摘 要: 通過對機械表頭和電子表頭兩種結(jié)構(gòu)型式的氣體渦輪流量計的結(jié)構(gòu)、工作原理、實際應用幾方面所進行的分析比較, 增加燃氣計量用戶對氣體渦輪流量計產(chǎn)品的了解程度, 便于在選型時做出正確的選擇。
  氣體渦輪流量計是一種用于準確測量管道氣體流量的儀表, 廣泛應用于石油、化工、電力、工業(yè)鍋爐等燃氣計量領(lǐng)域。從結(jié)構(gòu)型式、讀數(shù)方式上分兩種: 一種是帶有LCD 顯示屏的電子表頭式, 一種是帶有低頻脈沖輸出的計數(shù)器字輪指示的機械表頭式。
  下面從氣體渦輪流量計的結(jié)構(gòu)型式方面作對比分析。

1、結(jié)構(gòu)與工作原理：
1.1、機械表頭式渦輪流量計的結(jié)構(gòu)與工作原理：
  如圖 1, 機械表頭式的氣體渦輪流量計主要由殼體、導流器、機心組件、計數(shù)器組件( 表頭) 、潤滑系統(tǒng)、智能體積修正儀( 可選) 幾部分組成。

圖 1 機械表頭式氣體渦輪流量計的結(jié)構(gòu)圖
( 1) 殼體 流量計的承壓部件, 其強度滿足標準規(guī)定的要求。
( 2) 導流器 位于殼體進口端, 作用是使氣體平穩(wěn)的通過測量元件。
( 3) 機心組件 是流量計的核心部分, 經(jīng)標定后的機心具有互換性。
( 4) 計數(shù)器組件( 表頭) 屬于非承壓部件, 機械字輪式計數(shù)器顯示出工作溫度、壓力條件下的體積流量, 表頭上裝有防爆低頻脈沖發(fā)生器, 所發(fā)出的低頻脈沖信號可用來對流量計進行測試或傳輸給體積修正儀。
( 5) 潤滑系統(tǒng) 流量計在使用過程中, 機心蝸桿軸兩端的軸承轉(zhuǎn)速特別高, 為保證其使用壽命, 需通過潤滑系統(tǒng)定期向流量計內(nèi)注油, 而且天然氣中還含有一些雜質(zhì)或冷凝物, 定期注油也會起到清潔軸承的作用。
( 6) 智能體積修正儀 屬于流量計的智能可選部分,能把實際工作溫度、壓力條件下的體積流量轉(zhuǎn)換成標準溫度、壓力條件下的體積流量?？筛鶕?jù)用戶需要進行配置。
  工作原理: 進入流量計的被測氣體經(jīng)截面收縮的導流器加速后, 作用在軸向安裝的葉輪葉片上, 葉輪受流體沖擊而旋轉(zhuǎn), 葉輪的旋轉(zhuǎn)角速度在一定的流量范圍內(nèi)與流體的流量近似成正比, 即葉輪轉(zhuǎn)數(shù)與被測氣體體積成正比。葉輪的轉(zhuǎn)動通過蝸輪蝸桿及磁耦合機構(gòu)傳送至表頭, 經(jīng)多級齒輪減速后傳到多位數(shù)的計數(shù)器上, 從而顯示出工作壓力和溫度條件下流過流量計的( 以立方米為單位) 被測氣體的累積體積量。

1.2、電子表頭式渦輪流量式的結(jié)構(gòu)與工作原理：
  如圖 2, 電子表頭式的氣體渦輪流量計主要由殼體、整流器、渦輪、信號檢測器、溫度傳感器、壓力傳感器、LCD 顯示屏( 體積修正儀) 、潤滑油泵幾部分組成。
( 1) 殼 體 、整 流 器 、渦輪、潤滑油泵幾部分的作用與機械表頭流量計的作用相同。
( 2) 信號檢測器 用來采集機心處所發(fā)出的高頻脈沖信號。

圖 2 電子表頭式氣體渦輪流量計的結(jié)構(gòu)圖
( 3) 溫度、壓力傳感器 屬于智能體積修正儀的一部分。工作原理: 當流體流入流量計時, 在整流器的作用下得到整流并加速, 由于渦輪葉片與流體流向成一定角度,此時渦輪產(chǎn)生轉(zhuǎn)動力矩, 在克服摩擦力矩和流體阻力矩后, 渦輪開始旋轉(zhuǎn)。在一定的流量范圍內(nèi), 渦輪旋轉(zhuǎn)的角速度與流體體積流量成正比。根據(jù)磁感應原理, 利用信號檢測器從與渦輪同步轉(zhuǎn)動的參考輪上感應出與流體體積流量成正比的高頻脈沖信號, 該信號經(jīng)放大、濾波整形后和溫度傳感器、壓力傳感器檢測到的溫度、壓力信號同時輸送給體積修正儀進行運算處理, 直接顯示于 LCD 顯示屏上。

