气体腰轮的工作原理与选型

一、概   述

产品的主要特点：

l   宽量程：

根据不同规格，最高范围度可达到1:216

l   低始动流量：

根据不同规格，最低始动流量可达到0.04m3/h。

l   高精度、高重复性：

长期精度不受介质的影响，长期运行，精度稳定。

l   压力损失小：

根据不同规格，压力损失为0.08kPa-0.58kPa。

l   高集成度，低功耗

采用先进的微机技术与高性能的集成芯片，整机功能强大，性能优越.

l   结构紧凑：

压力传感器、温度传感器、流量传感器全部内置，使结构更加紧凑。

l   数字压力温度传感器

        数字温度传感器和数字压力传感器配置，单独校准与检定，更换、维护和使用方便。

l   分段修正

按流量频率信号，可将仪表系数分六段自动进行线性修正，提高仪表的宽范围精度.

l   完整数据存储功能，

采用E2PROM数据存储芯片，保存用户参数、厂家参数，及时的数据保存功能，可防止突然掉电时数据丢失，在停电状态下，内部参数可永久性保存。

l   基本输出完整。

智能流量计带有基表脉冲输出、工况或标况脉冲信号输出，和标定脉冲输出。RS485接口输出，也可根据用户需要输出4～20mA标准模拟信号。

l   数据追溯管理

实时数据库，通过RS-485通讯接口，可查询分析。

l   GPRS实时管理系统

本系列中,G型表具有GPRS传输功能，可在线、定时长、定点实现传输功能，监测仪表、控制阀、管线压力、燃气报警器等数据，极其容易组建GPRS无线网络系统。

二、结构与工作原理

2.1、智能腰轮流量计由5个部分组成（见图1）

1）气体腰轮流量计2）温度传感器3）压力传感器 4）流量传感器5）智能流量积算仪

图1 智能腰轮流量计组成示意图

2.2、智能气体腰轮流量计的工作原理（见图2）

智能气体腰轮流量计，主要由壳体、共轭转子和智能流量积算仪等部件构成。装于计量室内的一对共轭转子在流通气体的出入口压差（P_入＞P_出）作用下，通过精密加工的调校齿轮使转子保持正确的相对位置。转子间、转子与壳体、转子与墙板间保持最佳工作间隙，实现了连续的无接触密封。转子每转动一周，则输出四倍计量室有效容积的气体。其计量过程和工作原理如图1所示（图中仅表示了四分之一周期）。

位置1           位置2：           位置 3               位置 4   

气体进入             气体推动            气体经过计量          每对转子旋转一周

仪表上游腔体         腰轮转动            腔排出计量腔          排出等体积气体4次

图2 气体腰轮流量计工作原理

2.3、智能流量积算仪的工作原理

智能流量积算仪由温度和压力检测、流量传感器以及微处理器单元组成。智能流量积算仪中的微处理器按照气态方程进行温压补偿，并进行压缩因子修正，气态方程如下：

·············· （1）      

式中：   Q：标准状态下的体积流量（m³/h）；            Q0: 工况状态下的体积流量（m³/h）；

Pg：流量计压力检测点处的表压（kPa）；        Pa：当地大气压（kPa）；

Tg：介质的绝对温度（273.15＋t）(K)；        t：被测介质温度（℃）；

Zn：标准状态下的压缩系数；                  Zg：工作状态下的压缩系数；

Tn：标准状态下的绝对温度（273.15＋20）(K)； Pn：标准大气压（101.325 kPa）。

注：天然气Zn/Zg＝Fz²，Fz称为超压缩因子，按标准SY/T6143-1996中的公式进行计算。

三、主要技术参数与功能

3.1   产品执行标

    本流量计执行JB/T 7385-1994《气体腰轮流量计》和JJG633-2005《气体容积式流量计检定规程》的计量技术规范与标准， 符合国家标准GB3836.1-2010 《爆炸性环境第1部分：设备通用要求》和GB3836.4-2010 《爆炸性环境第4部分：由本质安全“i”保护的设备》标准

3.2 精度等级：

1.0级：Qmax-0.2Qmax   ±1.0%   0.2 Qmax-Qmin ±2.0%

1.5级：Qmax-0.2Qmax   ±1.5%   0.2 Qmax-Qmin ±3.0%

未特殊注明产品，按照1.5级精度出厂，其余精度，订货时，需要特殊说明定制。

3.3流量计量计规格、基本参数和性能指标（见表1）

（表1）

(以上参数如有修改恕不另行通知)

