機油流（liú）量計的工作原理與流量特性及性能測試
點擊次數：2871 發布時間：2020-11-06 05:29:42
1 機油流量計的工作原理與流量特性
1.1 工作原理
機油流量計是一種帶機械計數器（qì）並（bìng）用於精確測量（liàng）氣體流量的流量計，其（qí）工作原理如圖（tú）1 所示：當氣（qì）流進入流量計時，*先經過特殊整流器（qì）整流（liú）並加速，在流（liú）體的作用下，渦輪（lún）克服阻（zǔ）力矩開始轉動。當力矩達到平衡時渦輪轉（zhuǎn）速穩定，此時其（qí）轉速與氣體工況流量成正比，並通過齒輪減速傳動以及磁耦合聯接驅動字輪計數器轉（zhuǎn）動（dòng），直接累積氣體的工況體積總量。
因通過渦輪的（de）流量與渦（wō）輪轉速成正（zhèng）比，高頻信號（hào）脈衝輸出頻率 與渦輪轉速存在下列
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對一定精度的流量計而言，在一定的流量範圍內，其儀表係數K 應接近常數。理論上儀表係數K 與體積流量q成如下關係，即
式中（zhōng）：K—儀表係數，為工況條件下每立方米通（tōng）過流量傳（chuán）感器時輸出的脈衝數，1/m3 ；
q—工況體積流量m3 s 。
綜上所述（shù），儀表係（xì）數K 在實際上除渦輪導程、葉片數（shù）、葉片寬度、螺旋升角、流量計流（liú）體通道等（děng）結構因素有關外，還與介質流（liú）體粘性、軸承本身阻尼、軸承潤滑油粘度等有（yǒu）關，若以上其中一種或幾種相關因素發生（shēng）改變，則儀表係數K就會相應改變。故每台流量計均應通（tōng）過檢定得出儀表係數。
1.2 流量特性介紹
K—q關係曲線稱（chēng）為渦輪流量計的流量特性曲線。理論上， K—q關係應是（shì）一條水平直線，但實際上由於在不同（tóng）的（de）流動狀態下，流體產生阻力機理不同，效果也不同，所以使（shǐ）特性曲線（xiàn）成為曲線形狀。 以DN50 為例，如圖2 所示。
由圖2 可見，儀表係數可分為二段，即線（xiàn）性段和非線性（xìng）段。在非線性段， 實際特性（xìng）受軸承摩擦力、流體粘性阻力影響較大。當流量低於（yú）Qmin 時（shí），儀表係數隨著流量迅速變化。壓力損失與流量的平（píng）方成正比關係。通常線性（xìng）段約為工作（zuò）段的2/3，其特性與渦輪結構參數及流（liú）體粘性有關。隨流量的變化其儀表係數K 也會有一定的變化（huà），但變化不大，通（tōng）常（cháng）將其變化幅度（dù）稱為流量計的計量準確度。對於產品設計而言，期望能將線性段的流（liú）量範圍拓（tuò）展，一台流量計能覆蓋同口徑的不同流量範圍，使得產品量程比變寬從而降低生產管理與生產批量（liàng）加工成本。對於1.0 級的高壓（yā）機油流量計，以Qt（0.2Qmax）為分界流量點，將計量線性分為兩段，其（qí）中一段的（de）*大允許誤差為±2%，而另一段的*大允許誤差為±1% 。按圖2 所（suǒ）示，通常每台渦輪流量計均有較為相似特性（xìng）曲線，若將可測量流量範圍做寬，就（jiù）能在同口徑不同（tóng）流量範圍（wéi）進行分段截取，以實現一台流量計能覆蓋同（tóng）口徑的不同流量範圍。
2 高壓渦輪流量計研製
