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影响气体涡轮流量计流量范围和性能的主要因素

发布时间:2017-12-07 09:25:29
 

摘要:对影响双叶片气体涡轮流量计流量范围和性能的4个主要因素(叶片安

装角、磁电转换器的磁感应强度、叶片轴架安装位置和轴尖轴承添加润滑油

)进行了大量试验。通过数据分析,对上述4个因素确定出最佳取值范围。

目前,已批量生产,并在大庆长垣南部油田采油七厂计量站上已推广应用26

台DN25流量计,其中6台流量计已连续使用半年多未出现任何故降,用户反

映良好。从而解决了大庆低产油田井口测气的技术难题,满足了生产需要。
1、前言
双叶片气体涡轮流量计是一种新型流量计,其结构设计新颖独创,流量变送

器的转子上只有2个叶片,采用摩擦力矩最小的轴尖轴承,设计了一个尺寸

很小的轴架。具有灵敏度高、压力损失小、耐砂性强、使用寿命长、体积小

、重量轻、安装维修方便等特点。该流量计于1992年获国家专利(专利号

ZL92227907.1)。
目前已生产了量程范围为15~150m³/h和30~200m³/h的DN25和DN50两种规格

双叶片气体涡轮流量计。为满足气产量变化幅度大的生产实际需要,特别是

老油田和低产油田产气量较低的需要,只需扩大DN25和DN50流量计流量范围

的下限。为此对可以改善小流量性能的4个主要因素(叶片安装角、磁电转

换器的磁感应强度、叶片轴架安装位置和轴尖轴承添加润滑油)做了大量试

验,并对试验数据进行了研究分析,最后得出了它们的最佳取值范围,达到

了扩大下限量程的目的。
2、主要技术指标
扩大流量范围下限的流量计的主要技术指标如下:
公称通径:DN25,DN50
流量范围:5~50m³/h,10~139m³/h
介质温度:-20℃~100℃
最大工作压力:6.4MPa
精度等级:2级
防爆标志:iaⅡBT3
关联设备:JZA-1晶体管组合安全栅
防护等级:IP54
外供电压:12VDC±20%
累积值显示位数:9999999.9m³
瞬时值显示位数:999m³/h
输出信号:脉冲Vpp>9V.2ms
环境温度:-20℃~50℃
3、试验研究
试验是在国家原油大流量计量站的喷嘴式气体流量标准装置和150L钟罩式气

