摘要(yao):我國天(tian)然氣資(zi)源豐富(fu)，智能
氣(qi)體渦輪(lun)流量計(ji)
一直是(shi)作爲天(tian)燃氣貿(mao)易計量(liang)的首選(xuan)。本文論(lun)述氣體(ti)渦輪流(liu)🈲量計的(de)機械結(jie)構上的(de)幾點優(you)化設計(ji),優化了(le)氣體渦(wo)輪流量(liang)計的曲(qu)線，捉高(gao)了氣體(ti)渦輪流(liu)量計的(de)可靠。
1前(qian)言
國際(ji)上,天然(ran)氣的計(ji)量都是(shi)使用氣(qi)體渦輪(lun)流量計(ji)
，其技術(shu)已相當(dang)成熟。我(wo)國天然(ran)氣資源(yuan)非常豐(feng)富，爲減(jian)💜少♻️煤氣(qi)對城市(shi)大氣和(he)環境的(de)污染和(he)破壞。我(wo)國長期(qi)規劃要(yao)限制并(bing)減少人(ren)工煤氣(qi)的使用(yong)，增加城(cheng)市管道(dao)用氣中(zhong)天然*氣(qi)所占的(de)比重,我(wo)國目前(qian)已經🌈完(wan)成了“陝(shan)氣進京(jing)”、“西氣東(dong)輸”等工(gong)程，現如(ru)今天然(ran)氣🔱在我(wo)國已經(jing)大面積(ji)普及，大(da)然氣計(ji)量儀表(biao)将大量(liang)🌏使用，我(wo)國天然(ran)氣資源(yuan)大規模(mo)的開發(fa)利用使(shi)氣體🔞渦(wo)輪流量(liang)計獲得(de)廣闊的(de)發展空(kong)間和經(jing)濟效益(yi)。開發🔞氣(qi)體渦輪(lun)流量計(ji)具有重(zhong)要的經(jing)濟🌈價值(zhi)和社會(hui)價值。筆(bi)者單位(wei)研發的(de)智能氣(qi)體渦輪(lun)流量計(ji)是一種(zhong)速度式(shi)流量計(ji)，在機械(xie)結構設(she)計、傳感(gan)器制作(zuo)、潤滑系(xi)統的設(she)計等方(fang)面進📱行(hang)了創新(xin)設讓,是(shi)集溫度(du)🧑🏽🤝🧑🏻、壓小🔞流(liu)量傳感(gan)器和智(zhi)能流量(liang)積算儀(yi)于一體(ti)的智能(neng)儀表。它(ta)具有精(jing)度高、技(ji)術成熟(shu)穩定💜、重(zhong)複性好(hao)等優點(dian)，是檢測(ce)氣⚽體計(ji)量和城(cheng)市燃氣(qi)貿易計(ji)量的理(li)想儀表(biao)。
2.工作原(yuan)理
智能(neng)氣體渦(wo)輪流量(liang)計通過(guo)測量渦(wo)輪的轉(zhuan)速從而(er)🈚計算氣(qi)體📐的流(liu)速，将渦(wo)輪轉速(su)換算成(cheng)與流量(liang)成正比(bi)的輸出(chu)電信🔅号(hao)。智能氣(qi)體渦輪(lun)流量計(ji)檢測天(tian)然💔氣瞬(shun)時流量(liang)和總的(de)積算流(liu)量,終端(duan)輸出信(xin)号爲頻(pin)率，容易(yi)被數字(zi)化。永久(jiu)磁鐵、感(gan)應線圈(quan)都固定(ding)在儀🌈表(biao)殼體上(shang)。當鐵磁(ci)性渦輪(lun)👅葉片旋(xuan)轉時經(jing)過磁鐵(tie)磁場時(shi)，磁阻産(chan)生🛀變化(hua)，輸出感(gan)應信号(hao)。信号在(zai)經過放(fang)🏒大器被(bei)放大及(ji)整形，傳(chuan)輸給頻(pin)率計或(huo)計數器(qi)，得到總(zong).的積算(suan)流量。與(yu)此同時(shi)，将脈沖(chong)信号通(tong)過轉換(huan)器(頻率(lü)一電🍓壓(ya))換算成(cheng)瞬時流(liu)量。總之(zhi),葉輪的(de)轉數和(he)氣體流(liu)量成正(zheng)比。智能(neng)氣體渦(wo)輪流量(liang)計的輸(shu)出的✨是(shi)頻率調(diao)制式信(xin)号,提高(gao)了檢測(ce)電路的(de)抗幹擾(rao)性和簡(jian)化了流(liu)量檢測(ce)系統，其(qi)外形圖(tu)如圖1所(suo)示。
