(mo)的開發利(li)用使♈氣體(ti)♉渦輪流量(liang)計獲得廣(guang)闊的發展(zhan)空間和經(jing)濟效益。開(kai)發氣體渦(wo)輪流量計(ji)具有重要(yao)的經濟價(jia)值和社會(hui)價值。筆者(zhe)單位研發(fa)的☎️智能氣(qi)體渦輪流(liu)量計是一(yi)❗種速度式(shi)流量計✔️，在(zai)機械結構(gou)設計、傳感(gan)器制作、潤(run)滑系統的(de)設計等方(fang)面進行了(le)創新設讓(rang),是集溫度(du)、壓小流量(liang)傳感器和(he)智能流量(liang)積算儀于(yu)一體的智(zhi)能儀表。它(ta)具有精度(du)高、技術成(cheng)熟🈲穩定、重(zhong)複性好等(deng)優點，是檢(jian)測氣體計(ji)量和城市(shi)燃氣貿易(yi)計量的理(li)想儀表。
2.工(gong)作原理
智(zhi)能氣體渦(wo)輪流量計(ji)通過測量(liang)渦輪的轉(zhuan)速從而計(ji)算氣✏️體的(de)流速，将渦(wo)輪轉速換(huan)算成與流(liu)量成正🍓比(bi)的輸出電(dian)信号。智🐪能(neng)氣體渦輪(lun)流量計檢(jian)測天然氣(qi)瞬時📐流量(liang)和總的積(ji)算流量,終(zhong)端輸出信(xin)号爲頻率(lü)，容易被數(shu)字化。永久(jiu)磁鐵、感應(ying)線圈都🔞固(gu)定在儀表(biao)殼體上。當(dang)鐵磁性渦(wo)輪葉片旋(xuan)轉時經過(guo)磁鐵磁♋場(chang)時，磁阻産(chan)生變化，輸(shu)出感應信(xin)号。信号在(zai)經過放大(da)器被放大(da)及整形，傳(chuan)輸給頻率(lü)計😘或計數(shu)器，得到🧑🏾🤝🧑🏼總(zong).的積算流(liu)量。與此✍️同(tong)時，将脈沖(chong)信号通❄️過(guo)轉換器(頻(pin)率一電壓(ya))換算成瞬(shun)時流量。總(zong)之,葉輪的(de)轉❤️數和氣(qi)體流量成(cheng)正比。智能(neng)氣㊙️體渦輪(lun)流量計🐪的(de)輸出的💯是(shi)頻率調制(zhi)式信号,提(ti)高⛷️了檢測(ce)電路的抗(kang)幹擾性和(he)簡化了流(liu)量檢測系(xi)統，其外形(xing)圖如圖1所(suo)示。
3動壓氣(qi)體軸承
氣(qi)體渦輪流(liu)量計中用(yong)來支撐葉(ye)輪的主軸(zhou)承通常是(shi)油潤滑的(de)滾動軸承(cheng)或滑動軸(zhou)承，有很多(duo)缺點。使用(yong)一💞款螺旋(xuan)槽氣體軸(zhou)承,得到的(de)氣體渦輪(lun)流量計🈲性(xing)能好，耐用(yong)。
氣體潤滑(hua)的優點是(shi)氣體潤滑(hua)相對油潤(run)滑其粘度(du)🈚小👨❤️👨對溫度(du)的适應性(xing)好、清潔無(wu)污染、壽命(ming)長。
(1)粘性小(xiao)
相對于油(you)潤滑來講(jiang)氣體潤滑(hua)在5~15℃環境下(xia)粘度約爲(wei)油💯潤滑的(de)千分之一(yi)，氣體潤滑(hua)的摩擦力(li)爲油潤滑(hua)的千分之(zhi)一;溫度在(zai)20C以上🛀時上(shang)升至80℃其年(nian)度隻增加(jia)16%，比相同條(tiao)件下油潤(run)滑🆚好很多(duo);而且氣體(ti)有均勻化(hua)作用，從而(er)♻️用氣膜潤(run)滑的軸承(cheng)精度比油(you)膜潤滑的(de)軸承精度(du)高1個數量(liang)級。
(2)适應性(xing)良好
油潤(run)滑軸承在(zai)溫度非常(chang)高或者非(fei)常低的情(qing)況下就不(bu)工作了,而(er)氣體潤滑(hua)的軸承即(ji)使在高低(di)溫時，工作(zuo)性能⭐佳,而(er)且氣👨❤️👨體潤(run)滑不受原(yuan)子輻射的(de)影響;由于(yu)空氣有獨(du)留,高溫對(dui)其影響非(fei)常小。
(3)環保(bao)清潔
氣體(ti)完成潤滑(hua)作用排放(fang)後，不會污(wu)染環境;而(er)且在排氣(qi)時還能阻(zu)止灰塵進(jin)入儀表,起(qi)到清潔的(de)作用🔅，氣體(ti)☂️潤滑無振(zhen)動、無噪音(yin)。
(4)壽命長
氣(qi)體軸承在(zai)使用時，沒(mei)有金屬結(jie)構直接接(jie)觸，所以壽(shou)👄命更🏃♀️長㊙️。
