【摘 要】 本文針對于DN100 氣體渦輪流量計研發(fā)初期曲線不好的問題，從分析導(dǎo)流器的結(jié)構(gòu)入手，通過試驗證明導(dǎo)流器尾端的混合室的大小與曲線形狀有著規(guī)律性的關(guān)系，確定了***佳的混合室尺寸，進(jìn)而使得 DN100 氣體渦輪流量計的性能曲線得到了優(yōu)化。

前言：
 隨著天然氣在國內(nèi)的普及和利用，氣體渦輪流量計憑借其準(zhǔn)確度高、量程比寬的優(yōu)勢，越來越成為燃?xì)庥脩粲嬃看罅髁刻烊粴獾膶嵒?，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?zhǔn)確度，他們希望選用的流量計的曲線在全量程范圍內(nèi)與零線盡可能接近，這就要求曲線盡可能平直。國內(nèi)生產(chǎn)的流量計的讀數(shù)大多數(shù)為電子式流量計，其性能曲線經(jīng)過了非線性修正補償可以達(dá)到比較平直的狀態(tài)，而國外同類產(chǎn)品的讀數(shù)方式多數(shù)為純機(jī)械字輪式顯示，其性能曲線不經(jīng)過任何修正補償就可達(dá)到比較平直的狀態(tài)，長期以來因其具有穩(wěn)定性好、數(shù)據(jù)不易丟失等優(yōu)點，盡管價格高，但一直得到國內(nèi)用戶的廣泛認(rèn)可。
 丹東東發(fā)集團(tuán)開發(fā)的DN100型氣體渦輪流量計為純機(jī)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(wěn)；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(fù)；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(fù)，導(dǎo)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(jìn)行各種試驗。試驗中發(fā)現(xiàn)，改變導(dǎo)流器尾端混合室的軸向尺寸，曲線的形狀也有明顯而有規(guī)律性的改變，可以同時達(dá)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(nèi)的曲線更平緩，達(dá)到***佳，進(jìn)而保證了產(chǎn)品的準(zhǔn)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(shè)計和標(biāo)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(yīng)當(dāng)使葉輪處氣體的速度輪廓基本均勻，以達(dá)到準(zhǔn)確計量的目的，安裝于流量計入口處的導(dǎo)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(dǎo)流器與葉輪的位置關(guān)系。

圖 1 氣體渦輪流量計的部分結(jié)構(gòu)

  導(dǎo)流器（有時也稱整流器）對被測流體起壓縮、整流、導(dǎo)向作用，使氣體流過渦輪流量計處于規(guī)則狀態(tài)，消除由紊流和旋渦產(chǎn)生的漩渦對流量計的不利影響，改善流動狀態(tài)[5]。在導(dǎo)流器的前端，沿圓周方向均勻分布的整流葉片將環(huán)形的氣流通道分隔成多個等間距的小通道，正是這種結(jié)構(gòu)使葉輪處橫截面內(nèi)的流速非常均勻；整流葉片的尾端與葉輪間的環(huán)狀區(qū)域為無導(dǎo)流葉片間隔的流通的環(huán)狀區(qū)域，我們稱之為混合室（參見圖 1）。本文將要以丹東東發(fā)集團(tuán)有限公司生產(chǎn)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(guān)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(dǎo)流器，依次裝配于同一臺流量計上，在相同的環(huán)境條件下依次測試示值誤差，比對，分析。
 
2.2、試驗及數(shù)據(jù)分析：
 把混合室長度分別為 25mm 、30mm 、35mm 、40mm 的導(dǎo)流器，按照 2.1 所述方法裝配并測試，數(shù)據(jù)詳見表 1。
 
表 1 混合室長度“A”為不同時流量計的示值誤差 

 
將表 1 的數(shù)據(jù)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(jié)論：
 根據(jù)表1的數(shù)據(jù)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(fù)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(biāo)準(zhǔn)中對氣體渦輪流量計的誤差要求是大中流量段（0.2Q_max～0.2Q_max）為±1%，小流量段（Q_min～0.2Q_max）為±2%，即曲線全部分布在灰色虛線框內(nèi)即為合格曲線。
  對于上述試驗的 DN100 G250 型流量計，***初設(shè)計時導(dǎo)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(yōu)曲線，將其做適當(dāng)（向正方向）的調(diào)整（+0.6），可使曲線在整個流量范圍內(nèi)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(yōu)的的導(dǎo)流器混合室長度尺寸，***終選擇A=40。通過批量生產(chǎn)驗證，導(dǎo)流器的改進(jìn)使得產(chǎn)品的曲線形狀得到了大幅度地改善。
 
3、結(jié)束語：
 優(yōu)化氣體渦輪流量計曲線的途徑很多，本文僅對導(dǎo)流器尾端混合氣室的軸向尺寸大小對曲線的影響進(jìn)行了試驗。
 導(dǎo)流器整流葉片的作用是降低旋渦、使葉輪處橫截面積內(nèi)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(jié)構(gòu)的導(dǎo)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(fù)。設(shè)計時，要確定導(dǎo)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(tǒng)機(jī)械阻力的不同，混合室占導(dǎo)流器長度比例也會不同，需通過試驗方可得出結(jié)論。