煤層氣流（liú）量計機（jī）械摩擦與流（liú）體阻力對精度的影響及提高精度（dù）方（fāng）法

摘（zhāi）要：本文在煤層氣流量計實際應用的基礎上，研究了煤層氣流量計（jì）的性能特（tè）點，分析了影響煤層氣流量計精度（dù）的各種因素，並基於該精度測量了煤層氣流量計，總結了提高數據準確性的基礎（chǔ）方法。
一、引言
儀器的精度一（yī）般有準確度、正確度和精密度。準（zhǔn）確（què）度A是檢（jiǎn）測真實（shí）值和結果二（èr）者的相同程度，並且由A=ε±U表示，其中U是不確定性係統誤差±e和隨機不確定度ΔM綜（zōng）合的不確定性。精度是測量結果的係統誤差程度。由（yóu）於係統誤差E包括兩（liǎng）部分，確定的係統誤差和未定義的係統誤差±e，所以精（jīng）度可以表示為E=±e。測量精度高，精度等級可達1級、1.5級。測量（liàng）範（fàn）圍寬度，測量範圍寬度一般（bān）為1:20。
二（èr）、機械摩擦與流體阻力對精度的影響
(一)煤層氣流量計的數學模型
用於渦輪機的轉矩一般分為由流過渦輪機的流體產生的驅動轉矩Tr。由渦輪機表麵流動的流體引起的粘（zhān）性摩擦以及渦（wō）輪機軸（zhóu）和軸承（chéng），齒輪（lún）和齒輪施加到渦輪（lún）機的機械摩擦力矩Trm。當流（liú）體通過渦輪（lún）機時流向渦輪（lún）機的流（liú）體阻力轉矩Trf和渦輪機中的磁電轉換器產生的電磁反（fǎn）衝轉矩Tre。
(二)機械摩擦阻力矩（jǔ）Trm對精（jīng）度的影（yǐng）響
對於真正的氣體渦輪機流量計，渦輪機必須*先通過靜摩擦的阻礙力矩（jǔ）才能旋轉，克服渦（wō）輪靜摩擦扭矩所（suǒ）需的*小值稱為流（liú）量計的初始流量（liàng）qvmin。如果流量計小於qvmin，則渦（wō）輪不（bú）會旋轉，並且不會輸出脈衝信號。當流量（liàng）等於起始流量時，渦輪機啟動，但此時的角速度非常小（xiǎo），並且流體阻力轉矩Trf的影響可忽略不計。
(三)流（liú）體阻力矩Trf對精度的影響
當（dāng）流量大（dà）於（yú）初始流量的時候，渦輪機旋轉角速度隨著流量增加而增加（jiā），並且影響流量計精度的主要（yào）原因變成了由（yóu）流體產生的牽引扭矩Trf。
1.層流流動狀態時的流量計特性
在層流狀態下，流體流動阻力（lì）與流體粘度μ和（hé）渦（wō）輪（lún）機旋轉角速度ω成正比。ω與（yǔ）流體流量成正（zhèng）比。
在層流狀態下，儀（yí）器係數K與流體粘度μ的變化有關。如果粘度不變，則隨著流量qV的（de）增加儀器係數K也將（jiāng）增加。
2.紊（wěn）流流動（dòng）狀態時的流量計特性
在湍流狀態下，流體的流動阻（zǔ）力（lì）與其密度ρ和速度qV成正比。此刻，不可以算出流（liú）體粘度的影響。
三、提高精度的方法
(一)減少機械阻力
*先，應（yīng）該完成（chéng）渦輪機的平衡，因為（wéi）如果渦輪機（jī）的質量中心不在軸（zhóu）上，則渦輪機本身的重量會為軸（zhóu）承增加額外（wài）的慣性力矩，為（wéi）了（le）提高流量計流量低時的精度，需（xū）要（yào）提高加（jiā）工品質，降低機械（xiè）摩擦阻力。
(二)克（kè）服流體阻力的影響
*先，氣動渦輪機的表麵應平（píng）滑以（yǐ）減少氣體和渦輪（lún）機之間的粘（zhān）性摩擦。其次，根據Trf=C1μqv的特性和層流狀（zhuàng）態Trf中的流（liú）體阻力矩，隨著qv的增加儀器係（xì）數K也增加。另外，渦輪葉片的重疊率不宜過高。否則流（liú）體（tǐ）阻力將會（huì）非常高，流（liú）量計的測量（liàng）精度也會降低（dī）。
(三)減少漏氣對煤層氣流量計（jì）精度的影響
流向葉（yè）片（piàn）的驅動扭矩Tr變小，影響流量計的精度（dù）。所（suǒ）以，氣動渦輪機與內壁之間（jiān）的間（jiān）隙通常（cháng）小於0.5至1mm。重（chóng）疊係（xì）數通常用於指示兩個相鄰渦輪葉片（piàn）相互重疊的程度。重複的元素不應該（gāi）太小。否則，泄漏增加，重疊因（yīn）子通常從1－1.1中選擇（zé）。
四、壓力、溫度及壓縮（suō）係數（shù）的修正
氣體的體積（jī）與壓力、溫度和壓縮係數有關。煤層氣流量計必須通過壓力和溫度校正將在運行條件下測量的體積轉換為標準條件下的體積值。當（dāng）氣體溫度較低並且壓力較高時，必須考慮壓縮因子的影響，以確保高精度的（de）氣體流量測（cè）量。
(一)壓力、溫度修正（zhèng）的必要性
流量計的校準溫度設置（zhì）為25°C，設（shè）壓力為0.1MPa。在氣體介質的現實操作溫度為0℃，氣壓為0.1MPa時，忽略溫度的影響會導致（zhì）以下（xià）誤差:

