口吹法初判氣體渦輪流量計的小流量誤差
摘要：針對當(dāng)前氣體渦輪流量計在生產(chǎn)及維修服務(wù)的標(biāo)定效率低的問題，提出了一種口吹法，初步判別氣體渦輪流量計的小流量誤差，以避免對明顯不合格產(chǎn)品做無效的標(biāo)定，并通過分析氣體渦輪流量計的計量性能特點和結(jié)合樣機(jī)試驗結(jié)果，進(jìn)一步闡明該方法的實用性和高效性。
氣體渦輪流量計（簡稱渦輪表），作為一種速度式計量儀表，主要應(yīng)用于管道天然氣流量測量?；菊`差是渦輪表主要性能指標(biāo)，按GB/T 21391－2008 規(guī)定，天然氣貿(mào)易計量用渦輪表誤差應(yīng)滿足表１要求[1]。在生產(chǎn)過程中，每一臺渦輪表在完成生產(chǎn)裝配之后，都必須嚴(yán)格經(jīng)過標(biāo)準(zhǔn)裝置標(biāo)定檢測，合格后方可發(fā)貨銷售和使用。在今后使用中，渦輪表出現(xiàn)相應(yīng)故障維修，也需經(jīng)過再標(biāo)定合格，方可繼續(xù)使用。
| 表 1 | ***大允許誤差表 | ||
| 渦輪表型式 | 流量 q | ***大允許誤差 | |
| 機(jī)械式 | qmin≤q＜qt | ±2% | |
| qt≤q≤qmax | ±1% | ||
| 一體化智能式 qmin≤q≤qmax | ±1.5% | ||
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實際生產(chǎn)中，一套標(biāo)準(zhǔn)裝置一般每次只能標(biāo)定一臺渦輪表，正常情況下一次標(biāo)定耗時在0.5～1 小時以上。如果產(chǎn)品標(biāo)定不合格，返修后需再標(biāo)定，反復(fù)直到產(chǎn)品檢測合格為止。對生產(chǎn)廠家而言，該環(huán)節(jié)生產(chǎn)效率較低。對儀表用戶來講，不管例行周檢或故障檢修，也都需將渦輪表交給相關(guān)計量部門進(jìn)行標(biāo)定，而每臺次幾百以上的標(biāo)定費使其不得不考慮遞送儀表的確切性能狀況。因此，對于那些使用性能已下降的檢修表以及日常生產(chǎn)中合格率本身相對偏低的規(guī)格表，在標(biāo)定檢測前，若能對其計量性能進(jìn)行一次比較準(zhǔn)確而又簡單的初判，把不合格的辨別出來，避免無效的標(biāo)定，這將對提高該產(chǎn)品的生產(chǎn)服務(wù)效率非常有利。
大量的生產(chǎn)標(biāo)定數(shù)據(jù)表明，一款渦輪表設(shè)計開發(fā)成功定型并投入批量生產(chǎn)使用后，它的準(zhǔn)確度不穩(wěn)定性主要體現(xiàn)在小流量段上，因為該段的計量性能易受來自內(nèi)部轉(zhuǎn)動件的摩擦阻力影響。主軸、軸承和齒輪等零件的制造精度和裝配狀況差異，使葉輪產(chǎn)生不同的轉(zhuǎn)動阻力，阻力過大后，小流量會出現(xiàn)負(fù)超差。相比于智能式，機(jī)械式渦輪表由于傳動零部件較多，該情況更為明顯。
按檢定規(guī)程 JJG 1037－2008，渦輪表小流量段誤差的標(biāo)定點是 qmin[2]，從圖 1 典型特性曲線可以看出，在相同的流通設(shè)計結(jié)構(gòu)下，機(jī)械式渦輪表的 qmin 點誤差會相對偏負(fù)。
圖 1 典型特性曲線圖
1、口吹法的應(yīng)用：
1.1、依據(jù)：
GB/T 18940－2003 中關(guān)于渦輪表旋轉(zhuǎn)時間試驗指出，在無氣流的區(qū)域內(nèi)，渦輪表置于正常的工作位置，讓葉輪以適當(dāng)?shù)乃俣刃D(zhuǎn)，時間測量從旋轉(zhuǎn)開始直至葉輪停止轉(zhuǎn)動，依據(jù)該時間的長短，用來確定流量計機(jī)械阻力現(xiàn)在和過去比較的相對變化[3]。即一臺渦輪表在使用后，內(nèi)部機(jī)芯的運動零件發(fā)生了磨損，摩擦阻力將變大，它的葉輪旋轉(zhuǎn)時間會相應(yīng)變短，而且相同結(jié)構(gòu)規(guī)格的渦輪表間也存在這樣的可比性，旋轉(zhuǎn)時間較長者，一般小流量性能較優(yōu)。