高壓機油流量（liàng）計主要是由鍛（duàn）鋼殼體、表芯總成（chéng）、機械顯示計數器、高壓油泵、高低頻信號輸（shū）出（按客戶（hù）要求選配（pèi））等組成；根據EN12261 要求，設計高壓渦輪流量計內部結構、外觀等並對殼體與軸承進行設計計算；研究高壓供油（yóu）係統的（de）結構設計，避免（miǎn）軸承（chéng）潤滑油回（huí）流等不良現象；研究渦輪防衝擊結構設計，緩衝因（yīn）流量波動引起瞬間衝擊力；研究雙向增計數的新型機械計數器，主要解決（jué）了流量計由（yóu）於其單向計數的特性，而導致倒置安裝（zhuāng）時出現計數不增反減的問題（tí）。
2.1 殼體與軸承設計計算（suàn）
高（gāo）壓機油流量計殼體作為主要的承壓（yā）零部件，應進行強度校（xiào）核計算。並可（kě）將其視為鋼管，並根據標準GB50316 與GB150 中（zhōng）相關規定，計算壁厚ts 計算公式：
式中 ts—計算厚度（mm）；
P—設計壓力（MPa）；
Do—管子外徑（mm）；
—在設計溫度下材料的許（xǔ）用應力（MPa）；
Ej —焊接接（jiē）頭係數；
Y—計算係數。
以DN50-PN100 為例，將殼體設計參（cān）數代入（4）中直
而對於轉（zhuǎn）速較高的軸承，軸承可靠度為90%，軸承材料為常規材料（liào），其基本額定動載荷計算公式（shì）如下[3]：
將選型軸承（chéng）的參數代入（5）、（6）中直接得出基（jī）本額定動載（zǎi）荷C，而選型軸承的動（dòng）載荷Cr 必須大於基本額定動載荷C 才能滿足設計要求。
2.2 高壓（yā）供油係統
流量計所需軸承潤滑油必須在內部密封、持久、免維（wéi）護或者采（cǎi）用外部注入（rù）的方式。高壓渦輪（lún）流量計結構設計應采取外部注（zhù）入（rù）方式進行（háng）潤滑軸承。該方式必須（xū）克服高壓氣體對（duì）潤滑油管反作用力，壓力越高，反（fǎn）作用力越（yuè）強。對供油係統提出（chū）更高的要求，目前行業內的中低壓供油結構已不（bú）適用，可能會引起潤滑油回流或密封圈提（tí）前失（shī）效等問題。
應研製一種高壓供油係統，其主要是通過手動（dòng）油泵（bèng）將潤滑油從油杯（bēi）注入注油（yóu）腔中，而（ér）注油腔中的潤滑油是通過兩隻阻回流單向閥以及內置供（gòng）油管（guǎn）路（lù）將潤滑油直接注入需潤滑軸承附近的儲油區內；而手（shǒu）動油泵是由手（shǒu）柄、油泵座（zuò）、油杯、
活塞、O 型密封圈等組成；該結構設計的亮點在於采用兩隻單向閥其一（yī）內置油泵，另一（yī）嵌入管道，實現雙重阻回流功能，並提高高壓管道供油可靠性（xìng）；而且將所有油管內置，該供油管路設計結構簡單、緊湊，實現一體化潤滑，順利解決生產過程與（yǔ）搬運物（wù）流對外部引油管路造成傷害；
2.3 渦輪（lún）防衝擊與高頻信號檢測係統
為了（le）減緩流（liú）量波動、管（guǎn）道（dào）震動對渦輪生產瞬間衝擊力，研究（jiū）計量（liàng）芯的內部結構（gòu）。通常計量芯中前後軸承均是徑向旋轉作用，對（duì）瞬間衝擊力的承受能力有限，若操作不當，對（duì）流量計壽命與精（jīng）度影響甚大。考慮以上因素，對（duì）計量芯內（nèi）部結構進行改進。將主軸的前後軸承作用力分開，前軸承為徑向旋轉作用，後軸承為軸向推力（lì）作用，後軸承也可與推力軸承或波紋墊圈配合使用。能有效的抑製流體瞬間衝擊力，並配合（hé）渦輪形成反向推力，能較快將渦輪調整至平衡狀（zhuàng）態，從（cóng）而（ér）改善渦輪（lún）流量計的壽命與精度。
