分析帮助气体涡轮流量计应用过程中的问题
发布时间：2015/4/23 11:37:00气体涡轮流量计是在接近标准状态下进行标定的，因此在现场选型、使用及维护情况下会出现许多问题。本文仅就零部件的互换性和压力增大即流量增大两个问题作一讨论，供大家参考。
1 气体涡轮流量计主要零部件的互换性
按照规定，涡轮流量计出厂前总是逐台进行标定，并给出仪表系数。但在现场，尤其是高压场合，涡轮表损坏的事时有发生，维修人员经常将表芯（包括叶轮和轴承在内的组件）更换，而不是整台仪表更换，换下的表芯带回维修（在现场不允许进行长时间的维修工作）。由此产生了这样的疑问：整台仪表更换与只更换表芯在流量计的性能方面，尤其是仪表系数会有什么变化？仪表系数究竟和哪些因素有关？带着对这些问题的思考，我们随机抽取了6台仪表(口径均为DN80)，每两台仪表组成一组，共3组进行对比试验。6台仪表检定数据列于表1。
表1 仪表检定数据
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组别 组 第二组 第三组 |
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出厂编号 1779 1761 1819 1814 1792 1801 表芯 A－1 A－2 B－1 B－2 C－1 C－2 仪表系数 15436 15587 15555 15809 15423 15768 基本误差（％） 0.26 0.28 0.34 0.59 0.29 0.36 重复性（％） 0.01 0.04 0.04 0.03 0.02 0.03 压损（kPa） 1.16 1.22 1.19 1.21 1.21 1.2 |
将每组仪表的2台表芯对换，重新进行检定，获取检定数据，列于表2。将同表芯的2台仪表参数进行比较，获得比对结果，列于表3。其中仪表系数以相对变化（百分数）表示。
表2 更换表芯后的仪表检定数据
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组别 组 第二组 第三组 |
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出厂编号 1779 1761 1819 1814 1792 1801 表芯 A－2 A－1 B－2 B－1 C－2 C－1 仪表系数 15578 15489 15832 15525 15771 15433 基本误差（％） 0.31 0.29 0.57 0.35 0.33 0.39 重复性（％） 0.04 0.03 0.02 0.02 0.02 0.02 压损（kPa） 1.21 1.19 1.23 1.21 1.20 1.20 |
表3 同表芯的2台仪表参数变化情况
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组别 组 第二组 第三组 |
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出厂编号 1779 1761 1819 1814 1792 1801 1761 1779 1814 1819 1801 1792 表芯 A－1 A－2 B－1 B－2 C－1 C－2 仪表系数 0.34 －0.05 －0.19 0.15 0.06 0.02 基本误差（％） 0.03 0.03 0.01 －0.02 0.10 －0.03 重复性（％） 0.02 0 －0.02 －0.01 0 －0.01 压损（kPa） 0.03 －0.01 0.02 0.02 －0.01 0 |
由表3中数据可以看出，涡轮流量计的仪表系数主要和表芯有关，这是由于表芯几乎集中了该表的所有总压零部件，包括影响仪表性能的轴承和叶轮。因此既不提倡单独更换轴承或叶轮进行维修，也不需要更换整台仪表，而是采用整体更换表芯的方式即可。每一个用于维修的表芯都需要进行单独标定，每一个表芯都可确定一个仪表系数，更换表芯后，输入新的仪表系数就可以投入使用了。
2 “压力增大时流量范围增大”的理解
要理解这句话，首先要明白两个问题：
①什么是流量范围？
厂家给出的流量范围均指工况流量范围，即在流量计工作温度、压力等介质条件下的可测量范围，单位是m3/h。工程上用做预算用量时，单位是Nm3/h。
②流量范围与密度（压力）的关系是怎样的？
这个问题可通过下面的选型实例进行解答。
