智能天然气流量计广泛应用于发电及热电联产、供热行业;航空、航天、造船、核能及兵器行业;机械、冶金、煤矿及汽车制造行业;石油、化工行业;医药、食品及烟洒制造行业;森工、农垦及轻工行业等。
天然气流量计对于测量气体来讲,差压式流量计是一类应用较广泛的流量计,在各类流量仪表中其使用量占居重要地位。近年来,由于各种新型流量计的问世,它的使用量百分数逐渐下降,但目前仍是较重要的一类流量计。差压式流量计是根据安装于管道中标准孔板产生的差压,已知的流体条件和标准孔板与管道的几何尺寸来计算流量的仪表。差压式流量计由一次装置(标准孔板流量计)和二次装置(差压变送器、配电器、控制器和流量计算机)组成。
①力矩分析
作用在涡轮上的力矩有:
a.流体流过涡轮时对叶片产生的转动力矩Tr,它是主动力矩。
b.涡轮轴与轴承之间摩擦产生的机械摩擦力矩Trm 。
c.流体流经涡轮时对涡轮产生的流动阻力力矩Trf。
d.电磁转换器对涡轮产生的电磁阻力力矩Tre。
因此,涡轮的旋转角速度。可表示为:
式中,J是涡轮的转动惯量。一般情况下,电磁阻力力矩Tre很小。涡轮以恒定的旋车转角速度旋转,因此,旋转角速度w对时间的微分为零。即有:
O=Tr-Trm-Trf
旋翼的导流片与轴线之间夹角为θ,流体的入口和出口流速为u1和u2。它们与圆周方向的夹角分别是α1和α2。流体对旋翼作用产生的旋转力是圆周方向的。根据动量原理,其圆周方向的力fr等于单位质量流体量在圆周方向的动量变化,即:
fr=gvρ(u1cosα1-u1cosα2)
式中,qv和ρ是流体的体积流量和密度。
因入口和出口圆周运动速度相等,有:ur1=ur2=ur=wr。
流体离开叶片的相对速度与圆周运动方向夹角等于叶片倾角θ,因此,有:β2 =90°-θ。
因流体流速的轴向分量没有变化,有:u1=u2sinα2
经化简,得:fr=qvρ(u1tanθ-wr)。因此,主推力力矩为:Tr=frr=rqvρ(u1tanθ-wr)
考虑u1-qv/A。 A是流通截面积。则有:
用仪表系数K表示,即:
式中,z是涡轮叶片数;f是涡轮产生的脉冲率。
根据上述,有下列结论:
a.当与Tr比较,Trm,和Trf可忽略时,即可近似认为它们的值为零,这时,天然气流量计的体积流量qv与涡轮产生的脉冲频率了成正比。
叶片数Z增加,则K增加,同样脉冲频率下流体体积流量减小,换言之,同样体积流量时的脉冲数增加。
倾角θ增加,则K增加,同样脉冲频率下流体体积流量减小,换言之,同样体积流量时的脉冲数增加。
叶片半径r减小或流通截面积A减小,则K增加,同样体积流量时的脉冲数增加。
考虑实际应用时,涡轮需要先克服静摩擦力矩后才能转动,因此,Trm不为零.仍假设流体阻力力矩Trf忽略。则刚开始旋转时的流量称为始动流量,这时,输出脉冲频率仍为零,即有:
因此,始动流量qvmin为:
始动流量与涡轮轴与轴承之间摩擦产生的机械摩擦力矩Trm有关,该力矩大则始动流量也大。倾角θ增加,从上式可知,一方面它使始动流量减小;另一方面,它增加了机械摩擦力矩,使始动流量加大。因此,倾角θ有一个优化值。
叶片半径r加大或流通截面积A减小,可减小始动流量。但也对仪表系数K有影响。
流体密度大,则始动流量小。因此,当流体温度变化引起其密度变化时,始动流量变化。
当流体流量大于始动流量后,流体主推力力矩主要克服流体阻力力矩,可忽略动摩擦力矩。因此,可根据流体流动状态进行分析。
层流流动。流体层流流动的阻力力矩可表示为流体体积流量的线性函数:Trf=C2μqv
式中,C1是阻力系数;μ是流体黏度。
紊流流动。流体紊流流动的阻力力矩可表示为流体体积流量的二次方函数:Trf=C2ρqv
式中,C2是阻力系数。ρ是流体密度。
仪表系数K。根据上述,绘制如图所示仪表系数与流体流量之间的关系曲线。