目前國內外取高頻信（xìn）號傳（chuán）感器頻率*高大概（gài）為2000Hz，而且（qiě）大部分（fèn）製造商采取穿過流體通道的方式插入計量芯內部實現信號采取（qǔ）。此方式會引起高（gāo）、低頻檢定的示值誤差不（bú）一致。而我司（sī）目前使用的新型高頻旋轉檢測傳（chuán）感器是通過專業生產廠家特殊（shū）定製，所采（cǎi）集的信號是（shì）通（tōng）過渦輪的葉片放大的，對流體通（tōng）道無任何影響，其頻率*高能達到3 500 Hz 或者更高。通過該傳感技術的應用（yòng），並采用新型信號處理放大技術（shù）和獨特的濾（lǜ）波技術，有效地剔除壓力波動和管（guǎn）道振動所產生的幹擾信號，提高流量（liàng）計的抗幹擾能力。從而克服了因頻率高（gāo）而丟失信號的難題，提高產品（pǐn）對小流量的靈敏度和（hé）精度，更便於用戶高頻檢定操作等。
2.4 雙向（xiàng）增計數的新型機械計數器
目前市場上的機械計數器計數均為（wéi）正向進氣（qì）時計（jì）數器正向計數，反向（xiàng）進氣時計數器反走。而帶單向計（jì）數功能的渦輪流量計是（shì）一種能夠在渦輪流量（liàng）計左進右出進氣、垂直（zhí）安裝（zhuāng）、水平安（ān）裝條件下均能滿足單向計（jì）數（單向計（jì）數可分為正向（xiàng）計數與反向計（jì）數；按目前市場需求，此單向計數便是通常所（suǒ）說的正向計數）。然而，在（zài）燃氣計量市場中（zhōng）有部分投機分子為了盜氣（qì）等原因將渦輪流量計（jì）倒置安裝，使得單向計數器的計數不增反退（tuì）。為了（le）避免上述問題再次（cì）出現，設（shè）計具有自主知（zhī）識產權帶雙向增（zēng）計數功能的新型渦輪流量計（jì），其中包括渦輪流量計基表、上磁耦合（hé）組件、主軸、主錐（zhuī）齒輪、錐齒輪組件和計數字輪組件等。雙（shuāng）向增計數功能實現如圖3 所示，主要是通過增加單向軸承的（de）數量，並對稱分（fèn）布在主錐（zhuī）齒輪的兩側，通過單（dān）向軸承與錐齒輪的緊配合，實（shí）現正反進氣情況下始終有（yǒu）一隻單（dān）向軸承通過其單向特性帶動驅動軸轉動，並由驅動軸帶動另一隻因反向而發生自鎖的單向軸承轉動（dòng），保證驅動軸始終沿一個方向轉動，從（cóng）而保（bǎo）證即使倒置安裝，機械計數也會隻增不減。該結構設計也能有效解決因管道震動、齒輪反向間隙而引起機械顯（xiǎn）示不整齊等問題。
3 高壓渦輪流量計的性能測試
該流量計（jì）的研製以歐盟標準EN 12261：2002（Measurement of natural gas flow by turbine meters) 與OIMLR137-1 作為產品設（shè）計依據並嚴（yán）格按照標準進行性能測試，該性能（néng）測試包括：耐久性試驗、彎矩與扭矩試驗、短（duǎn）時過載試（shì）驗、擾動試驗、高（gāo）低溫性能測（cè）試等；本文詳細介紹（shào）耐久性試驗、彎矩與扭矩試驗
3.1 耐久性測試
渦輪流量計進行耐久性測試的目的在於確認流量計在指定條件下、額定的使用壽（shòu）命裏的計量性能是否符合上述的分段要求，即。
還需確認各種安（ān）裝位置（zhì）是否影響測試樣機的計量性能，安裝位置可分為：水平方向、垂直向上與（yǔ）垂直向下；而且不同安裝位置樣機在耐久（jiǔ）性（xìng）測試前後的指示誤差的變（biàn）化量不（bú）得超過*大允許誤差的1/3。
整個耐久性測試以DN80-G100 樣機為例進（jìn）行說明，*先是（shì）將三台樣（yàng）機分（fèn）別安裝在不同安裝位置的同一管道中，其管道是由（yóu）0.8 MPa 壓縮氣體為介質以樣機*大流量進行循環運行，以每1 000 h 為運行周（zhōu）期將樣機拆卸並在（zài）標準（zhǔn）氣體流量裝（zhuāng）置做相應性能測試，經過7 000 h 運行如圖4 所示。