在氣態介質溫度的實際操作（zuò）中，測量值為（wéi）25°C，壓力為0.105MPa，如果流量計溫度（dù）在25°C，0.1MPa壓力下校準，則會導致忽略壓力的誤差:

忽略溫度和壓（yā）力的影響，發生較大的誤差，因此有必（bì）要對溫度和壓力進行校正，壓力傳感器和溫度傳感器盡可能使用高精度產品。如果流量計的精度為1%，則溫（wēn）度傳感器的精度必須高於0.2°C，壓力傳感器的（de）精度必須高於0.2%。
(二)修正氣體壓縮係數
1.壓（yā）縮係數（shù）修（xiū）正的（de）必要性
壓縮係數是測量實際氣體接近（jìn）理想氣體（tǐ）程度（dù）的參（cān）數。壓（yā）縮因子隨著溫度和壓力而變（biàn）化，並且一般來說該功能（néng）通過比較壓（yā）力Pr和溫（wēn）度Tr來表示。Pr=P/Pm;Tr=T/Tm。比如（rú）說，天然氣臨界（jiè）溫度Tm是191.16k，臨界壓力Pm是4.64mpa。在溫度為0℃時和壓力為0.2MPa時，Pr=0.2/4.64，Tr=273/191，16;Z=0.995。忽略（luè）Z的值則誤差為0.502%。
由於流（liú）量計的相對誤差必須保持在1%或1.5%以內，如果壓力大於（yú）0.2Mpa，則必須考慮壓縮係數。
可以從（cóng）一般曲線或使用狀態方程計算Z值。為了便於計算，使（shǐ）用（yòng）二次擬合曲線的方（fāng）法近似Z值。求解Z值（zhí）時，選擇在研究範圍內均勻分布的6個Tr點作為比較溫度範圍內的參（cān）考點，以及Z和Pr之間的簡（jiǎn）單函數關係我明白了。在溫度（dù）為T1的時候，對比溫度是Tr1，壓縮係數（shù）是ZT1;在溫度為T2的時候，對比溫度是Tr2，壓縮（suō）係數是ZT2;在現（xiàn）實中的氣（qì）體測（cè）量時，氣體成分的變（biàn）化通常來說不會太大，所以Tm和Pm的（de）值應該保持不變。
五、結束語
(1)校準（zhǔn）小直徑、小流量渦輪流量計應使用標準鍾形裝置。校準大直徑大流量（liàng）渦輪流量計應使用聲波噴（pēn）嘴。標準渦輪流（liú）量計也可以用作（zuò）內（nèi）徑為100mm，大於100mm的渦輪流量計的標準設備，但需要每年重新驗證一次。
(2)合（hé）理設計校準係統，確保燃氣輪機流量計前後有足夠的直管段，如果由於管（guǎn）路限製導致直管段長度不夠，在流量計前安裝整流器。當氣（qì）體質量較差時，應安裝過濾器以避免雜質對係統的（de）影響。當氣體含水量較大時，應安裝脫水幹燥裝置。
(3)在選擇*佳設計和選擇高精度輔助設（shè）備（bèi）(如壓力傳感（gǎn）器、溫度（dù）和（hé）計時（shí）設備)時，精（jīng）度必須高於被測渦輪機表的要求精度。並將（jiāng）係統誤差降至*低。
(4)遵循嚴格的校準程序以符合校準所需（xū）的溫（wēn）度、壓力、濕度和其他環境條件。
(5)正確（què）處理數據並充（chōng）分考慮通過標準設備、測試表和標準設備本身的錯誤時氣體狀態的（de）差異。標準（zhǔn）設備必須認真管理，並按照技（jì）術監督局的規定進行定期測（cè）試。

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