陸 科 李 濤 劉 洋 韓 聰 莊 濤

(遼寧省計(jì)量科學(xué)研究院，沈陽 110004)

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溫度對氣體渦輪流量計(jì)的影響分析

陸 科 李 濤 劉 洋 韓 聰 莊 濤

(遼寧省計(jì)量科學(xué)研究院，沈陽 110004)

氣體渦輪流量計(jì)是一種被廣泛使用的氣體流量計(jì)量器具，具備可以將溫度和壓力修正得到標(biāo)準(zhǔn)體積的功能，國內(nèi)已有文獻(xiàn)闡述壓力變化對氣體渦輪流量計(jì)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(jì)出現(xiàn)了計(jì)量不準(zhǔn)確的情況，本文通過實(shí)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(jì)的影響程度，并分析了可能導(dǎo)致計(jì)量不準(zhǔn)確的原因。

氣體渦輪流量計(jì)；極寒溫度；示值誤差；軸承；潤滑劑

0 引言

氣體渦輪流量計(jì)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(jì)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(jì)的計(jì)量出現(xiàn)了計(jì)量不準(zhǔn)確的情況。通常情況下氣體渦輪流量計(jì)的工作范圍較寬，一般情況下溫度變化對計(jì)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(jì)的計(jì)量性能。

從結(jié)構(gòu)上分析，氣體渦輪流量計(jì)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(jì)量不準(zhǔn)確的情況。本文探討導(dǎo)致氣體渦輪流量計(jì)的計(jì)量不準(zhǔn)確的原因。

1 溫度對氣體渦輪流量計(jì)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(jì)，準(zhǔn)確度等級為1.0級，在音速噴嘴法氣體流量標(biāo)準(zhǔn)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(jì)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(fù)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(jì)高頻脈沖輸出誤差和基表機(jī)械顯示部分的誤差值。

表1 氣體渦輪流量計(jì)的機(jī)械顯示和脈沖輸出的誤差

通過對標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)裝置上進(jìn)行了復(fù)檢。音速噴嘴法氣體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置與2000L鐘罩式氣體流量標(biāo)準(zhǔn)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(jì)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(shí)驗(yàn)室的環(huán)境溫度為10.5℃，鐘罩實(shí)驗(yàn)室溫度為20.1℃，因此進(jìn)行恒溫后再進(jìn)行試驗(yàn)。恒溫后再次對氣體渦輪流量計(jì)進(jìn)行檢測，表2為該臺氣體渦輪流量計(jì)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(shí)際檢測結(jié)果最大誤差偏移達(dá)到了2.30%，如此之大的偏移量并不是標(biāo)準(zhǔn)裝置所引起的。將該臺氣體渦輪流量計(jì)馬上拿到音速噴嘴氣體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置上進(jìn)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(biāo)準(zhǔn)裝置檢測的示值誤差

表3 音速噴嘴氣體流量標(biāo)準(zhǔn)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(shí)驗(yàn)中各個影響因素，發(fā)現(xiàn)變化較大的只有溫度，為了確認(rèn)影響因素為溫度，將該流量計(jì)在音速噴嘴實(shí)驗(yàn)室10.5℃的環(huán)境溫度下恒溫，恒溫后再進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，檢測結(jié)果見表4。

表4 恒溫后音速噴嘴氣體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置復(fù)測結(jié)果

通過恒溫后的渦輪流量計(jì)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(jìn)行了短時間恒溫，但表體溫度仍然較低。

2 實(shí)驗(yàn)分析

為此選取此批流量計(jì)中3臺較好的氣體渦輪流量計(jì)進(jìn)行環(huán)境影響性試驗(yàn)，試驗(yàn)條件一：在20℃情況下充分恒溫，用鐘罩式氣體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置檢測；試驗(yàn)條件二：用高低溫試驗(yàn)箱恒溫至與音速噴嘴實(shí)驗(yàn)室溫度相同的溫度下，約10.5℃，用音速噴嘴式氣體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置檢測；試驗(yàn)條件三：用高低溫試驗(yàn)箱恒溫至0℃，控制音速噴嘴實(shí)驗(yàn)室溫度到0℃或略低于0℃，用音速噴嘴式氣體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置檢測。不同溫度條件下三臺氣體渦輪流量計(jì)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(jì)的示值誤差曲線

通過對三塊氣體渦輪流量計(jì)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出，溫度對氣體渦輪流量計(jì)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(jì)》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(biāo)準(zhǔn)裝置檢測氣體渦輪流量計(jì)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(jì)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(jì)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(jì)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(jì)的駐中國技術(shù)代表溝通，發(fā)現(xiàn)該類氣體渦輪流量計(jì)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(jì)量技術(shù)機(jī)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(jì)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(jì)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(qiáng)，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(jī)機(jī)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(jì)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(jì)都配備了智能體積修正儀，可以將工況流量修正到標(biāo)況流量，但實(shí)際極限條件下的溫度仍會對氣體渦輪流量計(jì)的機(jī)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(dāng)充分考慮到這種極限條件，在機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時降低低溫對機(jī)械部件的影響并提供適當(dāng)?shù)臐櫥停脩粼谑褂脮r也應(yīng)當(dāng)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(dāng)設(shè)置獨(dú)立儀表室或其他措施來保護(hù)流量計(jì)。

[1] JJG 1037—2008渦輪流量計(jì)檢定規(guī)程[S].北京:中國計(jì)量出版社，2008

[2] 楊有濤，徐英華，王子鋼.氣體流量計(jì)[M]．北京:中國計(jì)量出版社，2007

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10.3969/j.issn.1000-0771.2015.06.12