口吹法初判氣體渦輪流量計的小流量誤差
摘要：針對當前氣體渦輪流量計在生產及維修服務的標定效率低的問題，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品做無效的標定，并通過分析氣體渦輪流量計的計量性能特點和結合樣機試驗結果，進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，主要應用于管道天然氣流量測量?；菊`差是渦輪表主要性能指標，按GB/T 21391－2008 規(guī)定，天然氣貿易計量用渦輪表誤差應滿足表１要求[1]。在生產過程中，每一臺渦輪表在完成生產裝配之后，都必須嚴格經過標準裝置標定檢測，合格后方可發(fā)貨銷售和使用。在今后使用中，渦輪表出現相應故障維修，也需經過再標定合格，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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實際生產中，一套標準裝置一般每次只能標定一臺渦輪表，正常情況下一次標定耗時在0.5～1 小時以上。如果產品標定不合格，返修后需再標定，反復直到產品檢測合格為止。對生產廠家而言，該環(huán)節(jié)生產效率較低。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計量部門進行標定，而每臺次幾百以上的標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中合格率本身相對偏低的規(guī)格表，在標定檢測前，若能對其計量性能進行一次比較準確而又簡單的初判，把不合格的辨別出來，避免無效的標定，這將對提高該產品的生產服務效率非常有利。
大量的生產標定數據表明，一款渦輪表設計開發(fā)成功定型并投入批量生產使用后，它的準確度不穩(wěn)定性主要體現在小流量段上，因為該段的計量性能易受來自內部轉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，使葉輪產生不同的轉動阻力，阻力過大后，小流量會出現負超差。相比于智能式，機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，在相同的流通設計結構下，機械式渦輪表的 qmin 點誤差會相對偏負。
圖 1 典型特性曲線圖
1、口吹法的應用：
1.1、依據：
GB/T 18940－2003 中關于渦輪表旋轉時間試驗指出，在無氣流的區(qū)域內，渦輪表置于正常的工作位置，讓葉輪以適當的速度旋轉，時間測量從旋轉開始直至葉輪停止轉動，依據該時間的長短，用來確定流量計機械阻力現在和過去比較的相對變化[3]。即一臺渦輪表在使用后，內部機芯的運動零件發(fā)生了磨損，摩擦阻力將變大，它的葉輪旋轉時間會相應變短，而且相同結構規(guī)格的渦輪表間也存在這樣的可比性，旋轉時間較長者，一般小流量性能較優(yōu)。
來使葉輪以一定的速度旋轉，穩(wěn)定后切斷氣源，給葉輪計時。這種方法具有操作規(guī)范準確的特點，但在實際應用中，由于使用場所和設備上的要求，其靈活性和效率不高。
1.2、口吹法：
現介紹一種口吹法來實現旋轉時間試驗。該方法無需設備投入，容易隨處開展，操作簡單，且判別又不失準確。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)，對準其進氣端整流器的通道口進行吹氣，先緩后重，使葉輪不斷加速旋轉。連續(xù)吹氣幾次，并以接近自己***大的氣量吹一下結束，使葉輪盡可能地高速運轉，同時馬上開始計時，在葉輪停止旋轉后，記下葉輪旋轉的時間。這樣反復三次，得出葉輪的平均旋轉時間，根據這個時間 T 來判定渦輪表的準確度是否能達到要求。當 T≥T0 時，該表小流量合格的機率很大，反之則不合格機率大，而且這個差值越大、相應的機率越高。T0 為標準參考時間，是通過口吹法對合格表進行計時統(tǒng)計，并結合標定數據確定，宜取當 qmin 點誤差接近于-2%時的平均旋轉時間值，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：
現取的 LWQG-80-G160 機械式渦輪表 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在標準裝置進行標定，記錄各樣機的數據如表 2 所示。
從表 2 中可以發(fā)現：
（1）相比于大流量點的示值誤差，各樣機在小流量點 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，只達到 1.5 級的準確度。
| 表 2 | 機樣試驗數據比較表 | ||||||
| 樣機 旋轉平均時間 T/s | 各流量點標定誤差/% | 準確度 標準參考時間 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 | |
采用口吹法進行旋轉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品技術開發(fā)、維修服務和生產標定的技術人員，該方法不僅具有試驗條件要求低、操作簡便的優(yōu)點，在實際工作中體現出的高效性與實用性更是值得肯定。