新型涡轮流量计计量性能试验研究

新型涡轮流量计计量性能试验研究

祁书志徐骞

德州市产品质量标准计量研究院  山东省德州市   253000

摘要：本文主要介绍一种用容积式管道作为测量仪表的新方法，并对其测量特性作了实验分析。与常规的涡流式流量表相比，这种新的涡流式流量表具有三个叶片的长螺杆，无轴，而轴承则是与叶轮盖相连。测试的数据显示，在对其进行改善之后，流量计的抗流干扰的能力有了很大程度的提高。

关键词：涡轮流量计；计量；试验

1.新型涡轮流量计结构

在涡流式流量仪中，叶轮作为一种传感元件，它的功能是将液体的动力转化为机械能，并使其转动，从叶轮中提取出与流量成比例的频谱。与常规的涡流式流量计比，这种新的涡流式流量计比，其叶轮为3片长螺杆式，在叶轮上有一个叶轮盖；在所述的叶片上，通过机械的方法将叶片盖制成阶梯状，该叶片盖的中部与所述流量计内壳区的间隔极短，仅0.1-0.2毫米；在叶片的两个端部，为半椭球体，可以缓解流量表入口与出口之间的剧烈波动，增加叶片转动的平稳性，减小阻力。此外，本仪器无旋转轴，其支座与转子盖相连，支座可通过前后导流器及转子盖上的阶梯进行支座定位。该结构形式简单，安装维护方便，在机械加工过程中容易达到设定的误差标准，保证了叶片在机壳中旋转顺畅。这种新设计的涡流式流量计，因其叶片的特殊构造，其测量性能也与常规的涡流式流量计有较大区别。一是因为这种仪表的叶片比较大，叶片要用很大的流动来驱动叶片才能启动旋转，所以起始流动比较大；并且在小流量下，由于液体粘度的阻尼和轴承的摩擦力，对流量计的转速产生了较大的影响，所以，在大流量下，流量计的测量因子的线性程度较差，必须对测量因子进行校正。二是桨叶具备强烈的“整流”效应，其原因在于桨叶的螺旋式桨叶可以形成强烈的涡旋效应，使桨叶内部湍流的掺混效应加快并增强，从而使包含有各种干扰因素的水流速度在更小的范围里得到一致的速度分配。三是由于流量减小，其阻力也大于常规的透平式流量计所产生的阻力。在图1为新型涡轮流量计结构原理图。

图1 新型涡轮流量计结构原理

2.试验装置

用LJG-41球型二次容积管校验的液位基准流动仪是一种新型的液位基准流动仪。所研制的标准器流量范围是1~50立方米/小时，可重复使用0.2%，精密度0.035%，标准容积99.1344升。要注意的是，本标定设备的目的是为了进行体积式流量表的标定，所以，在被检流量表的设置中，在被检流量表的管道中，并没有一个足够长的直管段，其上游是一个球阀，然后是一个 T型管线。目的在于通过这种流量校准设备，验证这种新型的涡轮流量计是否具备了排量型流量计的测量特性，也就是上下两个方向都不需要直管道。

本实验设备对流量仪表进行校准的工作流程图2。在进行流量计检定时，按照《涡轮流量计检定规程》JJG1037-2008的规定，将一个压力换能器设置在该流量计的上游，将一个温度换能器设置在该流量计的下游。透平传感器和上位机之间通过一条有保护的线缆相连。为方便调整，将传感器和流量计联结在一起，利用积分计的瞬间流量，调整各个检定点的流量值，以确保各个检定点的流量值满足检定规范的需要。

图2 球式双向体积管检定流量计流程图

3.试验结果及分析

3. 1 基本性能试验研究

其技术目标是：1）公称口径50 mm;2）流量在6-30m3/h;3）测量精度达到0.3;4）重复率好于0.1%。实验用0级柴油机作为研究对象，在0级柴油机的动力粘性（20摄氏度）下，在9摄氏度和65%的环境中进行实验。按照《透平测速仪校准规范》的规定，选取6个测速站，各测速站6个测速站进行测试。在测试过程中，对各个流量的验证情况进行详细的说明。举例来说，当对测试流量为21m3/h时，所记录的测试条件是：容积管液温均值为10.2℃，容积管表压均值为.26 MPa，流量计处液温均值为10.0℃，流量计处表压均值为0.2 MPa。

3.2 仪表系数修正

目前，在对转速型流量计进行非线性校正时，通常采用线性插值法、三次样条插值法、最小二乘法等。由于这种新的透平流量计的流量 Q随其参数 K的变化规律是单一的，因此可以利用直线内插的方式对其进行校正。将流量计检点做为内插函数的一个节点，也就是每一个检定流量点 Qi (i=0,1,...5）所对应的仪器因子是 Ki (i=0,1,...5)，采用分段内插法来校正其它几个流量点的仪器因子，它的计算公式是：

为检验流量计的仪器因子校正效果，将6个检定点的仪器因子就地写入流量积算仪，在容积管标准设备上选取10个未校准的流量点进行测试，得出测试结果见表2。是指流速积分器的显示数值， 是指标准器的显示数值，是指这两个数值之间的相对偏差，其计算方法如下：

表2 修正后流量计测量准确度实标结果

计算结果显示，经仪器参数的非线性校正后，该仪器的测量精度可达到±0.3%，达到了预定的测量指标。

结束语

综上所述，本文探究一种采用容积式标准器对新研制的透平流量计进行测试的实验。实验证明，这种新的涡流式流量计，其叶轮为3片长螺杆，可显著提高其对来流速率畸变的抑制能力，但也造成了其线性很低，但其可重现性很好。实验数据还显示，经过对其进行了非线性校正，在整个测量过程中，其测量精度可以达到0.3级，这将为汽车燃油设备等有限的装设环境中，提供一种高精度的流量测量设备。