摘要：本文對油品流量測量中使用*為廣泛的兩種流量計-渦輪流量計與齒輪流量計對粘度的適應性進(jìn)行了理論分析與實(shí)驗，分別在燃油(常溫粘度1.7 mm2/s)、液壓油(常溫粘度20.0 mm2/s)、潤滑油(常溫粘度60.0 mm2/s)流量標準裝置上對兩種流量計進(jìn)行了校準.比較數據得出齒輪流量計對粘度的適應性更強,渦輪流量計在燃油介質(zhì)與潤滑油介質(zhì)(同**量點(diǎn))中的儀表系數差異高達16%,因此渦輪流量計進(jìn)行高粘度油品流量測量需采用與實(shí)際介質(zhì)相近粘度的介質(zhì)進(jìn)行校準,確保流量測量的準確.

液體渦輪流量計與齒輪流量計是油品流量測量中使用*為廣泛的兩種流量計，尤其是渦輪流量計憑借其價(jià)格低廉、精度高而得到廣泛認可,使用者在任何場(chǎng)合都喜歡使用渦輪流量計.

本文從介質(zhì)粘度這**量計選型使用的重要依據出發(fā),理論分析與實(shí)驗比較渦輪流量計與齒輪流量計對介質(zhì)的適應性,可以更好地選擇使用這兩種流量計.

1、介質(zhì)粘度對渦輪流量計系數影響理論的分析

圖1所示為渦輪流量傳感器結構簡(jiǎn)圖[3].由圖1可見(jiàn),當被測流體流過(guò)傳感器時(shí),在流體作用下,葉輪受力旋轉,其轉速與管道平均流速成正比,葉輪的轉動(dòng)周期性地改變磁電轉換器的磁阻值.檢測線(xiàn)圈中的磁通量隨之發(fā)生周期性變化,產(chǎn)生周期性的感應電勢,即電脈沖信號經(jīng)放大器放大后,送至顯示儀表顯示.渦輪流量計常用的實(shí)際流量方程為

Q= f/k   (1)

式中: Q為體積流量,單位: L/s; f為流量計輸出的頻率,單位:Hz; k為儀表系數,單位P/L(每升發(fā)出多少個(gè)脈沖).

通常在使用渦輪流量計時(shí),通過(guò)測量流量計的輸出頻率除以?xún)x表系數(實(shí)驗室校準獲得)得到體積流量.

國內外學(xué)者提出許多渦輪流量計理論流量方程,根據這些模型可知影響儀表系數的因素較多,并可對介質(zhì)粘度對流量計儀表系數的影響進(jìn)行定性預測,儀表系數k可近似表示為

式中:α,β,γ為與結構相關(guān)的參數;υ為粘度;Q為流量.

由式(2)可知:結構相同的情況下,粘度增加其阻力矩增加,使得儀表系數減小,且儀表系數的線(xiàn)性區域減小.

由于渦輪流量計儀表系數與流體物性及流動(dòng)特性有復雜的關(guān)系,還不能用這些理論公式推導儀表系數得到定量的數據,儀表系數仍需由實(shí)流校驗確定。

2、介質(zhì)粘度對齒輪流量計系數影響的理論分析

齒輪流量計屬于容積式流量計.齒輪流量計結構簡(jiǎn)圖見(jiàn)圖2.其工作原理為:流體在上游的壓力作用下進(jìn)入流量計,推動(dòng)一對嚙合的圓柱齒輪轉動(dòng).齒輪的齒頂圓和端面與殼體底座及殼體上蓋之間的間隙非常小,齒輪在轉動(dòng)過(guò)程中,輪齒把流動(dòng)的液體連續不斷地分割成單個(gè)的體積單元,每個(gè)體積單元等于兩個(gè)輪齒的容積.齒輪每轉動(dòng)一個(gè)齒距的角度,排出等于兩個(gè)輪齒容積的流體體積.在殼體上蓋對應測量齒輪分度圓處安裝兩個(gè)電磁轉速傳感器,齒輪轉動(dòng)時(shí),輪齒每次經(jīng)過(guò)電磁轉速傳感器,流量計發(fā)出一個(gè)電脈沖信號.根據流量計發(fā)出的脈沖數可以測量流體的流量。

齒輪流量計常用的流量計算公式與渦輪流量計一樣,實(shí)際使用時(shí)也是由頻率與儀表系數求得流量.

