温度对气体涡轮流量计的影响分析

陆 科 李 涛 刘 洋 韩 聪 庄 涛

(辽宁省计量科学研究院，沈阳 110004)



温度对气体涡轮流量计的影响分析

陆 科 李 涛 刘 洋 韩 聪 庄 涛

(辽宁省计量科学研究院，沈阳 110004)

气体涡轮流量计是一种被广泛使用的气体流量计量器具，具备可以将温度和压力修正得到标准体积的功能，国内已有文献阐述压力变化对气体涡轮流量计的影响，温度由于变化不大其影响较小，但在北方地区由于冬季天气恶劣，气温变化较大，一些气体涡轮流量计出现了计量不准确的情况，本文通过实际检测和对仪表的比对分析来确定温度对气体涡轮流量计的影响程度，并分析了可能导致计量不准确的原因。

气体涡轮流量计；极寒温度；示值误差；轴承；润滑剂

0 引言

气体涡轮流量计是一种流量测量仪表，流体流过涡轮叶片驱动其转动，叶片转动的速度与体积流量近似成比例，通过测量涡轮叶片的转速就可以推算出流过流体的体积。气体涡轮流量计有较好的稳定性和重复性，因此在日常检测过程中很少出现异常情况，但北方地区有用户反映经过溯源后的仪表开始使用正常，在天气变冷后涡轮流量计的计量出现了计量不准确的情况。通常情况下气体涡轮流量计的工作范围较宽，一般情况下温度变化对计量性能的影响较小，但在北方地区冬季的低温环境的确影响到了气体涡轮流量计的计量性能。

从结构上分析，气体涡轮流量计由紧固件、壳体、导向件、止推片、叶轮、电磁感应式信号检出器、轴承、后导向件、积算仪等组成，通过现场对用户反映的问题仪表的检查，其紧固件、壳体、导向件等均无损坏，轴承正常，积算仪设置未改变，温度压力传感器正常，复检结果并未出现较大差异，但在安装回现场后仍出现了计量不准确的情况。本文探讨导致气体涡轮流量计的计量不准确的原因。

1 温度对气体涡轮流量计的影响

2015年初，辽河油田某企业送检了10多台全新的德国某品牌G65DN50的气体涡轮流量计，准确度等级为1.0级，在音速喷嘴法气体流量标准装置上检测时出现绝大多数不合格的问题，而之前并未出现类似情况，该品牌流量计的合格率很高，通过对基表的检测与高频脉冲输出的检测，二者误差一致，且均为负误差，仪表显示与输出均正常。表1为误差最大的一台气体涡轮流量计高频脉冲输出误差和基表机械显示部分的误差值。

表1 气体涡轮流量计的机械显示和脉冲输出的误差

通过对标准装置的自检，并未发现异常，装置工作正常。为了保证检测的可靠性，将该批仪表在2000L钟罩式气体流量标准装置上进行了复检。音速喷嘴法气体流量标准装置与2000L钟罩式气体流量标准装置的系统误差在0.3%以内。通过复检发现气体涡轮流量计的示值误差在不断变化，重复性较差，随着检测时间的延长，示值误差不断减小，向正方向发展，考虑到音速喷嘴实验室的环境温度为10.5℃，钟罩实验室温度为20.1℃，因此进行恒温后再进行试验。恒温后再次对气体涡轮流量计进行检测，表2为该台气体涡轮流量计的高频输出误差。

通过表2可以发现在恒温后的检测结果误差发生了较大的变化，重复性也较好，考虑到两套装置的系统误差不超过0.3%，但实际检测结果最大误差偏移达到了2.30%，如此之大的偏移量并不是标准装置所引起的。将该台气体涡轮流量计马上拿到音速喷嘴气体流量标准装置上进行复测，所用喷嘴未改变，检测结果见表3。

表2 恒温后钟罩式气体流量标准装置检测的示值误差

表3 音速喷嘴气体流量标准装置复测结果

从表3可以发现在没有对仪表经过任何改动的情况下，在同样的装置下，仪表的示值误差合格，且和之前在装置上检测的误差发生了较大的偏移。通过分析实验中各个影响因素，发现变化较大的只有温度，为了确认影响因素为温度，将该流量计在音速喷嘴实验室10.5℃的环境温度下恒温，恒温后再进行实验，检测结果见表4。

