林景殿 黃朝川 張國玉

(1.浙江蒼南儀表集團(tuán)有限公司，蒼南 325800；2.中國計(jì)量學(xué)院，杭州 310018)

?

一種新型的雙腰輪氣體羅茨流量計(jì)

林景殿1黃朝川1張國玉2

(1.浙江蒼南儀表集團(tuán)有限公司，蒼南 325800；2.中國計(jì)量學(xué)院，杭州 310018)

為了更好地為用戶解決天然氣管道中存在的脈動(dòng)流現(xiàn)象，將常規(guī)氣體羅茨流量計(jì)的殼體設(shè)置為兩個(gè)計(jì)量腔體。兩個(gè)計(jì)量腔體內(nèi)分別設(shè)有一組腰輪，兩組腰輪相錯(cuò)45°。相差為180°的正弦波相互疊加，消除管道中的脈動(dòng)作用。試驗(yàn)樣機(jī)已通過NMi實(shí)驗(yàn)室測試，結(jié)果符合預(yù)期要求。

雙腰輪；氣體；羅茨流量計(jì)

0 引言

氣體羅茨流量計(jì)是一種精確測量氣體流量的容積式流量計(jì)量儀表，廣泛應(yīng)用于天然氣用戶的計(jì)量和收費(fèi)中。王術(shù)明等[1]介紹了羅茨流量計(jì)在天然氣計(jì)量中的優(yōu)點(diǎn)和提高計(jì)量準(zhǔn)確度的措施。氣體羅茨流量計(jì)在正常使用過程中，靠入口與出口產(chǎn)生的壓差來驅(qū)動(dòng)羅茨輪的旋轉(zhuǎn)。肖立杰[2]對影響羅茨氣體流量計(jì)計(jì)量準(zhǔn)確性的原因進(jìn)行了分析，認(rèn)為計(jì)量室和轉(zhuǎn)子的加工精度是影響計(jì)量準(zhǔn)確性的重要原因。內(nèi)部轉(zhuǎn)子經(jīng)精密加工和平衡測試后，能確保無接觸旋轉(zhuǎn)，從而使流量計(jì)準(zhǔn)確度高，重復(fù)性好。在流量計(jì)的消噪方面，郭峰[3]則分析了氣體腰輪(羅茨)流量計(jì)產(chǎn)生噪音的幾項(xiàng)原因并討論防范噪音的措施及方法，提出噪聲主要是由以下幾方面產(chǎn)生：齒輪的加工精度不夠高，共軛轉(zhuǎn)子的不平衡和內(nèi)部軸承變形，并總結(jié)出了減少人為操作，修緣齒，對轉(zhuǎn)子進(jìn)行平衡檢驗(yàn)等方法，對羅茨流量計(jì)的性能提升有顯著的意義。劉明等[4]認(rèn)為穩(wěn)定性是衡量計(jì)量性能重要指標(biāo)之一。當(dāng)氣體通過流量計(jì)的羅茨輪組件時(shí)，在流量計(jì)出口處會(huì)產(chǎn)生脈動(dòng)流，隨著流體壓力和流量的不斷增加，脈動(dòng)流的作用將會(huì)逐漸加強(qiáng)，直至產(chǎn)生強(qiáng)烈的脈動(dòng)作用，從而影響流量計(jì)的測量精度。為了更好地為用戶解決天然氣管道中存在的脈動(dòng)流現(xiàn)象，浙江蒼南儀表集團(tuán)有限公司通過數(shù)據(jù)收集、分析氣體羅茨流量計(jì)使用的介質(zhì)環(huán)境，特別在燃?xì)忾T站或壓力較高的場合流量計(jì)的使用情況，著手研究具有雙腰輪結(jié)構(gòu)的氣體羅茨流量計(jì)，并且已申報(bào)、授權(quán)實(shí)用新型專利(專利號：ZL 201120375208.3)。

1 過程研究

1.1 結(jié)構(gòu)與特性設(shè)計(jì)

孫友等[5]分析了羅茨流量計(jì)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，介紹了羅茨流量計(jì)的型線建模方法。雙腰輪氣體羅茨流量計(jì)，包括殼體、顯示組件、前壓蓋和后壓蓋，殼體兩端分別安裝可拆卸連接前壓蓋和后壓蓋，顯示組件固定連接在前壓蓋或后壓蓋上，殼體內(nèi)設(shè)置有兩個(gè)計(jì)量腔體，兩個(gè)計(jì)量腔體內(nèi)分別設(shè)有一組腰輪，兩組腰輪相錯(cuò)設(shè)置，兩組腰輪兩端均設(shè)有腰輪軸，每根腰輪軸上均設(shè)有軸承，每根腰輪軸與每個(gè)軸承過渡配合，每個(gè)軸承均固定安裝在殼體上。殼體內(nèi)的兩個(gè)計(jì)量腔體將流量計(jì)內(nèi)的流體分流，并且采用兩組腰輪相錯(cuò)設(shè)置(兩組腰輪相錯(cuò)45°)，相差為180°的正弦波的相互疊加作用，使得對流量計(jì)內(nèi)部脈動(dòng)正弦波的振幅大大減少，補(bǔ)償功能更好。

1)減小體積，減輕重量，增加殼體強(qiáng)度

把常規(guī)的殼體設(shè)置為兩個(gè)計(jì)量腔體，如圖1所示，兩個(gè)計(jì)量腔體內(nèi)分別設(shè)有一組腰輪，兩組腰輪相錯(cuò)設(shè)置，旋轉(zhuǎn)體積為兩個(gè)計(jì)量容腔的體積之和。這樣，既減少常規(guī)殼體計(jì)量容腔的體積，又因?yàn)闅んw的兩個(gè)計(jì)量腔體中間固設(shè)有加強(qiáng)筋，增加了殼體的強(qiáng)度。