從圖4 分析可（kě）知：
①該測試樣機滿足耐久性測試要求，指示誤差的變（biàn）化量未超過*大允許誤差的1/3。
②軸承經過長時間運行（háng）磨合（hé）更趨於穩定，長期運行後非（fēi）線性段更趨於理（lǐ）想（xiǎng）特性（xìng）曲線。
3.2 彎矩與扭矩測試
對於高壓機油流量計來說，還應當（dāng）詳（xiáng）細說明流量（liàng）計（jì）所需求的彎曲與扭力力（lì）矩的保（bǎo）護水平（píng）。此數據是通過試驗直接獲得，彎矩測試裝置如圖5-a 所示，直管段1 連接氣體流量標準裝置（zhì），在直管段2 預先確定的力臂L 位置附加垂直方（fāng）向的力F 而形成彎矩（jǔ）M；扭矩測試裝（zhuāng）置如（rú）圖5-b 所示，直管（guǎn）段1 連接氣體流量標準裝置（zhì），在直管段2 側麵預先確定的力臂L 位置（zhì）附加垂直方向的力F 而形成扭矩T。而彎矩與扭矩均是作用於流量計入口與出口法蘭處。由於此項測試（shì）主要針對流量計強度的校（xiào）核，為了更有說服力、提高可靠（kào）性，故將鋁合金殼體的中（zhōng）低壓（yā）渦輪流量計DN80-G100用於此次測試。而整個測試過程是將（jiāng）砝碼F 按EN12261 表10 中要求1 倍、2 倍直至做到4 倍（即力矩為（wéi）3 040 N·m），未發現流量計殼（ké）體有任何異常變化。而測試結果表明在施加砝碼F 之前、過後得到的指示誤（wù）差與施加砝碼F 之前的指示誤差未有明顯變（biàn）化。
3.3 *三方（fāng）高壓實流（liú）檢定測試
為（wéi）了確認（rèn）高壓渦輪流量（liàng）計在高壓氣體介質中計量性能是否滿足工業貿易計（jì）量（liàng）要求，將多台DN80-G160 樣（yàng）機發往*三（sān）方（fāng）檢測機構**石油天然（rán）氣大流量計量站南京分站進行6 MPa 實流檢定；檢定合格，準確度等級為1.0 級，相對於常壓檢定數（shù）據樣機的儀表係數K 有所偏移，但仍在允許誤差範圍內（nèi）。其中南京分站使用小流量標（biāo）準裝置對編號為131228041 的DN80 渦（wō）輪流量計進行檢定，該樣機在常壓與高壓檢定比對數據（jù）如圖6 所示。而流量計的儀表係數K 的計算（suàn）如下：
根據上式(7)、(8) 並結合圖6 可得（dé）出。
①該樣機完全滿足工業貿易計（jì）量的（de）指示（shì）誤差要求。
②高（gāo）壓相對於常壓整體線性會向正向偏移+0.65%。
③高壓相對於常壓（yā）整體線性較（jiào）為平穩，而且線性誤差有向理想誤差曲線靠攏的（de）趨勢。
根據實際流量計（jì）的所測得儀（yí）表係數K 更換對應齒輪傳動（dòng）比，使機械表頭顯示部分和齒輪轉動發出低頻脈衝輸出均與高頻脈衝輸出匹配，實際三者關係如下：
在機（jī）械設計當（dāng）中，為了降低（dī）齒輪模具的投入成本，應（yīng）通過試驗確認流量計K與i ，以控（kòng）製i在（zài）不同口徑不同流量範圍內的可調區間均（jun1）是一致的。
4 結束語
研製成功的高（gāo）壓渦輪流（liú）量計順利通過浙江省技術監督檢測（cè）研究院各種性能測試並獲得相應型式（shì）批準**，該流量計（jì）的（de）各項指標和技術性能完全滿足工業貿易計量的要求，而且打破國外高壓長輸管線領（lǐng）域的技術壟斷，為以後（hòu）積累（lèi）高壓長輸管線長（zhǎng）期運行經驗奠定堅實的基礎。
