溫度對氣體渦輪流量計的影響分析

陸 科 李 濤 劉 洋 韓 聰 莊 濤

(遼寧省計量科學研究院，沈陽 110004)

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溫度對氣體渦輪流量計的影響分析

陸 科 李 濤 劉 洋 韓 聰 莊 濤

(遼寧省計量科學研究院，沈陽 110004)

氣體渦輪流量計是一種被廣泛使用的氣體流量計量器具，具備可以將溫度和壓力修正得到標準體積的功能，國內(nèi)已有文獻闡述壓力變化對氣體渦輪流量計的影響，溫度由于變化不大其影響較小，但在北方地區(qū)由于冬季天氣惡劣，氣溫變化較大，一些氣體渦輪流量計出現(xiàn)了計量不準確的情況，本文通過實際檢測和對儀表的比對分析來確定溫度對氣體渦輪流量計的影響程度，并分析了可能導(dǎo)致計量不準確的原因。

氣體渦輪流量計；極寒溫度；示值誤差；軸承；潤滑劑

0 引言

氣體渦輪流量計是一種流量測量儀表，流體流過渦輪葉片驅(qū)動其轉(zhuǎn)動，葉片轉(zhuǎn)動的速度與體積流量近似成比例，通過測量渦輪葉片的轉(zhuǎn)速就可以推算出流過流體的體積。氣體渦輪流量計有較好的穩(wěn)定性和重復(fù)性，因此在日常檢測過程中很少出現(xiàn)異常情況，但北方地區(qū)有用戶反映經(jīng)過溯源后的儀表開始使用正常，在天氣變冷后渦輪流量計的計量出現(xiàn)了計量不準確的情況。通常情況下氣體渦輪流量計的工作范圍較寬，一般情況下溫度變化對計量性能的影響較小，但在北方地區(qū)冬季的低溫環(huán)境的確影響到了氣體渦輪流量計的計量性能。

從結(jié)構(gòu)上分析，氣體渦輪流量計由緊固件、殼體、導(dǎo)向件、止推片、葉輪、電磁感應(yīng)式信號檢出器、軸承、后導(dǎo)向件、積算儀等組成，通過現(xiàn)場對用戶反映的問題儀表的檢查，其緊固件、殼體、導(dǎo)向件等均無損壞，軸承正常，積算儀設(shè)置未改變，溫度壓力傳感器正常，復(fù)檢結(jié)果并未出現(xiàn)較大差異，但在安裝回現(xiàn)場后仍出現(xiàn)了計量不準確的情況。本文探討導(dǎo)致氣體渦輪流量計的計量不準確的原因。

1 溫度對氣體渦輪流量計的影響

2015年初，遼河油田某企業(yè)送檢了10多臺全新的德國某品牌G65DN50的氣體渦輪流量計，準確度等級為1.0級，在音速噴嘴法氣體流量標準裝置上檢測時出現(xiàn)絕大多數(shù)不合格的問題，而之前并未出現(xiàn)類似情況，該品牌流量計的合格率很高，通過對基表的檢測與高頻脈沖輸出的檢測，二者誤差一致，且均為負誤差，儀表顯示與輸出均正常。表1為誤差最大的一臺氣體渦輪流量計高頻脈沖輸出誤差和基表機械顯示部分的誤差值。

表1 氣體渦輪流量計的機械顯示和脈沖輸出的誤差

通過對標準裝置的自檢，并未發(fā)現(xiàn)異常，裝置工作正常。為了保證檢測的可靠性，將該批儀表在2000L鐘罩式氣體流量標準裝置上進行了復(fù)檢。音速噴嘴法氣體流量標準裝置與2000L鐘罩式氣體流量標準裝置的系統(tǒng)誤差在0.3%以內(nèi)。通過復(fù)檢發(fā)現(xiàn)氣體渦輪流量計的示值誤差在不斷變化，重復(fù)性較差，隨著檢測時間的延長，示值誤差不斷減小，向正方向發(fā)展，考慮到音速噴嘴實驗室的環(huán)境溫度為10.5℃，鐘罩實驗室溫度為20.1℃，因此進行恒溫后再進行試驗。恒溫后再次對氣體渦輪流量計進行檢測，表2為該臺氣體渦輪流量計的高頻輸出誤差。

通過表2可以發(fā)現(xiàn)在恒溫后的檢測結(jié)果誤差發(fā)生了較大的變化，重復(fù)性也較好，考慮到兩套裝置的系統(tǒng)誤差不超過0.3%，但實際檢測結(jié)果最大誤差偏移達到了2.30%，如此之大的偏移量并不是標準裝置所引起的。將該臺氣體渦輪流量計馬上拿到音速噴嘴氣體流量標準裝置上進行復(fù)測，所用噴嘴未改變，檢測結(jié)果見表3。