動(dong)壓氣體軸(zhou)承設計有(you)螺旋槽，在(zai)高速下承(cheng)載能力🛀大(da)時，能耗低(di)、工作穩定(ding)等優點,設(she)計最大穩(wen)定性優化(hua)的螺旋槽(cao)氣壓軸😍承(cheng)，儀表穩定(ding)性非常好(hao),而其承載(zai)能力🌈最多(duo)損🔞失77%,因此(ci)本文選用(yong)按最大穩(wen)定性原則(ze)設計。
根據(ju)窄槽設計(ji)原理,應用(yong)最大穩定(ding)性原則:當(dang).氣體🈲渦輪(lun)🌍流量計轉(zhuan)速在4500r/min以上(shang)時，其最大(da)穩定載荷(he)會5N左🐇右，所(suo)以正常工(gong)作速度比(bi)較大的氣(qi)體渦輪流(liu)量計的主(zhu)軸承完全(quan)可以用👣螺(luo)旋槽氣壓(ya)潤滑軸承(cheng)。
4導流器結(jie)構優化設(she)計
導流器(qi)對被測流(liu)體起導向(xiang)、壓縮、整流(liu)等作用，這(zhe)樣當氣體(ti)通過渦輪(lun)流量計時(shi)處于層流(liu)狀态下，減(jian)少旋渦和(he)紊流生成(cheng)的漩渦對(dui)流量計的(de)影響，提高(gao)儀表正确(que)率。前導流(liu)器的前側(ce)，設🚩計又一(yi)-圈的分布(bu)在圓周的(de)整流葉片(pian)，将氣體通(tong)道分隔，變(bian)成幾個小(xiao)的通道。如(ru)圖2所示，這(zhe)時也輪出(chu)口的流體(ti)流動穩定(ding)，防☂️止漩渦(wo);在整流☂️葉(ye)片的出口(kou)處尾端和(he)葉輪中間(jian)環狀區域(yu)是環狀區(qu)域，稱爲混(hun)合室。
經(jing)過試驗設(she)計了導流(liu)器的結構(gou)尺寸，優化(hua)了氣體渦(wo)輪流量計(ji)的特性曲(qu)線。結論是(shi)長葉片的(de)重複性、線(xian)性🈲度、壓⭕力(li)損失都不(bu)好，而且在(zai)流量增.加(jia)是，短葉🔴片(pian)在壓🏃♀️力損(sun)失方面的(de)❄️優越性體(ti)現的更加(jia)明顯。導流(liu)器結構如(ru)圖3所示。
5多參(can)數傳感器(qi)
氣體渦輪(lun)流量計所(suo)采用的磁(ci)敏傳感器(qi)是基于矽(xi)橋和🍓鐵磁(ci)體的新型(xing)MEMS磁敏傳感(gan)器，根據鐵(tie)磁體在磁(ci)場中産生(sheng)的扭矩和(he)🐇矽橋的耦(ou)合作來反(fan)映磁場。這(zhe)種磁敏㊙️傳(chuan)感器和IC.工(gong)藝的兼容(rong)性非常好(hao)、适合成批(pi)量生産，體(ti)積小、成本(ben)低、功耗低(di)、穩定性好(hao)。新型MRE磁敏(min)🚶♀️傳感器的(de)靈🤞敏度可(ke)以通過調(diao)節MRE中鐵磁(ci)顆粒的大(da)小、種類及(ji)彈性體的(de)種類來改(gai)進。
渦輪轉(zhuan)子旋轉時(shi)可通過磁(ci)敏傳感器(qi)切割磁力(li)線産生💞電(dian)荷信号,再(zai)經過整形(xing)放大,聲稱(cheng)脈沖星新(xin)号,通過計(ji)算機計算(suan)這些脈沖(chong)數，可以換(huan)算出通過(guo)氣☀️體渦輪(lun)流量計的(de)流體的體(ti)積流量,同(tong)時結構設(she)計上将磁(ci)敏🏒和Pt100封裝(zhuang)在1個不鏽(xiu)鋼殼體内(nei)，如圖4所示(shi)。
其技術性(xing)能指标如(ru)下:
(1)流量範(fan)圍:6~6500m³/h,整機精(jing)度:1級;
(2)壓力(li)範圍:1.6、2.5、4.0MPa,特殊(shu)可定做:
(3)溫(wen)度範圍:-20-80℃。
(4)重(zhong)複性:優于(yu)±0.1%
6結束語.
通(tong)過對氣體(ti)渦輪流量(liang)計測量芯(xin)、動壓氣體(ti)軸承、導流(liu)器結構☔、多(duo)參數傳感(gan)器的優化(hua)設計,優化(hua)了氣體渦(wo)輪輪流流(liu)量計的特(te)性曲線，提(ti)高儀表的(de)穩定性🐇和(he)正确率，延(yan)長儀表的(de)壽命。
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