圖1 實(shí)物剖視圖

2)減少脈動(dòng)流，降低噪音，提高使用壽命

流量計(jì)具有內(nèi)部的脈動(dòng)正弦波補(bǔ)償功能，且流量計(jì)消除了脈動(dòng)流的干擾作用，延長使用壽命，降低工作噪聲，同時(shí)還大大提高了流量計(jì)對大流量的準(zhǔn)確度。

3)模塊化設(shè)計(jì)，便于在線維護(hù)

流量計(jì)旋轉(zhuǎn)主軸的支撐軸承被安裝在同步齒輪的外部，如圖2所示，可實(shí)現(xiàn)在線維修，不必從管線上卸下流量計(jì)；采用單端同步傳動(dòng)，縮短表體相對長度尺寸，節(jié)省安裝空間，便于用戶使用和維護(hù)。

圖2 支撐軸承安裝圖

4)提高計(jì)量精度和重復(fù)性，可廣泛應(yīng)用于標(biāo)定裝置

氣體羅茨流量計(jì)不涉及流態(tài)方程，與氣體流態(tài)(如流線分布、阻力損失、雷諾數(shù)等)關(guān)系很小，始動(dòng)流量小，量程比寬，適用于計(jì)量負(fù)荷變動(dòng)大的氣體流量，其計(jì)量準(zhǔn)確度不受壓力和流量變化的影響，性能穩(wěn)定，壽命長，可作為標(biāo)準(zhǔn)表安裝在標(biāo)定裝置上。

1.2 流量計(jì)標(biāo)準(zhǔn)曲線圖

荷蘭計(jì)量研究院(NMi)實(shí)驗(yàn)室是世界公認(rèn)的獨(dú)立的測試機(jī)構(gòu)，它的專長為測試和認(rèn)證，主要包含：油氣、公共事業(yè)設(shè)備、稱量、體積、長度、簡易包裝、汽車電子產(chǎn)品、流動(dòng)性和交通執(zhí)法。NMi為全世界的用戶提供產(chǎn)品和服務(wù)。目前NMi在荷蘭、意大利、英國、加拿大都有分支機(jī)構(gòu)，與中國、日本、土耳其等國家的當(dāng)?shù)叵嚓P(guān)組織建立長期合作關(guān)系。

研制開發(fā)的RM系列雙腰輪氣體羅茨流量計(jì)，已通過荷蘭NMi認(rèn)證機(jī)構(gòu)的認(rèn)證并取得認(rèn)證證書。圖3為流量計(jì)在NMi實(shí)驗(yàn)室160:1范圍度下的典型標(biāo)準(zhǔn)曲線圖。從圖中可以看出，除始動(dòng)流量點(diǎn)外，誤差值均在±0.25%之內(nèi)。甚至可以說，除始動(dòng)流量點(diǎn)和最小的流量測試點(diǎn)外，其它流量點(diǎn)的誤差值均在±0.1%之內(nèi)。

圖3 流量計(jì)標(biāo)準(zhǔn)曲線圖

2 結(jié)果與分析

為了對體積較大的流量計(jì)內(nèi)部的脈動(dòng)正弦波進(jìn)行補(bǔ)償，可將流量計(jì)內(nèi)部的流體分流，并采用兩個(gè)計(jì)量室相錯(cuò)45°的兩組腰輪進(jìn)行流量測量。

測量結(jié)果表明：將近100%的脈動(dòng)作用已被消除(相差為180°的正弦波的疊加作用)。同帶有一個(gè)計(jì)量室的氣體羅茨流量計(jì)所產(chǎn)生的脈動(dòng)作用相比，經(jīng)過上述補(bǔ)償作用后，剩余的正弦波振幅已大大減小。流量計(jì)消除脈動(dòng)作用后，延長了使用壽命，降低了工作噪聲，同時(shí)還大大提高了流量計(jì)的測量精度。

3 結(jié)論

本文通過應(yīng)用模塊化和抗脈動(dòng)正弦波等技術(shù)，開發(fā)出一種新型的雙腰輪氣體羅茨流量計(jì)。實(shí)驗(yàn)表明：此流量計(jì)在一定范圍內(nèi)能達(dá)到0.1%的精度，具有高可靠性、高強(qiáng)度性、易維護(hù)、使用壽命長等特點(diǎn)，對提高流量計(jì)的計(jì)量準(zhǔn)確度有積極作用，為后續(xù)的改進(jìn)研發(fā)提供很好的參考作用。

[1] 王術(shù)明,姬淑華,韓書生,王輝. 在天然氣計(jì)量中如何用好羅茨流量計(jì)[J]. 中國計(jì)量,2011(2):125

[2] 肖立杰. 影響羅茨氣體流量計(jì)計(jì)量準(zhǔn)確性的原因分析[J]. 計(jì)測技術(shù),2011(1):59-60

[3] 郭峰. 氣體腰輪(羅茨)流量計(jì)噪音的產(chǎn)生與防范[J]. 城市燃?xì)? 2006,(zl): 28-30

[4] 劉明,劉敦利,王杰. 氣體羅茨流量計(jì)儀表系數(shù)的穩(wěn)定性研究[J]. 工業(yè)計(jì)量,2015(1):63-64

[5] 孫友,方沂,李鳳泉,陳小潤. 基于Pro/E的羅茨流量計(jì)轉(zhuǎn)子的設(shè)計(jì)和仿真[J]. 機(jī)械工程師,2008(8):66-68

10.3969/j.issn.1000-0771.2015.12.13