1.1 工作原理
機油流量計是一種帶機械計數器（qì）並（bìng）用於精確測量（liàng）氣體流量的流量計，其（qí）工作原理如圖（tú）1 所示：當氣（qì）流進入流量計時，*先經過特殊整流器（qì）整流（liú）並加速，在流（liú）體的作用下，渦輪（lún）克服阻（zǔ）力矩開始轉動。當力矩達到平衡時渦輪轉（zhuǎn）速穩定，此時其（qí）轉速與氣體工況流量成正比，並通過齒輪減速傳動以及磁耦合聯接驅動字輪計數器轉（zhuǎn）動（dòng），直接累積氣體的工況體積總量。
因通過渦輪的（de）流量與渦（wō）輪轉速成正（zhèng）比，高頻信號（hào）脈衝輸出頻率 與渦輪轉速存在下列
|=nZ
對一定精度的流量計而言，在一定的流量範圍內，其儀表係數K 應接近常數。理論上儀表係數K 與體積流量q成如下關係，即
式中（zhōng）：K—儀表係數，為工況條件下每立方米通（tōng）過流量傳（chuán）感器時輸出的脈衝數，1/m3 ；
q—工況體積流量m3 s 。
綜上所述（shù），儀表係（xì）數K 在實際上除渦輪導程、葉片數（shù）、葉片寬度、螺旋升角、流量計流（liú）體通道等（děng）結構因素有關外，還與介質流（liú）體粘性、軸承本身阻尼、軸承潤滑油粘度等有（yǒu）關，若以上其中一種或幾種相關因素發生（shēng）改變，則儀表係數K就會相應改變。故每台流量計均應通（tōng）過檢定得出儀表係數。
1.2 流量特性介紹
K—q關係曲線稱（chēng）為渦輪流量計的流量特性曲線。理論上， K—q關係應是（shì）一條水平直線，但實際上由於在不同（tóng）的（de）流動狀態下，流體產生阻力機理不同，效果也不同，所以使（shǐ）特性曲線（xiàn）成為曲線形狀。 以DN50 為例，如圖2 所示。
由圖2 可見，儀表係數可分為二段，即線（xiàn）性段和非線性（xìng）段。在非線性段， 實際特性（xìng）受軸承摩擦力、流體粘性阻力影響較大。當流量低於（yú）Qmin 時（shí），儀表係數隨著流量迅速變化。壓力損失與流量的平（píng）方成正比關係。通常線性（xìng）段約為工作（zuò）段的2/3，其特性與渦輪結構參數及流（liú）體粘性有關。隨流量的變化其儀表係數K 也會有一定的變化（huà），但變化不大，通（tōng）常（cháng）將其變化幅度（dù）稱為流量計的計量準確度。對於產品設計而言，期望能將線性段的流（liú）量範圍拓（tuò）展，一台流量計能覆蓋同口徑的不同流量範圍，使得產品量程比變寬從而降低生產管理與生產批量（liàng）加工成本。對於1.0 級的高壓（yā）機油流量計，以Qt（0.2Qmax）為分界流量點，將計量線性分為兩段，其（qí）中一段的（de）*大允許誤差為±2%，而另一段的*大允許誤差為±1% 。按圖2 所（suǒ）示，通常每台渦輪流量計均有較為相似特性（xìng）曲線，若將可測量流量範圍做寬，就（jiù）能在同口徑不同（tóng）流量範圍（wéi）進行分段截取，以實現一台流量計能覆蓋同（tóng）口徑的不同流量範圍。
2 高壓渦輪流量計研製
高壓機油流量（liàng）計主要是由鍛（duàn）鋼殼體、表芯總成（chéng）、機械顯示計數器、高壓油泵、高低頻信號輸（shū）出（按客戶（hù）要求選配（pèi））等組成；根據EN12261 要求，設計高壓渦輪流量計內部結構、外觀等並對殼體與軸承進行設計計算；研究高壓供油（yóu）係統的（de）結構設計，避免（miǎn）軸承（chéng）潤滑油回（huí）流等不良現象；研究渦輪防衝擊結構設計，緩衝因（yīn）流量波動引起瞬間衝擊力；研究雙向增計數的新型機械計數器，主要解決（jué）了流量計由（yóu）於其單向計數的特性，而導致倒置安裝（zhuāng）時出現計數不增反減的問題（tí）。