來使葉輪以一定的速度旋轉(zhuǎn)，穩(wěn)定后切斷氣源，給葉輪計時。這種方法具有操作規(guī)范準(zhǔn)確的特點，但在實際應(yīng)用中，由于使用場所和設(shè)備上的要求，其靈活性和效率不高。
1.2、口吹法：
現(xiàn)介紹一種口吹法來實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)時間試驗。該方法無需設(shè)備投入，容易隨處開展，操作簡單，且判別又不失準(zhǔn)確。在首先排除周圍可能存在的干擾氣流影響后，將渦輪表水平放穩(wěn)，對準(zhǔn)其進(jìn)氣端整流器的通道口進(jìn)行吹氣，先緩后重，使葉輪不斷加速旋轉(zhuǎn)。連續(xù)吹氣幾次，并以接近自己***大的氣量吹一下結(jié)束，使葉輪盡可能地高速運轉(zhuǎn)，同時馬上開始計時，在葉輪停止旋轉(zhuǎn)后，記下葉輪旋轉(zhuǎn)的時間。這樣反復(fù)三次，得出葉輪的平均旋轉(zhuǎn)時間，根據(jù)這個時間 T 來判定渦輪表的準(zhǔn)確度是否能達(dá)到要求。當(dāng) T≥T0 時，該表小流量合格的機(jī)率很大，反之則不合格機(jī)率大，而且這個差值越大、相應(yīng)的機(jī)率越高。T0 為標(biāo)準(zhǔn)參考時間，是通過口吹法對合格表進(jìn)行計時統(tǒng)計，并結(jié)合標(biāo)定數(shù)據(jù)確定，宜取當(dāng) qmin 點誤差接近于-2%時的平均旋轉(zhuǎn)時間值，不同規(guī)格的渦輪表 T0 值也常不同。
1.3、口吹法的試驗示例：
現(xiàn)取的 LWQG-80-G160 機(jī)械式渦輪表 5 臺，流量范圍 13～250 m3/h，用口吹法測試。按檢定規(guī)程，共需檢測 4 個流量點的誤差，其中大流量段流量點分別為 250 m3/h、100 m3/h、50 m3/h，小流量段流量點為13 m3/h，然后以相同的儀表系數(shù)在標(biāo)準(zhǔn)裝置進(jìn)行標(biāo)定，記錄各樣機(jī)的數(shù)據(jù)如表 2 所示。
從表 2 中可以發(fā)現(xiàn)：
（1）相比于大流量點的示值誤差，各樣機(jī)在小流量點 13 m3/h 的誤差值差別明顯較大，這說明渦輪表的小流量計量性能的不確定性大。
（2）旋轉(zhuǎn)時間***長的 1#表的小流量點誤差相對較小，計量性能則較優(yōu)；而旋轉(zhuǎn)時間***短的 5#表，小流量點誤差就明顯偏大，計量性能也相對偏差，只達(dá)到 1.5 級的準(zhǔn)確度。
| 表 2 | 機(jī)樣試驗數(shù)據(jù)比較表 | ||||||
| 樣機(jī) 旋轉(zhuǎn)平均時間 T/s | 各流量點標(biāo)定誤差/% | 準(zhǔn)確度 標(biāo)準(zhǔn)參考時間 T0/s | |||||
| 250 m3/h | 100 m3/h | 50 m3/h | 13 m3/h | ||||
| 1# | 152 | +0.08 | +0.35 | +0.66 | -0.56 | 1.0 級 | |
| 2# | 140 | +0.12 | +0.39 | +0.57 | -0.86 | 1.0 級 | |
| 3# | 135 | +0.16 | +0.48 | +0.75 | -1.12 | 1.0 級 | 120 |
| 4# | 123 | +0.11 | +0.65 | +0.83 | -1.86 | 1.0 級 | |
| 5# | 115 | +0.13 | +0.56 | +0.81 | -2.27 | 1.5 級 | |
采用口吹法進(jìn)行旋轉(zhuǎn)時間試驗來判別渦輪表小流量計量性能，特別適合長期從事渦輪表產(chǎn)品技術(shù)開發(fā)、維修服務(wù)和生產(chǎn)標(biāo)定的技術(shù)人員，該方法不僅具有試驗條件要求低、操作簡便的優(yōu)點，在實際工作中體現(xiàn)出的高效性與實用性更是值得肯定。