高压气体涡轮流量计的研制.pdf

第22卷第4期
仪器仪表用户
EIC Vol 22
2015年8月
INSTRUMENTATION
2015NO.4
高压气体涡轮流量计的研制
潘友艺1,杨国芬,林尚喜1,,潘承泽1,钱月明1
(1.天信仪表集团有限公司,浙江苍南325800;2.上海理工大学,上海200930)
摘:述高压气体轮流量计研制的意义和设计依据;并介绍高压涡轮流量计的工作原理、结构特点、性能测
试、计量特性等,以此证明研制的高压气体涡轮流量计可以作为贸易计量应用在高压管线上。
关触词:涡轮流量计;高压;性能测试;线性;偏移
中图分类号:TH
文献标识码:A
文章编号:1671-1041(2015)04-0029-04
Development of High-pressure Gas Turbine Flowmeter
Pan Youyi Yang Guofen, Lin Shangxi", Pan Chengze, ian Yeming
1. Tancy Instrument Group CO, LTD, Cangnan, Zhejiang 325800, China; 2. Universily of Shanghai for Science and
Technology, Shanghai 200930, China
Abstract: Described the development of high-pressure gas turbine flowmeters meaning and design consideration
and introduced the working principle of the high-pressure turbine flowmeter, structural features, performance testing and
measurement characteristics, etc, results indicated that the high-pressure gas turbine flowmeter we made can be used in
measuring trade on high-pressure pipeline
Key words: gas turbine flowmeter; high pressure; performance testing: linearity; offset
引言
气体流量的流量计,其工作原理如图1所示:当气流进入
流量计时,首先经过特殊整流器整流并加速,在流体的作
天然气作为重要的洁净能源,近儿年在城市中的应用用下,涡轮克服阻力矩开始转动。当力矩达到平衡时涡轮
迅猛发展。在当今市场经济的体制下,人们对经济效益的转速稳定,此时其转速与气体工况流量成正比,并通过齿
日益重视,作为供气、用气双方进行贸易结算依据的计量轮减速传动以及磁耦合联接驱动字轮计数器转动,直接累
问题日益突显起来,特别对高压天然气的计量形势尤为
积气体的工况体积总量。
严峻,“计量就是计钱”的观念深入人心。而世界能源供
求日益紧张,人们都十分关心并寻求一种精度高,适应性
字常工况累取显示
强的流量计来测量天然气流量,以减少、避免天然气贸易
①>かO>かO>0>→O>ャO>0
纠纷。目前国内涡轮流量计生产厂家均是以中低压为主,
量計算机、积正仪、
对高压的涉及较少,规格种类繁多、结构复杂。供油系统、
频检定等长频检定等
防冲击结构等因素均是直接影响流量计使用寿命。与此同
O>かOO<0
点频告号出
时,我司为了顺应国家能源安全的战略部署,保证国家能
源输运安全,响应建设“创新型”国家的发展战略,开发
图1高压涡轮流量计工作原理示意图
Fig 1 Schematic diagram of high-pressure turbine
拥有自主知识产权且满足工业性应用要求的高精度高压涡
flo
weter
轮流量计。
因通过涡轮的流量与涡轮转速成正比,髙频信号脉冲
1涡轮流量计的工作原理与流量特性
输出频率∫与涡轮转速存在下列关系
1.1工作原理
f=nz
气体涡轮流量计是一种带机械计数器并用于精确测量
收稿日期:2015-04-27
作者简介:潘友艺(1964-),男,浙江苍南人,副总工程师,主要从事工业贸易计量仪器仪表以及配套产品设计研发。
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仪器仪表用户 INSTRUMENTATION
第22卷
式中:涡轮转速,r/
若将可测量流量范围做宽,就能在同口径不同流量范围进
Z一涡轮叶片数
行分段截取,以实现一合流量计能覆盖同口径的不同流量
fー脉冲频率,Hz
范围。
时一定精度的流量计而言,在一定的流量范围内,其
仪表系数K应接近常数。理论上仪表系数K与体积流量q2高压涡轮流量计研制
成如下关系,即
9=f/K
高压涡轮流量计主要是由锻钢壳体、表芯总成、机械
2)显示计数器、高压油泵、高低频信号输出(按客户要求选配)
将(1)代入(2)中,可得出
等组成,根据EN12261要求,设计高压涡轮流量计内部结构、
K=//q=n2/q
外观等并对壳体与轴承进行设计计算;研究高压供油系统
(3
的结构设计,避免轴承润滑油回流等不良现象;研究涡轮
式中:K一仪表系数,为工况条件下每立方米通过流防冲击结构设计,缓冲因流量波动引起瞬间冲击力:研究
量传感器时输出的脉冲数,lym
双向增计数的新型机械计数器,主要解决了流量计由于其
9ー工况体积流量,mF3/s。
単向计数的特性,而导致倒置安装时出现计数不增反减的
综上所述,仪表系数K在实际上除涡轮导程、叶片数、问题。
叶片宽度、螺旋升角、流量计流体通道等结构因素有关外
2.1壳体与轴承设计计算
还与介质流体粘性、轴承本身阻尼、轴承润滑油粘度等有关
壳体作为主要的承压零部件,应进行强度校核计算。并
若以上其中一种或几种相关因素发生改变,则仪表系数K
将其视为钢管,并根据标准CB50316与GB150中相关规定,
就会相应改变。故每台流量计均应通过检定得出仪表系数。
计算壁厚t计算公式
1.2流量特性介绍
Kq关系曲线称为涡轮流量计的流量特性曲线。理
(4)
论上,K-q关系应是一条水平直线,但实际上由于在不同
E. +P
的流动状态下,流体产生阻力机理不同,效果也不同,所
以使特性曲线成为曲线形状。以DN50为例,如图2所示。式中t一计算厚度(mm);
P一设计压力(MPa
D。一管子外径(mm);
实际特性仪表线性区何理特性
q]一在设计温度下材料的许用应力(MPa);
一焊接接头系数;
2%
Y一计算系数。
以DN50-PN100为例,将壳体设计参数代入(4)中直
可量流量(q线性关系区间)
接得出壁厚t.=8m,故实际设计壁厚t。=S×な、,安
全系数s取≥3,设计壁厚t.>24mm才能满足设计要求。
而对于转速较高的轴承,轴承可靠度为90%,轴承材
图2流量特性曲线
料为常规材料,其基本额定动载荷计算公式如下
Fig 2 Flow cha