2.1 殼體與軸承設計計算（suàn）
高（gāo）壓機油流量計殼體作為主要的承壓（yā）零部件，應進行強度校（xiào）核計算。並可（kě）將其視為鋼管，並根據標準GB50316 與GB150 中（zhōng）相關規定，計算壁厚ts 計算公式：
式中 ts—計算厚度（mm）；
P—設計壓力（MPa）；
Do—管子外徑（mm）；
—在設計溫度下材料的許（xǔ）用應力（MPa）；
Ej —焊接接（jiē）頭係數；
Y—計算係數。
以DN50-PN100 為例，將殼體設計參（cān）數代入（4）中直
而對於轉（zhuǎn）速較高的軸承，軸承可靠度為90%，軸承材料為常規材料（liào），其基本額定動載荷計算公式（shì）如下[3]：
將選型軸承（chéng）的參數代入（5）、（6）中直接得出基（jī）本額定動載（zǎi）荷C，而選型軸承的動（dòng）載荷Cr 必須大於基本額定動載荷C 才能滿足設計要求。
2.2 高壓（yā）供油係統
流量計所需軸承潤滑油必須在內部密封、持久、免維（wéi）護或者采（cǎi）用外部注入（rù）的方式。高壓渦輪（lún）流量計結構設計應采取外部注（zhù）入（rù）方式進行（háng）潤滑軸承。該方式必須（xū）克服高壓氣體對（duì）潤滑油管反作用力，壓力越高，反（fǎn）作用力越（yuè）強。對供油係統提出（chū）更高的要求，目前行業內的中低壓供油結構已不（bú）適用，可能會引起潤滑油回流或密封圈提（tí）前失（shī）效等問題。
應研製一種高壓供油係統，其主要是通過手動（dòng）油泵（bèng）將潤滑油從油杯（bēi）注入注油（yóu）腔中，而（ér）注油腔中的潤滑油是通過兩隻阻回流單向閥以及內置供（gòng）油管（guǎn）路（lù）將潤滑油直接注入需潤滑軸承附近的儲油區內；而手（shǒu）動油泵是由手（shǒu）柄、油泵座（zuò）、油杯、
活塞、O 型密封圈等組成；該結構設計的亮點在於采用兩隻單向閥其一（yī）內置油泵，另一（yī）嵌入管道，實現雙重阻回流功能，並提高高壓管道供油可靠性（xìng）；而且將所有油管內置，該供油管路設計結構簡單、緊湊，實現一體化潤滑，順利解決生產過程與（yǔ）搬運物（wù）流對外部引油管路造成傷害；
2.3 渦輪（lún）防衝擊與高頻信號檢測係統
為了（le）減緩流（liú）量波動、管（guǎn）道（dào）震動對渦輪生產瞬間衝擊力，研究（jiū）計量（liàng）芯的內部結構（gòu）。通常計量芯中前後軸承均是徑向旋轉作用，對（duì）瞬間衝擊力的承受能力有限，若操作不當，對（duì）流量計壽命與精（jīng）度影響甚大。考慮以上因素，對（duì）計量芯內（nèi）部結構進行改進。將主軸的前後軸承作用力分開，前軸承為徑向旋轉作用，後軸承為軸向推力（lì）作用，後軸承也可與推力軸承或波紋墊圈配合使用。能有效的抑製流體瞬間衝擊力，並配合（hé）渦輪形成反向推力，能較快將渦輪調整至平衡狀（zhuàng）態，從（cóng）而（ér）改善渦輪（lún）流量計的壽命與精度。
