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研究气体罗茨流量计系数、压力及压力损失参数特征曲线的变化规律

作者: 来源: 发布时间:2018-01-27 14:17:30

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    0、引言:
    气体罗茨流量计是一种传统的测量流量的仪表 。气体罗茨流表,广泛应用于工业、科研等领域 量计属于容积式流量仪表,其特征是利用计量腔内部腰轮的旋转来实现计量的目的 。该仪表主要由壳体、腰轮、机械传动和数据显示( 信号远传) 等 。当被测流体流经流量计时,腰轮受流部分组成 体推动顺时针转动,驱动齿轮带动下边腰轮反时针旋转,腰轮旋转 360° 时,有 4 倍于计量室有效容积的流体排出流量计。这样,两个腰轮交换驱动旋转,随着腰轮的转动,流体经由计量室不断排出。腰轮每转一圈排出的流体体积是一个固定值,即排出量与腰轮轴转速成正比,通过腰轮轴及其它传动机构,传递到积算显示部分。
    只要计量室内部配合间隙设计、组装合理,它就会有较高的精度和较低的流量 。气体罗茨流量计由于前后不需要直管段,在旋转流和管道阻流件的流速场畸变的情况下对计量的,准确度影响很小 可以安装在环境狭窄的场合。气体罗茨流量计不涉及流态方程,与气体流态( 如流线分布、阻力损失、雷诺数等) 关系很小,始动流量小,量程比宽,适用于计量负荷变动大的气体流量 。
    一般气体罗茨流量计依据 JJG 633 - 2005 气体容积式流量计检定规程,误差按其流量计示值误差进行计算,但在实际工作中,经常碰到一些气体罗茨流量计输出是脉冲数。根据其计量原理,流量计的传感器应有一个经标准装置检定给出的仪表系数,其精度和流量范围必须满足流量计技术规范的要求,气体罗茨流量计的仪表系数是衡量流量计准确 。与此同时,气体罗度和线性度的一个重要指标。
    茨流量计的计量特性还涉及到流量计压力、压力损,失和取压位置等方面 这些特性也是衡量流量计重复性、测量范围和应用条件等性能的重要内 。
    研究这些计量特性,能够有利于充分了解气容体罗茨流量计的计量性能,对更好的选型和应用提供有效的参考价值。
 
    1、实验方案:
    基于上述目的,实验选择了三畅仪表一台运行良好的气体罗茨流量计: 口径 80mm、标称流量范围 5 ~ 150m3 /h、准确度等级 1. 5 级,在气体流量标准装置[10-11] 。气体流量标上进行实验,实验采用表前取压 准装置为临界流文丘里喷嘴法装置,流量范围 0 ~ 15000m3 /h,扩展不确定度 U = 0. 25% ( k = 2) ,是在用的新疆地区内zui高气体流量计量标准。
    实验流量点设计为从 0 ~ 1. 4qmax 之间选择 20 个点,基本均匀分布在整个范围内,zui小流量为 3m3 / h,zui大流量 210m3 /h; 每个流量点测量 3 次,取其算术平均值作为测量结果; 每次测量时间为 30s; 采用脉冲输出测量方式。考虑到对关键流量点的重复性实验,把 qmin 、qt 、0. 25qmax 、0. 5qmax 、0. 75qmax 、qmax 等流量点间隔一段时间重复进行多次测量,因此共测量流量点 26 个。

    2、数据分析:
 
    2.1、仪表系数特性曲线分析:
    实验得到仪表系数特征曲线如图 1 所示。图中,随着流量的增大,仪表系数从始动流量 3m3 /h处开始迅速增大,在流量点 10m3 /h 时达到拐点,以后随着流量点的增大仪表系数误差都在精度范围内。由于考虑到流量计的测量能力,zui大流量点设为 210m3 /h,即 1. 4qmax ,对于更大流量点的仪表系数变化情况本次试验没有做更多考虑。在小流量时,误差急剧地向负方向倾斜,随着流量的增加,误差逐渐向正方向移动,当流量很大时,误差又有向负方向倾斜的趋势,但在 qmax ~ 1. 4qmax 流量范围内,仪表系数变化仍然具有很好的稳定性。