3動壓(ya)氣體軸(zhou)承
氣體(ti)渦輪流(liu)量計中(zhong)用來支(zhi)撐葉輪(lun)的主軸(zhou)承通常(chang)🧑🏽🤝🧑🏻是油潤(run)滑的滾(gun)動軸承(cheng)或滑動(dong)軸承，有(you)很多缺(que)點。使用(yong)一款螺(luo)旋槽氣(qi)體軸承(cheng),得到的(de)氣體渦(wo)輪流量(liang)計性能(neng)好，耐用(yong)。
氣體潤(run)滑的優(you)點是氣(qi)體潤滑(hua)相對油(you)潤滑其(qi)粘度小(xiao)💃🏻對溫度(du)🈲的适應(ying)性好、清(qing)潔無污(wu)染、壽命(ming)長。
(1)粘性(xing)小
相對(dui)于油潤(run)滑來講(jiang)氣體潤(run)滑在5~15℃環(huan)境下粘(zhan)度約爲(wei)油潤滑(hua)的千分(fen)之一，氣(qi)體潤滑(hua)的摩擦(ca)力爲油(you)潤滑的(de)千分之(zhi)一;溫度(du)在20C以上(shang)時上升(sheng)至80℃其年(nian)度隻增(zeng)加16%，比相(xiang)同條件(jian)下油潤(run)滑好很(hen)多;而且(qie)氣體有(you)均勻化(hua)作用，從(cong)而🈲用氣(qi)膜潤㊙️滑(hua)的軸承(cheng)精度比(bi)油🏃🏻膜潤(run)滑的軸(zhou)承精度(du)高1個數(shu)量級。
(2)适(shi)應性良(liang)好
油潤(run)滑軸承(cheng)在溫度(du)非常高(gao)或者非(fei)常低的(de)情況下(xia)就不工(gong)☁️作💚了🏃♂️,而(er)氣體潤(run)滑的軸(zhou)承即使(shi)在高低(di)溫時，工(gong)作性能(neng)佳,而且(qie)氣體潤(run)滑不受(shou)原子輻(fu)射的影(ying)響;由于(yu)空氣有(you)獨留,高(gao)溫對其(qi)影響非(fei)常👅小。
(3)環(huan)保清潔(jie)
氣體完(wan)成潤滑(hua)作用排(pai)放後，不(bu)會污染(ran)環境;而(er)且在🍉排(pai)氣時還(hai)能阻止(zhi)灰塵進(jin)入儀表(biao),起到清(qing)潔的作(zuo)用，氣體(ti)潤滑無(wu)振動、無(wu)噪音。
(4)壽(shou)命長
氣(qi)體軸承(cheng)在使用(yong)時，沒有(you)金屬結(jie)構直接(jie)接觸，所(suo)以💞壽命(ming)更👨❤️👨長。
動(dong)壓氣體(ti)軸承設(she)計有螺(luo)旋槽，在(zai)高速下(xia)承載能(neng)力大時(shi)，能耗低(di)、工作穩(wen)定等優(you)點,設計(ji)最大穩(wen)定性優(you)化的螺(luo)旋槽氣(qi)壓軸承(cheng)，儀表穩(wen)定性非(fei)常好,而(er)其承載(zai)能力最(zui)多損失(shi)77%,因此本(ben)文選用(yong)按最大(da)穩定性(xing)原則設(she)計。
根據(ju)窄槽設(she)計原理(li),應用最(zui)大穩定(ding)性原則(ze):當.氣體(ti)🧡渦輪流(liu)量計轉(zhuan)速在4500r/min以(yi)上時，其(qi)最大穩(wen)定載荷(he)會5N左右(you)，所以正(zheng)常工作(zuo)速度比(bi)較大的(de)氣體渦(wo)輪流量(liang)計的主(zhu)軸承完(wan)全可以(yi)用🐆螺旋(xuan)槽氣壓(ya)潤滑軸(zhou)承。
4導流(liu)器結構(gou)優化設(she)計