目前國內外取高頻信（xìn）號傳（chuán）感器頻率*高大概（gài）為2000Hz，而且（qiě）大部分（fèn）製造商采取穿過流體通道的方式插入計量芯內部實現信號采取（qǔ）。此方式會引起高（gāo）、低頻檢定的示值誤差不（bú）一致。而我司（sī）目前使用的新型高頻旋轉檢測傳（chuán）感器是通過專業生產廠家特殊（shū）定製，所采（cǎi）集的信號是（shì）通（tōng）過渦輪的葉片放大的，對流體通（tōng）道無任何影響，其頻率*高能達到3 500 Hz 或者更高。通過該傳感技術的應用（yòng），並采用新型信號處理放大技術（shù）和獨特的濾（lǜ）波技術，有效地剔除壓力波動和管（guǎn）道振動所產生的幹擾信號，提高流量（liàng）計的抗幹擾能力。從而克服了因頻率高（gāo）而丟失信號的難題，提高產品（pǐn）對小流量的靈敏度和（hé）精度，更便於用戶高頻檢定操作等。
2.4 雙向（xiàng）增計數的新型機械計數器
目前市場上的機械計數器計數均為（wéi）正向進氣（qì）時計（jì）數器正向計數，反向（xiàng）進氣時計數器反走。而帶單向計（jì）數功能的渦輪流量計是（shì）一種能夠在渦輪流量（liàng）計左進右出進氣、垂直（zhí）安裝（zhuāng）、水平安（ān）裝條件下均能滿足單向計（jì）數（單向計（jì）數可分為正向（xiàng）計數與反向計（jì）數；按目前市場需求，此單向計數便是通常所（suǒ）說的正向計數）。然而，在（zài）燃氣計量市場中（zhōng）有部分投機分子為了盜氣（qì）等原因將渦輪流量計（jì）倒置安裝，使得單向計數器的計數不增反退（tuì）。為了（le）避免上述問題再次（cì）出現，設（shè）計具有自主知（zhī）識產權帶雙向增（zēng）計數功能的新型渦輪流量計（jì），其中包括渦輪流量計基表、上磁耦合（hé）組件、主軸、主錐（zhuī）齒輪、錐齒輪組件和計數字輪組件等。雙（shuāng）向增計數功能實現如圖3 所示，主要是通過增加單向軸承的（de）數量，並對稱分（fèn）布在主錐（zhuī）齒輪的兩側，通過單（dān）向軸承與錐齒輪的緊配合，實（shí）現正反進氣情況下始終有（yǒu）一隻單（dān）向軸承通過其單向特性帶動驅動軸轉動，並由驅動軸帶動另一隻因反向而發生自鎖的單向軸承轉動（dòng），保證驅動軸始終沿一個方向轉動，從（cóng）而保（bǎo）證即使倒置安裝，機械計數也會隻增不減。該結構設計也能有效解決因管道震動、齒輪反向間隙而引起機械顯（xiǎn）示不整齊等問題。
3 高壓渦輪流量計的性能測試
該流量計（jì）的研製以歐盟標準EN 12261：2002（Measurement of natural gas flow by turbine meters) 與OIMLR137-1 作為產品設（shè）計依據並嚴（yán）格按照標準進行性能測試，該性能（néng）測試包括：耐久性試驗、彎矩與扭矩試驗、短（duǎn）時過載試（shì）驗、擾動試驗、高（gāo）低溫性能測（cè）試等；本文詳細介紹（shào）耐久性試驗、彎矩與扭矩試驗
3.1 耐久性測試
渦輪流量計進行耐久性測試的目的在於確認流量計在指定條件下、額定的使用壽（shòu）命裏的計量性能是否符合上述的分段要求，即。
還需確認各種安（ān）裝位置（zhì）是否影響測試樣機的計量性能，安裝位置可分為：水平方向、垂直向上與（yǔ）垂直向下；而且不同安裝位置樣機在耐久（jiǔ）性（xìng）測試前後的指示誤差的變（biàn）化量不（bú）得超過*大允許誤差的1/3。
整個耐久性測試以DN80-G100 樣機為例進（jìn）行說明，*先是（shì）將三台樣（yàng）機分（fèn）別安裝在不同安裝位置的同一管道中，其管道是由（yóu）0.8 MPa 壓縮氣體為介質以樣機*大流量進行循環運行，以每1 000 h 為運行周（zhōu）期將樣機拆卸並在（zài）標準（zhǔn）氣體流量裝（zhuāng）置做相應性能測試，經過7 000 h 運行如圖4 所示。