体流量标准装置上完成的,其准确度为±0.5%和±0.2%。该喷嘴式气体流量

标准装置的最大流量上限为139m³/h。
3.1叶片安装角试验
对DN25流量计分别做了叶片安装角a为27°和34°的变角度试验,其结果见

表1和图1。

对DN50流量计分别做了a为13.5°、27°、32°和37°变角度试验,其结果

见表2和图2。

当叶片安装角a较小时,叶片所受驱动力矩较小,阻力矩相对较大,使仪表

系数较小,导致小流量时性能曲线较差,下限流量值较高,量程范围变窄,

启动流量较高。反之,当a较大时,仪表系数变大,使小流量性能曲线变好

,可测量较低的流量,量程范围变宽。通过变角度试验可知,增大叶片安装

角,可改善小流量性能,达到扩大量程的目的。但是,当a太大时,叶片所

受驱动力矩很大,使叶片高速旋转,则轴尖轴承将受到较大的推力,使轴尖

轴承磨损较大,流量计使用寿命降低。因此,a取值要适当,既要保证流量

计的量程范围,又要考虑轴承磨损问题。
3.2磁感应强度试验       

位于流量计之上,紧贴壳体处安装着磁电转换器,它将对涡轮叶片(由铁磁

性材料制成)产生一个恒定的磁性阻力矩。无论叶片处在静止或转动过程中

都将始终受到这一磁力作用。这一磁力将直接影响着流量计的性能,尤其小

流量时影响更大。为了研究该磁力对流量计性能的影响情况,我们选取适当

的磁感应强度,对同一台DN25流量计进行了变磁感应强度B的影响试验,其

试验结果见表3和图3。

试验结果表明,同一台流量计使用两个不同磁感应强度的磁电转换器,其测

试结果不同。当B为660×10-4T时,叶片将受到一个较大的磁性阻力矩作用

,使叶片转速变低,仪表系数较小,致使小流量特性曲线较差。反之,当B

为320×10-4T时,叶片所受磁性阻力矩较小,叶片转速加快,仪表系数变大

,因而使小流量特性曲线变好。由此可知,磁感应强度的大小主要影响流量

计小流量的性能曲线,一般选用较小的强感应强度,可以改善小流量性能,

达到扩大量程的目的。但是,当磁感应强度较低时,其输出的脉冲信号幅值

也较低。当流量计壳体或管路偶而发生较大振动时,磁电转换器也将输出一

低幅值的脉冲信号,从而给流量测量带来误差。因此,为了减小振动干扰影

响,提高测量精度,则要求选择适当的磁感应强度。既要保证流量计的量程

,又要使流量计具有一定的抗干扰能力。
3.3轴架位置试验
叶片静止时由于受磁电转换器的吸引,叶片所在位置如图4所示。当气体流

过时,由于轴架几乎把上部叶片的迎流面积挡住,这时只有下部叶片受到气

体的冲力,而上部叶片几乎不受力,所以需要较大的启动流量才能使叶片转

动。通过对DN25流量计的试验,当轴架垂直时最小启动流量为5m³/h。

为了降低启动流量,把图4中的轴架顺时针旋转90°,轴架为水平位置如图5

所示。这样,上、下叶片都受到气流作用,则最小启动流量为3.7m³/h。由

此看出,轴架水平安装较好,不但所需的启动流量较小,亦可达到扩大量程

范围的目的。

3.4轴尖轴承添加润滑油试验
通常,流量计在出厂标定前都在轴尖和轴承处加入少量的润滑油,以防轴尖

和轴承磨损过快。但是,由于润滑油具有一定的粘性,它将影响流量计的性

能,故我们对同一台流量计做了不加润滑油和加润滑油的试验,其试验结果

见表4和图6.

通过试验表明,润滑油对流量计小流量的性能的影响较大,随着流量的增大

,两条曲线之间的差值逐渐减小。由于轴尖和轴承的摩擦阻力很小,并且采

用硬质合金材料制成,耐磨性很强,故建议流量计在出厂标定前可以不必加

入润滑油。
4、结论
目前,经过改进后的DN25双叶片气体涡轮流量计已经在大庆长恒南部的低产

油田采油七厂计量站中推广应用26台,其中已有6台流量计已连续运行半年

以上,没有出现故障,用户反映良好。它为解决大庆外围低产油田井口测气

创造了条件。
(1)随着叶片安装角度的增大,将使流量计的,小流量性能变好,量程扩大

。但是,轴尖轴承磨损亦大,所以在流量计设计中,叶片安装角度取值要适

当,既要保证流量计的量程,又要考虑轴承磨损问题。
(2)减小磁电转换器的磁感应强度,也可达到扩大量程的目的。但是,外

部振动干扰信号也将影响流量测量粘度,因此磁感应强度取值要适当,要时

考虑流量计的量程和抗干扰能力。
(3)由于该流量计仅有2个叶片,应该尽量增大叶片的迎流面积,减小启动

流量,扩大量程范围,所以轴架要求水平放置为好。
(4)由于轴尖轴承的摩擦阻力很小,并采用硬质合金制成,耐磨性强,因

此建议该流量计出厂前可不必在轴尖轴承处添加润滑油。现场推广应用,证

明该种流量计是一种理想的油田井口测气仪表。它具有测量范围宽,耐砂性

强,故障率低等突出优点。