某燃气公司欲选择流量计进行天然气的计量，其管路安装情况完全满足设计要求，所给出的选型条件如下：被测介质为天然气，相对密度0.65；压力1×1MPa（表压）；常用温度20℃；流量范围400~4800Nm3/h；常用流量3500Nm3/h；管道口径DN100。
针对上述实例。欲选择合适的仪表进行计量。则根据所给的条件首先进行简单的流量换算，将标况流量400~4800Nm3/h换算成工况流量约为（36.3~436）m3/h，常用流量为318m3/h。
根据初步计算可以选择LWQZ-100型气体涡轮流量计，再作进一步核实。
由说明书可知LWQZ-100的流量范围为40~500m3/h，与换算所得的实际流量进行比较后发现，小流量不在被测的范围之内。这就需要了解生产厂家的标定条件。从世界范围来看，除了几个大型的流量标定站外，所有的生产厂家包括一些计量站均使用空气作为介质进行标定，不能做到实际使用流体标定，给出的流量范围也是工况下的流量范围。因此需要对流量范围受密度影响的涡轮流量计进行流量范围的重新计算。根据涡轮流量计的工作原理，上限流量计不受密度影响，下限流量受密度影响的变化规律如下：
（1）
式中： 
为工作条件下的流量： 
为工厂给出的流量； 
为标定时的压力，通常为当地大气压； 
为工作条件下的压力（压）；d为被测气体的相对密度。
所以，根据所给的工作条件计算出涡轮流量计在此工况下的流量范围为（15~500）m3/h。由此可知，被测流量范围36.3~436m3/h在LWQZ－100的工作范围15~500m3/h之内，可以选用。
上面的两个问题明白以后，再来看看使用现场提出的另一个问题。
新疆某燃气公司使用DN25A涡轮流量计（流量范围2~20m3/h）进行食堂用气的计量，进气压力为0.4MPa（压）。因为在说明书中提到“压力增大时流量范围增大”，所以为了在用气较小时也能够准确计量，没有使用安装于流量计前端的流量调节阀（此时压力为0.4MPa）。结果流量计不计两，而后将压力慢慢下调，则流量计开始转动并逐渐加快了转速，直到达到稳定。因此，该公司对说明书上的“压力增大时流量范围增大”这句话提出了质疑。
其实这个问题就是涡轮流量计始动流量的问题，由于机械摩擦的存在，涡轮流量计并不是有流量就会转动，而是有一个不转的盲区。只有当流体驱动力矩克服摩擦阻力后才会旋转。那么驱动力矩和哪些因素有关呢？
由于一台已经装配完毕的流量计，其机械摩擦阻力大小就已经基本确定了，也就是说不管在任何条件下（温度、压力、介质），其机械摩擦阻力基本为定值。所以用来克服机械摩擦阻力的驱动力也基本为定值。而驱动力矩和密度与流量的平方成正比，即
（2）
式中： 
为驱动力矩； 
为工作状态下的气体密度； 
为工作状态下的体积流量。
在新疆的使用情况下，有一个大前提，就是进气压力固定，即瞬时质量流量一定，即有 
常数＝m定，所以式（2）变为
（3）
因为 
为定值，所以驱动力矩和 
成正比（此关系只在特定条件下成立）。当压力逐渐下调时， 
逐渐下降， 
逐渐增大，则 
也逐渐增大，当Md达到一定数值时，涡轮开始旋转。
在不同压力下DN25A气体涡轮流量计的流量应用公式（1）进行估算，详见表4。由表4可以看出，压力增大时量程比增大了，即流量范围增大了。
表4 始动流量估算
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压力 流量范围 流量范围 始动流量 始动流量 （MPa） （工况） （换算为标况） （工况） （换算为标况） 量程比 （m3/h） （Nm3/h） （m3/h） (Nm3/h) |
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0.1 2~20 2~20 0.8 0.8 10∶1 0.4 1.11~20 5.55~100 0.44 2.22 18∶1 |
之所以提出这样的问题，是因为在现场忽略了一个问题，就是进气 zl质量流量为定值，不管通过流量计的压力为多少，当将工况流量换算成标况时，数值是一样的。从表4的始动流量也可以看出，假设流量从0.2m3/h(工况压力0.4MPa，涡轮不转)上升到1m3/h（标况压力0.1MPa，涡轮开始旋转），从0.44m3/h（压力0.4MPa，刚开始旋转，但不在流量范围内）上升到2.22m3/h（压力0.1MPa，在流量范围之内）。因此，在供气总量一定时，高压的不计量盲区比低压时的大。
以上仅对有代表性的两个问题进行了分析，希望对气体涡轮流量计的选型和使用有一定的帮助。