表4 恒温后音速喷嘴气体流量标准装置复测结果

通过恒温后的涡轮流量计的示值误差与最开始检测的误差相接近，说明温度变化对仪表的误差产生了较大的影响。通过对送检用户的询问，由于用户是外地送检，出发较早，且送检车辆空间有限，所以在送检前一天晚上就将部分仪表的外包装拆掉，并将表装车，放置在室外，第二天早起送检，虽然在检测之前进行了短时间恒温，但表体温度仍然较低。

2 实验分析

为此选取此批流量计中3台较好的气体涡轮流量计进行环境影响性试验，试验条件一：在20℃情况下充分恒温，用钟罩式气体流量标准装置检测；试验条件二：用高低温试验箱恒温至与音速喷嘴实验室温度相同的温度下，约10.5℃，用音速喷嘴式气体流量标准装置检测；试验条件三：用高低温试验箱恒温至0℃，控制音速喷嘴实验室温度到0℃或略低于0℃，用音速喷嘴式气体流量标准装置检测。不同温度条件下三台气体涡轮流量计的示值误差曲线如图1所示。

图1 不同温度条件下三台气体涡轮流量计的示值误差曲线

通过对三块气体涡轮流量计的实验数据可以看出，温度对气体涡轮流量计的示值误差有明显的影响，但在大流量时的影响有限，流量越小影响越大。JJG 1037—2008《气体涡轮流量计》中，在对检定环境条件的要求中描述为5～45℃，检测温度在10.5℃时满足检测要求，通过对音速喷嘴法气体流量标准装置检测气体涡轮流量计的历史记录查阅和相同仪表不同年代的检测结果分析，发现气体涡轮流量计受温度影响的程度不尽相同，有的影响较小，也有的会发生一些误差偏移。可以看出温度对涡轮流量计的影响是有限的，且因生产厂家而异。对于这批气体涡轮流量计为何产生如此大的误差，通过分析和与该气体涡轮流量计的驻中国技术代表沟通，发现该类气体涡轮流量计在南方地区使用中几乎很少发生此类问题，而且在多个省级计量技术机构检测时也没有发生多台不合格的问题，但该气体涡轮流量计并未考虑在东北地区极寒状态下对仪表的影响。通过分析，气体涡轮流量计需要润滑剂润滑才能正常工作，在北方寒冷地区可能会出现涡轮润滑油低温性能不好，导致黏度变化较大，阻力增强，降低低温下涡轮轴承的旋转速率，从而引起小流量误差受温度影响较大的情况，类似于汽车发动机机油的特性，因此更换低温润滑油可以从一定程度上解决此类问题的发生。而很多出问题的气体涡轮流量计也大多由此类因素导致。

3 结束语

大部分气体涡轮流量计都配备了智能体积修正仪，可以将工况流量修正到标况流量，但实际极限条件下的温度仍会对气体涡轮流量计的机械性能产生一定的影响，有时也是不能忽略的，仪表生产企业应当充分考虑到这种极限条件，在机械结构设计时降低低温对机械部件的影响并提供适当的润滑油，用户在使用时也应当按时加注符合要求的专业润滑油，在有条件的情况下应当设置独立仪表室或其他措施来保护流量计。

[1] JJG 1037—2008涡轮流量计检定规程[S].北京:中国计量出版社，2008

[2] 杨有涛，徐英华，王子钢.气体流量计[M]．北京:中国计量出版社，2007

[3] 张涛，饶天利，郑力军.涡轮流量计误差原因分析[J].计量技术, 2010(11)：72-75

[4] 魏兵，贾克军，屈洪强.提高涡轮流量计使用准确度的方法[J].计量技术, 2011(1)：35-36

[5] 赵永胜，赵蕾荣.涡轮流量计常见故障及排除[J].计量技术, 2003(8)：65-67

10.3969/j.issn.1000-0771.2015.06.12