3.4使用条件

3.4.1标准状态条件：P=101.325 kPa   T= 293.15K

3.4.2使用条件：

a.环境温度：－25℃～+80℃           b.介质温度：－20℃～+60℃

c.相对湿度：5%～95%                  d.大气压力：86KPa～106Kpa

3.5电气性能指标：

3.5.1工作电源：

a.内仪表电源：1节3.6VDC锂电池，电池电压在3.1V～3.6V时均可正常工作；

b.内GPRS电源：1节6.0VDC锂电池，电池电压在5.0V～6.6V时均能正常工作；

c.外市电电源：+24VDC±15%，纹波≤±5%，适用于4～20mA输出，脉冲输出，RS-485等；

d.外市电（太阳能）GPRS电源：+5VDC～+7VDC。

3.5.2整机功耗：外电源，﹤1W

                内仪表电源，平均功耗≤1m W，可连续工作五年以上。

                  内GPRS电源：按照日平均通讯次数（2-12次），可连续工作一至五年。

3.5.3脉冲输出方式

1） 基表脉冲信号: （用于对仪表的标定）

直接将流量传感器检测的基表原始脉冲信号经放大器输出，高电平≥20V，低电平 ≦ 1V。

2） 修正后工况脉冲信号（或标准体积流量）：

由软件设置，默认为修正后工况体积流量脉冲输出，幅值为：高电平≥20V，低电平 ≤ 1V。

3） 定标脉冲信号(用于IC卡控制器输入)：

a. TTL输出幅度0～3V，输出脉冲宽度≥50ms。

b. OC输出

3.5.4电流输出：

4～20mA标准模拟电流输出功能

与标准体积流量成正比，4mA对应0 Nm³/h，20mA对应最大标准体积流量（该值可设定）。

输出形式为：二线制或三线制

3.5.5   RS485通信

通过内装的RS485标准接口能与个人计算机和PLC等主机连接，进行串行通信。可显示介质压力、温度、瞬时流量、累计标准流量、电池电压等。

3.5.6   GPRS通信

1) 通过内嵌的GPRS系统，进行串行通信。可实现远程抄表控制系统

2) 显示介质压力、温度、瞬时流量、累计标准流量、电池电压等。

3）显示IC卡数据和控制IC卡控制器开阀门，关阀门，购气等

3.5.7阀门控制输出：

      可选择阀门控制型，直接控制阀门，实现独立控制和远程控制   

3.5.8管道压力检测

      可选本公司数字压力传感器，检测仪表另一侧的调压器前或调压器后压力。

3.5.9报警

      可接报警器输出开关，控制阀门切断气源，并通过GPRS系统通知到管理系用。  

四、选型与安装

4.1流量计选型

用户应根据管线输气量，介质可能达到的温度和压力范围，估算出管线的最高和最低体积流量，正确选择流量计规格。当两种口径流量计均能覆盖最低和最高体积流量时，在压损允许下，应选小口径。

选型计算按照公式（1）进行计算。

4.2选型实例：

已知某一供气管线实际工作压力为0.5MPa～0.6MPa（表压），介质温度范围为-10℃～+40℃，供气峰值量为400～500Nm³/h。当地大气压为101.3kPa，要求确定流量计的口径。

分析：由于前面表1中给出的流量范围为实际工作状态下的流量范围，因此需先将标况流量换算成工况流量，再选择合适的口径。

计算：当介质压力最低、温度最高时（估算选型可不考虑天然气压缩因子的影响），此时当处于供气峰期时具有最大体积流量，所以有：

···· (2)

同理，当介质压力最高、温度最低时，此时当处于供气谷期时具有最小体积流量，所以有：

········· (3)

即工作状态下介质的流量范围为227.2～933.7m³/h。由表1查得，需选取LLQ-1000

4.3流量计外型尺寸及安装（见图3-5和表3）

   图3    LLQ-16、LLQ-20螺纹连接安装尺寸图

图3 LLQ-20（30、40、60、85、100、150、200、250、300、350、450、500）

法兰联接安装尺寸图

图4 LLQ-650、LLQ-1000、LLQ-1600法兰联接安装尺寸图

4.3.1流量计安装尺寸（见表3）

                                                                    （表3）

4.3.2流量计的安装

1).用户安装使用前，应详细阅读此说明，以保证流量计正确安装，合理使用，以免影响正常运行和计量精度。

2).安装流量计前应将进出口封装物去掉，必须防止颗粒状杂质掉入计量室内，如计量室表面涂有防锈油，可用汽油或煤油冲洗干净，并严格清除管道内杂质。流量计上游应安装过滤器或过滤网，以防止锈渣、焊渣及其它杂质进入计量室。

4).流量计安装时，无论进出口为垂直或水平位置，都应尽量保持转子轴线水平。

5).为防止新安装管道中的锈渣、焊渣及其它杂质进入流量计内，用户应先将过渡管安装在流量计的安装位置上，通气一段时间，确保无大颗粒杂质后，再换上流量计。

6).安装流量计时，应确保流量计中心与管线中心对齐，无错位、并使流量计不受外力影响（包括轴向与切向）。

4.4   推荐安装方式：

根据腰轮流量计的特点、推荐垂直安装流量计且气体流向为上进下出。在特殊情况下可采取左进右出。

安装流量计时应设置前后阀门和旁通管路，以保证维修保养时，不必停气。

图6上进下出立面图（推荐）                 图7左进右出平面图

4.5   流量计安装管路各部分配管和管件尺寸必须适当，不得使流量计本体承受不正常的外力。

4.6   流量计安装完毕后，从注油口中注入润滑油（GB486~65高速机油H5）至油窗中线（注意不能多加），使用过程中定期或不定期检查，确保润滑油的充足及洁净程度。在使用中若发现润滑油发黑或油位高于油窗中线，则说明润滑油变质或有杂质，此时应更换新润滑油。若油位低于油窗中心线3mm，则说明润滑油损耗，需补充至油窗中线。加注润滑油时，必须关闭流量计前后阀门，将流量计内气体排空后，再加注润滑油。

4.6.1流量计投入运行时，所有阀门应缓慢开闭，以防止气流的强烈冲击，而损坏流量计。

4.6.2流量计投入运行一段时间后，如发现过滤器压降增大，应清洗过滤器或更换过滤介质；如发现流量计压降增大，起步流量升高时，可用干净汽油或煤油冲洗计量室。

4.6.3流量计长期停用时，应将润滑油放空，将计量室用汽油冲洗干净后，封住进出口，置于干燥处。

4.6.4流量计用于计量城市燃气（天然气、人工煤气等）时其杂质含量应符合我国“城镇燃气设计规范”（GB50028-93）的含量标准。