2、脈沖信號輸出：
  機械表頭式渦輪流量計可以輸出三種頻率的脈沖信號: 直接從機心葉輪處及與葉輪同步轉(zhuǎn)動的參比輪處采集的同頻反相高頻脈沖信號 HF3、HF2; 在計數(shù)器減速齒輪系之前采集的中頻脈沖信號 HF1; 在計數(shù)器減速齒輪系之后(表頭)采集的低頻脈沖信號 LF。這三種脈沖信號都可用于對流量計進行示值誤差檢測, 但傳輸給智能體積修正儀的只有低頻脈沖信號 LF。一般情況下, 流量計出廠僅配置低頻脈沖發(fā)生器。電子表頭式渦輪流量計只能輸出一種直接從機心處采集的高頻脈沖信號, 并將此信號用于對流量計進行示值誤差檢測或傳輸給體積修正儀。

3、應用分析：
3.1、技術(shù)性能：
  從專業(yè)技術(shù)角度來說, 電子表頭式渦輪流量計一般由于無法有效降低儀表內(nèi)部阻力, 不經(jīng)修正的示值誤差曲線多處( 多段) 超差, 只有通過將儀表流量分為幾段采用不同的儀表系數(shù)進行非線性修正, 才能使它達到合格示值誤差曲線的要求。機械表頭式渦輪流量計的示值誤差曲線完全由儀表的結(jié)構(gòu)設計技術(shù)水平、零部件制造水平、裝配工藝水平、整機測試水平來決定, 不存在非線性修正的問題。示值誤差曲線比較如圖 3 所示。

圖 3 示值誤差曲線比較示意圖
  渦輪流量計在實際使用過程中, 由于氣質(zhì)、安裝條件、使用維護等原因, 有時會造成在線示值誤差曲線與標定示值誤差曲線偏移的現(xiàn)象。對于機械表頭式的流量計, 它的曲線如果發(fā)生偏移, 只是上下平移, 但曲線形狀不會發(fā)生改變。而經(jīng)過非線性電子修正的流量計, 當示值誤差曲線發(fā)生變化上下移動時, 被修正的流量段的固定修正值是不會隨著曲線的變化而變化的, 這樣曲線的形狀就發(fā)生了改變, 容易造成計量偏差。所以說機械表頭式渦輪流量計比電子表頭式渦輪流量計相對來說性能要穩(wěn)定得多。

3.2、安全性能：
  電子表頭式渦輪流量計的 LCD 顯示屏具有體積修正儀的功能, 能把經(jīng)過溫度、壓力修正的標準狀況下的累積體積量直接顯示在 LCD 顯示屏上。機械表頭式渦輪流量計所選配的智能體積修正儀與機械表頭上的字輪式計數(shù)器是同步顯示實際工作溫度、壓力條件下的體積流量,并可以在體積修正儀的液晶屏上顯示出轉(zhuǎn)換成標準溫度、壓力條件下的體積流量。
  由于電子元器件的性能受溫度、濕度等環(huán)境因素影響較大, 一旦電子顯示部分出現(xiàn)故障, 電子表頭式的流量計會造成已計量的累積體積流量全部丟失, 但機械表頭式的流量計還有機械計數(shù)器部分能顯示出工作溫度、壓力條件下的燃氣用量, ***大程度地降低燃氣公司的損失。所以相對來說, 電子表頭式的渦輪流量計不如機械傳動的機械表頭式的渦輪流量計安全、可靠。

3.3、市場應用：
  電子表頭這種結(jié)構(gòu)型式的渦輪流量計在國內(nèi)生產(chǎn)起步較早, 儀表內(nèi)部除了機心部分以外主要由電子元器件為主, 傳動部件少, 結(jié)構(gòu)較簡單, 制件成本較低, 所以售價相對便宜。機械表頭式的渦輪流量計, 從機心到表頭整機采用機械傳動, 傳動部件多, 結(jié)構(gòu)較復雜, 傳動部件加工精度高, 制造成本相對較高, 銷售價格也略高于電子表頭式的。
  電子表頭流量計在大流量燃氣計量的國內(nèi)市場初期應用比較廣泛, 為國內(nèi)大多數(shù)生產(chǎn)廠家和燃氣用戶所采用。另外, 在國內(nèi)某些重要的貿(mào)易計量場合, 從長期運行性能穩(wěn)定可靠、重復性好、準確度高等要求考慮, 許多燃氣公司指定使用國外原裝進口渦輪流量計, 這種流量計一般都是機械表頭式的。但是從國外進口原裝整機, 存在著價格高、手續(xù)麻煩、無法保證交貨日期、售后服務難等諸多問題。
  近年來, 隨著國內(nèi)燃氣行業(yè)新技術(shù)、新材料、新工藝的不斷應用, 渦輪流量計的制造技術(shù)也在不斷完善與成熟, 各國內(nèi)廠家也開始研制高準確度的機械表頭式渦輪流量計?，F(xiàn)在, 不用經(jīng)過非線性補償就能達到 1.0 級準確度的機械表頭式渦輪流量計已推向市場, 它的各項性能指標與從國外進口的機械表頭式渦輪流量計產(chǎn)品的水平相近, 但銷售價格卻比國外進口整機便宜一半以上, 它的供貨周期、售后服務及技術(shù)支持也更有保障。