表2 恒溫后鐘罩式氣體流量標準裝置檢測的示值誤差

表3 音速噴嘴氣體流量標準裝置復(fù)測結(jié)果

從表3可以發(fā)現(xiàn)在沒有對儀表經(jīng)過任何改動的情況下，在同樣的裝置下，儀表的示值誤差合格，且和之前在裝置上檢測的誤差發(fā)生了較大的偏移。通過分析實驗中各個影響因素，發(fā)現(xiàn)變化較大的只有溫度，為了確認影響因素為溫度，將該流量計在音速噴嘴實驗室10.5℃的環(huán)境溫度下恒溫，恒溫后再進行實驗，檢測結(jié)果見表4。

表4 恒溫后音速噴嘴氣體流量標準裝置復(fù)測結(jié)果

通過恒溫后的渦輪流量計的示值誤差與最開始檢測的誤差相接近，說明溫度變化對儀表的誤差產(chǎn)生了較大的影響。通過對送檢用戶的詢問，由于用戶是外地送檢，出發(fā)較早，且送檢車輛空間有限，所以在送檢前一天晚上就將部分儀表的外包裝拆掉，并將表裝車，放置在室外，第二天早起送檢，雖然在檢測之前進行了短時間恒溫，但表體溫度仍然較低。

2 實驗分析

為此選取此批流量計中3臺較好的氣體渦輪流量計進行環(huán)境影響性試驗，試驗條件一：在20℃情況下充分恒溫，用鐘罩式氣體流量標準裝置檢測；試驗條件二：用高低溫試驗箱恒溫至與音速噴嘴實驗室溫度相同的溫度下，約10.5℃，用音速噴嘴式氣體流量標準裝置檢測；試驗條件三：用高低溫試驗箱恒溫至0℃，控制音速噴嘴實驗室溫度到0℃或略低于0℃，用音速噴嘴式氣體流量標準裝置檢測。不同溫度條件下三臺氣體渦輪流量計的示值誤差曲線如圖1所示。

圖1 不同溫度條件下三臺氣體渦輪流量計的示值誤差曲線

通過對三塊氣體渦輪流量計的實驗數(shù)據(jù)可以看出，溫度對氣體渦輪流量計的示值誤差有明顯的影響，但在大流量時的影響有限，流量越小影響越大。JJG 1037—2008《氣體渦輪流量計》中，在對檢定環(huán)境條件的要求中描述為5～45℃，檢測溫度在10.5℃時滿足檢測要求，通過對音速噴嘴法氣體流量標準裝置檢測氣體渦輪流量計的歷史記錄查閱和相同儀表不同年代的檢測結(jié)果分析，發(fā)現(xiàn)氣體渦輪流量計受溫度影響的程度不盡相同，有的影響較小，也有的會發(fā)生一些誤差偏移。可以看出溫度對渦輪流量計的影響是有限的，且因生產(chǎn)廠家而異。對于這批氣體渦輪流量計為何產(chǎn)生如此大的誤差，通過分析和與該氣體渦輪流量計的駐中國技術(shù)代表溝通，發(fā)現(xiàn)該類氣體渦輪流量計在南方地區(qū)使用中幾乎很少發(fā)生此類問題，而且在多個省級計量技術(shù)機構(gòu)檢測時也沒有發(fā)生多臺不合格的問題，但該氣體渦輪流量計并未考慮在東北地區(qū)極寒狀態(tài)下對儀表的影響。通過分析，氣體渦輪流量計需要潤滑劑潤滑才能正常工作，在北方寒冷地區(qū)可能會出現(xiàn)渦輪潤滑油低溫性能不好，導(dǎo)致黏度變化較大，阻力增強，降低低溫下渦輪軸承的旋轉(zhuǎn)速率，從而引起小流量誤差受溫度影響較大的情況，類似于汽車發(fā)動機機油的特性，因此更換低溫潤滑油可以從一定程度上解決此類問題的發(fā)生。而很多出問題的氣體渦輪流量計也大多由此類因素導(dǎo)致。

3 結(jié)束語

大部分氣體渦輪流量計都配備了智能體積修正儀，可以將工況流量修正到標況流量，但實際極限條件下的溫度仍會對氣體渦輪流量計的機械性能產(chǎn)生一定的影響，有時也是不能忽略的，儀表生產(chǎn)企業(yè)應(yīng)當充分考慮到這種極限條件，在機械結(jié)構(gòu)設(shè)計時降低低溫對機械部件的影響并提供適當?shù)臐櫥停脩粼谑褂脮r也應(yīng)當按時加注符合要求的專業(yè)潤滑油，在有條件的情況下應(yīng)當設(shè)置獨立儀表室或其他措施來保護流量計。

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10.3969/j.issn.1000-0771.2015.06.12