齒輪流量計儀表系數的影響因素比渦輪流量計的要少,主要是泄漏量的影響.在結構尺寸確定后泄漏量可近似表示為

ε= α＊ Q+ βQ2/υ   (3)

式中: Q為體積流量,單位: L/s;α與β為與結構尺寸等相關(guān)的常數;υ為介質(zhì)粘度.

由式(3)以及儀表系數的定義可知υ越大泄漏量越小,泄漏量越小對應的儀表系數越大,線(xiàn)性區域也越寬.

3、實(shí)驗裝置

液體流量裝置一次標準基本采用質(zhì)量法、容積法、體積管法等進(jìn)行流量的測量.從國際油品流量校準設備的發(fā)展趨勢看,對測量油品或化學(xué)品等介質(zhì)的流量計的校準,多采用體積管式流量標準裝置.本文所涉及到的實(shí)驗均在作者單位3套主動(dòng)體積管式流量標準裝置上完成,裝置原理一樣,見(jiàn)圖3,區別在于介質(zhì)粘度與流量范圍.

工作原理:校準前開(kāi)啟閥1, 2,關(guān)閉閥3,由伺服電機通過(guò)滾珠絲杠帶動(dòng)活塞在主動(dòng)體積管中運動(dòng),產(chǎn)生標準流量源(標準流量的大小由上位機軟件通過(guò)調節電機轉速進(jìn)行控制),液體通過(guò)閥1流經(jīng)被校流量計,*終流入油箱.光柵用于測量活塞行程,活塞行程與活塞截面積的乘積再除以運行時(shí)間就得到體積流量,通過(guò)比較被校流量計的示值與體積管測量的標準體積流量值實(shí)現流量計的校驗.

裝置基本指標如下:

介質(zhì):航空煤油(常溫粘度1.7 mm2/s);流量范圍: 0.5 L/min～ 1 000 L/min;相對擴展不確定度:U= 0.05%, k= 2;介質(zhì): 15號液壓油(常溫粘度20.0 mm2/s);流量范圍: 0.05 L/min～ 400 L/min;相對擴展不確定度: U= 0.05%, k= 2;介質(zhì):4 050潤滑油(常溫粘度60.0 mm2/s);流量范圍:1 L/min～166.7 L/min;相對擴展不確定度: U= 0.08%, k= 2.

4、采用不同粘度介質(zhì)對兩種流量計校準

本文選取了常用國產(chǎn)渦輪LWGY-15與德國KRACHT公司VC5齒輪流量計為樣本,分別在燃油、液壓油、潤滑油流量裝置上進(jìn)行了實(shí)驗.實(shí)驗數據如表1、表2所示.

5、實(shí)驗結果分析

從表1與表2的實(shí)驗數據可以看出:

1)實(shí)驗結果與理論公式得到的趨勢相吻合.渦輪流量計的儀表系數隨粘度增加而減小,線(xiàn)性范圍變窄;齒輪流量計的儀表系數隨粘度增加而增加,線(xiàn)性范圍變寬.

2)粘度對渦輪流量計的影響很大. LWGY系列流量計用于燃油介質(zhì)時(shí)量程比為10: 1時(shí)線(xiàn)性為0.2%,但運用于潤滑油介質(zhì)時(shí)線(xiàn)性達7%,且在同樣流量下系數變化達16%.

3)粘度對齒輪流量計的影響相對較小. VC5齒輪流量計用于燃油介質(zhì)量程比為100: 1時(shí)線(xiàn)性為0.4%,運用于潤滑油介質(zhì)時(shí)線(xiàn)性為0.1%,在同樣流量下系數變化*大為0.6%.

流量計采用的建議:

1)高粘度油品流量測量時(shí)盡量采用齒輪流量計等容積式流量計,低粘度油品流量測量時(shí)可采用渦輪流量計.

2)如果采用渦輪流量計進(jìn)行高粘度油品流量測量,需采用與實(shí)際介質(zhì)相近粘度的介質(zhì)進(jìn)行校準,確保流量測量的準確.