氣體渦輪流量計導流器結構對流量計曲線影響說
【摘 要】 本文針對于DN100 氣體渦輪流量計研發初期曲線不好的問題，從分析導流器的結構入手，通過試驗證明導流器尾端的混合室的大小與曲線形狀有著規律性的關系，確定了***佳的混合室尺寸，進而使得 DN100 氣體渦輪流量計的性能曲線得到了優化。
前言：
隨著天然氣在國內的普及和利用，氣體渦輪流量計憑借其準確度高、量程比寬的優勢，越來越成為燃氣用戶計量大流量天然氣的實惠，但是用戶對其精度的要求越來越高，用戶需要的流量計是在大量程比前提下的高準確度，他們希望選用的流量計的曲線在全量程范圍內與零線盡可能接近，這就要求曲線盡可能平直。國內生產的流量計的讀數大多數為電子式流量計，其性能曲線經過了非線性修正補償可以達到比較平直的狀態，而國外同類產品的讀數方式多數為純機械字輪式顯示，其性能曲線不經過任何修正補償就可達到比較平直的狀態，長期以來因其具有穩定性好、數據不易丟失等優點，盡管價格高，但一直得到國內用戶的廣泛認可。
丹東東發集團開發的DN100型氣體渦輪流量計為純機械字輪式流量計，在試制初期，曲線形狀總是不理想，大中流量段（0.2Qmax～0.2Qmax）的曲線的線性比較好，曲線平穩；但是小流量段（Qmin～0. 2Qmax）的曲線卻較差，一方面***小流量點的示值誤差與大流量段相比太負；另一方面在小流段的中間流量處總有一個正的峰值，這樣，一正一負，導致整個曲線起伏不平，流量計也常常因此而不合格。為解決該問題，從影響氣體渦輪流量計重要零部件入手，進行各種試驗。試驗中發現，改變導流器尾端混合室的軸向尺寸，曲線的形狀也有明顯而有規律性的改變，可以同時達到提升小流的示值誤差、降低曲線峰值的目的，從而使流量計在全量程流量范圍內的曲線更平緩，達到***佳，進而保證了產品的準確度。
1、總述：
氣體渦輪流量計是在流量計入口處接近平均速度輪廓的條件下設計和標定的，如果與此有較大的偏差，給定流量下葉輪的速度會受到實際的速度輪廓的影響[1]。對于高精度的流量測量，應當使葉輪處氣體的速度輪廓基本均勻，以達到準確計量的目的，安裝于流量計入口處的導流器的作用即是使氣體流速均勻。圖 1 簡單描述了氣體渦輪流量計導流器與葉輪的位置關系。
圖 1 氣體渦輪流量計的部分結構
導流器（有時也稱整流器）對被測流體起壓縮、整流、導向作用，使氣體流過渦輪流量計處于規則狀態，消除由紊流和旋渦產生的漩渦對流量計的不利影響，改善流動狀態[5]。在導流器的前端，沿圓周方向均勻分布的整流葉片將環形的氣流通道分隔成多個等間距的小通道，正是這種結構使葉輪處橫截面內的流速非常均勻；整流葉片的尾端與葉輪間的環狀區域為無導流葉片間隔的流通的環狀區域，我們稱之為混合室（參見圖 1）。本文將要以丹東東發集團有限公司生產DN100/G250 型流量計為例，通過試驗證明混合室的大小與流量計曲線的關系。
2、試驗：
2.1、試驗方法：
如圖 1 所示，用混合室長度 “A”不同的導流器，依次裝配于同一臺流量計上，在相同的環境條件下依次測試示值誤差，比對，分析。
2.2、試驗及數據分析：
把混合室長度分別為 25mm 、30mm 、35mm 、40mm 的導流器，按照 2.1 所述方法裝配并測試，數據詳見表 1。
表 1 混合室長度“A”為不同時流量計的示值誤差
| & | ||||||
| （m 3 / h ） 400 | 280 | 160 | 100 | 40 | 20 | |
| A(mm) | ||||||
| 2 5 | 0 .36 | 0 .30 | 0 .32 | 0 . 2 | 2 .28 | – 2 . 0 5 |
| 30 | 0 .20 | 0 .15 | 0 .15 | 0 | 1 .53 | – 1 . 6 3 |
| 35 | – 0 . 1 | – 0 . 1 | – 0 . 0 9 | – 0 . 2 | 0 .62 | – 1 . 2 6 |
| 40 | – 0 . 4 0 | – 0 . 3 7 | – 0 . 3 8 | – 0 . 5 6 | – 0 . 3 9 | – 0 . 7 0 |
將表 1 的數據繪制成曲線圖，見圖 2。
圖 2 “Ａ”為不同時流量計的誤差曲線圖
2.3、結論：
根據表1的數據及圖2中的曲線圖可以看出，隨著混合氣室在軸向方向尺寸“A”的加長，流量計的誤差曲線總體是向 Y 軸負方向整體偏移；改變“A”值對大中流量段的曲線形狀幾乎沒有影響，但是，隨著“A”值的增加，一方面小流量點與大流量段的示值誤差的差值變小，另一方面曲線的波峰也逐漸降低，而且，峰值下降的變化率比小流量點誤差提升的變化率大。標準中對氣體渦輪流量計的誤差要求是大中流量段（0.2Qmax～0.2Qmax）為±1%，小流量段（Qmin～0.2Qmax）為±2%，即曲線全部分布在灰色虛線框內即為合格曲線。
對于上述試驗的 DN100 G250 型流量計，***初設計時導流器混合室的軸向尺寸 A=25，曲線不合格；A=30、A=35、A=40 時，曲線均合格，A=40 時曲線***為平直，為***優曲線，將其做適當（向正方向）的調整（+0.6），可使曲線在整個流量范圍內與 X 軸非常接近。通過本次試驗，解決了原始曲線小流不好、峰值太大的兩方面的問題，尤其是曲線峰值大的問題，并確定了使曲線***優的的導流器混合室長度尺寸，***終選擇A=40。通過批量生產驗證，導流器的改進使得產品的曲線形狀得到了大幅度地改善。
3、結束語：
優化氣體渦輪流量計曲線的途徑很多，本文僅對導流器尾端混合氣室的軸向尺寸大小對曲線的影響進行了試驗。
導流器整流葉片的作用是降低旋渦、使葉輪處橫截面積內的氣體流速更均勻，整流葉片越長，整流效果越好；但對于同一結構的導流器，整流葉片越長，混合室的長度就會越短，流量計性能曲線小流段中間處的峰值就越大，小流越負。設計時，要確定導流器葉片的長度，即要考慮降低旋渦，又要考慮減小精度曲線中小流量段的峰值，因此，***佳的混合室軸向長度，是上述兩種因素的一個折中，而且，對于不同口徑的氣體渦輪流量計因其系統機械阻力的不同，混合室占導流器長度比例也會不同，需通過試驗方可得出結論。