從圖4 分析可（kě）知：
①該測試樣機滿足耐久性測試要求，指示誤差的變（biàn）化量未超過*大允許誤差的1/3。
②軸承經過長時間運行（háng）磨合（hé）更趨於穩定，長期運行後非（fēi）線性段更趨於理（lǐ）想（xiǎng）特性（xìng）曲線。
3.2 彎矩與扭矩測試
對於高壓機油流量計來說，還應當（dāng）詳（xiáng）細說明流量（liàng）計（jì）所需求的彎曲與扭力力（lì）矩的保（bǎo）護水平（píng）。此數據是通過試驗直接獲得，彎矩測試裝置如圖5-a 所示，直管段1 連接氣體流量標準裝置（zhì），在直管段2 預先確定的力臂L 位置附加垂直方（fāng）向的力F 而形成彎矩（jǔ）M；扭矩測試裝（zhuāng）置如（rú）圖5-b 所示，直管（guǎn）段1 連接氣體流量標準裝置（zhì），在直管段2 側麵預先確定的力臂L 位置（zhì）附加垂直方向的力F 而形成扭矩T。而彎矩與扭矩均是作用於流量計入口與出口法蘭處。由於此項測試（shì）主要針對流量計強度的校（xiào）核，為了更有說服力、提高可靠（kào）性，故將鋁合金殼體的中（zhōng）低壓（yā）渦輪流量計DN80-G100用於此次測試。而整個測試過程是將（jiāng）砝碼F 按EN12261 表10 中要求1 倍、2 倍直至做到4 倍（即力矩為（wéi）3 040 N·m），未發現流量計殼（ké）體有任何異常變化。而測試結果表明在施加砝碼F 之前、過後得到的指示誤（wù）差與施加砝碼F 之前的指示誤差未有明顯變（biàn）化。
3.3 *三方（fāng）高壓實流（liú）檢定測試
為（wéi）了確認（rèn）高壓渦輪流量（liàng）計在高壓氣體介質中計量性能是否滿足工業貿易計（jì）量（liàng）要求，將多台DN80-G160 樣（yàng）機發往*三（sān）方（fāng）檢測機構**石油天然（rán）氣大流量計量站南京分站進行6 MPa 實流檢定；檢定合格，準確度等級為1.0 級，相對於常壓檢定數（shù）據樣機的儀表係數K 有所偏移，但仍在允許誤差範圍內（nèi）。其中南京分站使用小流量標（biāo）準裝置對編號為131228041 的DN80 渦（wō）輪流量計進行檢定，該樣機在常壓與高壓檢定比對數據（jù）如圖6 所示。而流量計的儀表係數K 的計算（suàn）如下：
根據上式(7)、(8) 並結合圖6 可得（dé）出。
①該樣機完全滿足工業貿易計（jì）量的（de）指示（shì）誤差要求。
②高（gāo）壓相對於常壓整體線性會向正向偏移+0.65%。
③高壓相對於常壓（yā）整體線性較（jiào）為平穩，而且線性誤差有向理想誤差曲線靠攏的（de）趨勢。
根據實際流量計（jì）的所測得儀（yí）表係數K 更換對應齒輪傳動（dòng）比，使機械表頭顯示部分和齒輪轉動發出低頻脈衝輸出均與高頻脈衝輸出匹配，實際三者關係如下：
在機（jī）械設計當（dāng）中，為了降低（dī）齒輪模具的投入成本，應（yīng）通過試驗確認流量計K與i ，以控（kòng）製i在（zài）不同口徑不同流量範圍內的可調區間均（jun1）是一致的。
4 結束語
研製成功的高（gāo）壓渦輪流（liú）量計順利通過浙江省技術監督檢測（cè）研究院各種性能測試並獲得相應型式（shì）批準**，該流量計（jì）的（de）各項指標和技術性能完全滿足工業貿易計量的要求，而且打破國外高壓長輸管線領（lǐng）域的技術壟斷，為以後（hòu）積累（lèi）高壓長輸管線長（zhǎng）期運行經驗奠定堅實的基礎。
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