導流(liu)器對被(bei)測流體(ti)起導向(xiang)、壓縮、整(zheng)流等作(zuo)用，這樣(yang)當氣體(ti)㊙️通🏃♂️過渦(wo)輪流量(liang)計時處(chu)于層流(liu)狀态下(xia)，減少旋(xuan)渦和紊(wen)流生成(cheng)的漩渦(wo)對流量(liang)計的影(ying)響，提高(gao)儀表正(zheng)确率。前(qian)導流器(qi)的前側(ce)，設計又(you)一-圈的(de)分布在(zai)圓周的(de)整流葉(ye)片，将氣(qi)體通道(dao)分隔，變(bian)成幾個(ge)小的通(tong)道。如圖(tu)2所示，這(zhe)時也輪(lun)出口的(de)流體流(liu)動穩定(ding)，防止漩(xuan)渦;在整(zheng)流葉片(pian)的出口(kou)處尾端(duan)和葉輪(lun)中間環(huan)狀區域(yu)是環狀(zhuang)區✊域，稱(cheng)爲混合(he)室。
經(jing)過試驗(yan)設計了(le)導流器(qi)的結構(gou)尺寸，優(you)化了氣(qi)體💞渦輪(lun)流量♉計(ji)的特性(xing)曲線。結(jie)論是長(zhang)葉片的(de)重複性(xing)📞、線性度(du)、壓✂️力損(sun)失都不(bu)好，而且(qie)在流量(liang)增.加是(shi)，短葉🏃🏻♂️片(pian)在壓力(li)損失💔方(fang)面的優(you)越性體(ti)現的更(geng)加明顯(xian)。導流器(qi)結構如(ru)圖3所示(shi)。
5多參數(shu)傳感器(qi)
氣體渦(wo)輪流量(liang)計所采(cai)用的磁(ci)敏傳感(gan)器是基(ji)于矽橋(qiao)和鐵磁(ci)🌏體的新(xin)型MEMS磁敏(min)傳感器(qi)，根據鐵(tie)磁體在(zai)磁場中(zhong)産生的(de)扭矩和(he)矽橋的(de)耦合作(zuo)來反映(ying)磁場。這(zhe)種磁敏(min)傳感器(qi)和IC.工藝(yi)的兼容(rong)性非常(chang)好、适合(he)成批量(liang)生産，體(ti)積小、成(cheng)本低、功(gong)耗低、穩(wen)定性好(hao)。新型MRE磁(ci)敏📱傳感(gan)器的靈(ling)敏度可(ke)以通過(guo)調節MRE中(zhong)鐵磁顆(ke)粒的大(da)小、種類(lei)及彈性(xing)體的種(zhong)類來改(gai)進。
渦輪(lun)轉子旋(xuan)轉時可(ke)通過磁(ci)敏傳感(gan)器切割(ge)磁力線(xian)産生⚽電(dian)荷信号(hao),再經過(guo)整形放(fang)大,聲稱(cheng)脈沖星(xing)新号🏒,通(tong)過計算(suan)機計算(suan)這🔞些脈(mo)沖數，可(ke)以換算(suan)出通過(guo)氣體渦(wo)輪流量(liang)計💔的流(liu)體的體(ti)積流量(liang),同時結(jie)構設計(ji)❌上将磁(ci)敏和Pt100封(feng)裝在1個(ge)不鏽鋼(gang)殼體内(nei)，如👨❤️👨圖4所(suo)示。
其技(ji)術性能(neng)指标如(ru)下:
(1)流量(liang)範圍:6~6500m³/h,整(zheng)機精度(du):1級;
(2)壓力(li)範圍:1.6、2.5、4.0MPa,特(te)殊可定(ding)做:
(3)溫度(du)範圍:-20-80℃。
(4)重(zhong)複性:優(you)于±0.1%
6結束(shu)語.
通過(guo)對氣體(ti)渦輪流(liu)量計測(ce)量芯、動(dong)壓氣體(ti)軸承、導(dao)流器結(jie)☎️構、多參(can)數傳感(gan)器的優(you)化設計(ji),優化了(le)氣體渦(wo)輪🔞輪流(liu)流量計(ji)的💋特性(xing)曲線，提(ti)高儀表(biao)的穩定(ding)性🛀🏻和正(zheng)确率，延(yan)長儀表(biao)的壽命(ming)。
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