  2.jpg

    图 1  流量计仪表系数特性曲线

    2.2、压力和压力损失特征曲线:
    图2 中反映了流量计压力和压力损失特征曲线。随着流量的增加,流体压力逐渐减小,压力损失则不断增加。引起压力损失的原因有: 一是由流量计测量元件动作的机械阻力产生的压力损失; 二是由流体粘度造成的流动阻力引起的压力损失 。对于本次实验的气体罗茨流量计,在流量较大时,腰轮旋转引起的机械阻力是产生压力损失的主要原因。
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3.jpg

图 2 流量计压力及压力损失与流量点之间的关系特性


    在现场使用的过程中,一方面由于环境变化,流量计的脉冲数、实际安装管道的温度、实际管道绝对压力对仪表系数会产生很大的影响; 另一方面,由于仪表使用的时间加长,流量介质中杂质多,对仪表主体磨损比较严重,也会对流量计的系数产生影响,所以,仪表系数不是固定不变的,每次检定之后,根据仪表的检定结果,须对系数进行重新修订,使仪表本身达到检定标准,减少实际误差 。
 
    3、结果与讨论:
    气体罗茨流量计的仪表系数与压力损失是衡量其计量性能的重要指标之一。本文基于上述实验和数据分析,可以得出,在小流量时,误差急剧地向负方向倾斜,随着流量的增加,误差逐渐向正方向移动; 当流量很大时,误差又有向负方向倾斜的趋势,但在 qmax ~ 1. 4qmax 流量范围内,仪表系数变化仍然具有很好的稳定性。
    随着流量的增加,流体压力逐渐减小,压力损失则不断增加。以zui大流量 150m3 /h 为拐点,仪表系数持续呈现下降的趋势,而压力损失也以更快的速度开始增加。
    在对气体罗茨流量计选型过程中,应充分考虑以下两个方面因素:
    1) 流量范围: 气体罗茨流量计的流量范围与被测介质的种类、使用频率、测量准确度等因素有关,用于间歇测量时,其流量范围较大; 对于测量准确度,用于低准确度测量时,流量范围较大,高准确度测量时,流量范围较小。为了保持仪表良好的性能和较长的使用寿命,使用时zui大流量zui好应选在仪表zui大流量的( 70 ~ 80) %。
    2) 耐压性能和压力损失: 气体罗茨流量计的工作压力主要由流量计壳体来承受,对工作压力的不同要求,应选用不同材质的受压部件,以免引起使用上的不安全。压力损失也是选择流量计时必须考虑的重要问题,尤其是大流量使用时,更应注意核算流量计的压力损失能否满足用户的要求。
    此外,还可以通过以下措施提高罗茨流量计计量准确度:
    1) 由于流量计转子与壳体之间间隙较小,大于 间隙的颗粒杂质不能通过,为防止卡堵,应选择适当的过滤器,并特别注意在投产使用前气体需走旁路,以防施工中的焊渣、杂质进入流量计。        
    2) 对流量计要加强监护,定期进行润滑。 
    3) 流量计在应用中必须定期进行校验,以确保其准确度。         
    4  取压位置影响研究     
    在直管段上呈线性开孔,取压孔位置依次为表前 10D、表体、表后 1D、表后 3D、表后 5D、表后 10D。 
    选择 0. 25qmax 、0. 50qmax 和 0. 75qmax 3 个流量点,每个流量点测量 3 次,每次测量不少于 30s,取算术平均值作为测量结果。
    如表 1 所示,在所有流量点、所有取压位置处的压力和仪表系数误差均处于合格范围内,zui大值为-0. 14%。顺着实验管段方向,不同取压位置处压力值和仪表系数在表前、表体和表后 3 个取压位置逐渐减小,但在表后 4 个取压位置处基本不变。随着流量的增大,相同取压位置处的压力和仪表系数误差也逐渐增大。整体来说,表前取压方式的压力和仪表系数误差小于表后取压。
    由此说明,取压位置的选择对于气体罗茨流量计影响不大,都在误差允许范围内。采用表前取压时,压力和仪表系数误差均为正值。采用表后取压时,压力和仪表系数均为负值,且不同取压位置对测量结果的影响程度基本相同。对于气体罗茨流量计,根据 JJG633-2005 气体容积式流量计检定规程“测压位置在流量计上游侧”,实验结果也具有一致性,采用表前取压方式能够更准确反映流量计的计量性能,如果不能实现也可以采用表后取压。

 

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