一、羅茨天然氣流量計概述

流量計無可動件,結(jié)構(gòu)簡單,、牢固,壽命長.2.測量范圍寬.在測量范圍內(nèi),儀表常數(shù)的精確不受介質(zhì)溫度、壓力,、粘度,、密度的影響，所以,儀表適應(yīng)的介質(zhì)種類多.3.壓力損失小,。適合于測量中高流速范圍的液體,、氣體及蒸汽。不適于在低流速范圍內(nèi)使用,，不適于高粘度液體,。

二、羅茨天然氣流量計測量原理

①力矩分析

作用在渦輪上的力矩有:a.流體流過渦輪時對葉片產(chǎn)生的轉(zhuǎn)動力矩Tr,，它是主動力矩,。b.渦輪軸與軸承之間摩擦產(chǎn)生的機(jī)械摩擦力矩Trm 。c.流體流經(jīng)渦輪時對渦輪產(chǎn)生的流動阻力力矩Trf,。d.電磁轉(zhuǎn)換器對渦輪產(chǎn)生的電磁阻力力矩Tre,。

因此，渦輪的旋轉(zhuǎn)角速度,?？杀硎緸?

  式中，J是渦輪的轉(zhuǎn)動慣量,。一般情況下,，電磁阻力力矩Tre很小。渦輪以恒定的旋車轉(zhuǎn)角速度旋轉(zhuǎn),，因此,，旋轉(zhuǎn)角速度w對時間的微分為零。即有:

  O=Tr-Trm-Trf

    如圖所示,，旋翼的導(dǎo)流片與軸線之間夾角為θ,，流體的入口和出口流速為u1和u2。它們與圓周方向的夾角分別是α1和α2,。流體對旋翼作用產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)力是圓周方向的,。根據(jù)動量原理，其圓周方向的力fr等于單位質(zhì)量流體量在圓周方向的動量變化,，即:

                            fr=gvρ(u1cosα1-u1cosα2)                                     

式中,，qv和ρ是流體的體積流量和密度。

因入口和出口圓周運(yùn)動速度相等，有:ur1=ur2=ur=wr,。

流體離開葉片的相對速度與圓周運(yùn)動方向夾角等于葉片傾角θ,，因此，有:β2 =90°-θ,。

因流體流速的軸向分量沒有變化,，有:u1=u2sinα2

經(jīng)化簡，得：fr=qvρ(u1tanθ-wr),。因此,，主推力力矩為：Tr=frr=rqvρ(u1tanθ-wr)

考慮u1-qv/A。 A是流通截面積,。則有：

用儀表系數(shù)K表示,，即：

式中，z是渦輪葉片數(shù);f是渦輪產(chǎn)生的脈沖率,。

根據(jù)上述,，有下列結(jié)論:

a.當(dāng)與Tr比較，Trm,和Trf可忽略時,，即可近似認(rèn)為它們的值為零,，這時，流量計的體積流量qv與渦輪產(chǎn)生的脈沖頻率了成正比,。

葉片數(shù)Z增加,，則K增加，同樣脈沖頻率下流體體積流量減小,，換言之,，同樣體積流量時的脈沖數(shù)增加。

傾角θ增加,，則K增加,，同樣脈沖頻率下流體體積流量減小，換言之,，同樣體積流量時的脈沖數(shù)增加,。

葉片半徑r減小或流通截面積A減小，則K增加,，同樣體積流量時的脈沖數(shù)增加,。

考慮實(shí)際應(yīng)用時，渦輪需要先克服靜摩擦力矩后才能轉(zhuǎn)動,，因此,，Trm不為零.仍假設(shè)流體阻力力矩Trf忽略。則剛開始旋轉(zhuǎn)時的流量稱為始動流量,，這時,，輸出脈沖頻率仍為零,，即有：

因此，始動流量qvmin為：

始動流量與渦輪軸與軸承之間摩擦產(chǎn)生的機(jī)械摩擦力矩Trm有關(guān),，該力矩大則始動流量也大,。

傾角θ增加，從上式可知,，一方面它使始動流量減小;另一方面,，它增加了機(jī)械摩擦力矩，使始動流量增大,。因此,，傾角θ有一個優(yōu)化值。

葉片半徑r增大或流通截面積A減小,，可減小始動流量。但也對儀表系數(shù)K有影響,。

流體密度大,，則始動流量小。因此,，當(dāng)流體溫度變化引起其密度變化時,，始動流量變化。

當(dāng)流體流量大于始動流量后,，流體主推力力矩主要克服流體阻力力矩,，可忽略動摩擦力矩。因此,，可根據(jù)流體流動狀態(tài)進(jìn)行分析,。

層流流動。流體層流流動的阻力力矩可表示為流體體積流量的線性函數(shù):Trf=C2μqv

式中,，C1是阻力系數(shù);μ是流體黏度,。

紊流流動。流體紊流流動的阻力力矩可表示為流體體積流量的二次方函數(shù):Trf=C2ρqv

式中,，C2是阻力系數(shù),。ρ是流體密度。

儀表系數(shù)K,。根據(jù)上述,，繪制如圖所示儀表系數(shù)與流體流量之間的關(guān)系曲線。

從圖可見,。

A處的流率對應(yīng)于始動流率,。b-d段的流動狀態(tài)處于層流狀態(tài),c和d分別對應(yīng)線性zui小和zui大流率。e是誤差范圍.流量計的范圍度可達(dá)20:1或更高,。

通常,，流體流率大于c點(diǎn)流率就進(jìn)人線性操作區(qū)，即可認(rèn)為K是常數(shù)。

圖中,，根據(jù)伯努利方程確定差壓△p,，它隨流量的增加而以其平方關(guān)系變化。

②流體性能的影響a.流體黏度的影響,。流量計的重要特性是它的高復(fù)現(xiàn)性,，典型值可達(dá)0.02%，而精度達(dá)0.25級,。根據(jù)式(2-102),，流體黏度對儀表系數(shù)有影響，因此,，對高黏度流體,，例如，石油化工的流體結(jié)算,，應(yīng)考慮黏度的影響,。

平直葉片.圖2-51(a)是平直葉片時，流體黏度對儀表系數(shù)的影響.可以看到,，隨黏度的增加,，靜摩擦力矩增加。因此,，層流區(qū)段增大,，線性范圍區(qū)段減小，儀表系數(shù)也有所提高,。

螺旋葉片.圖2-51(b)是螺旋葉片時,，流體黏度對儀表系數(shù)的影響?？梢钥吹?，隨黏度的增加，靜摩擦力矩增加不明顯,，因此,，層流區(qū)段增大不多，線性范圍區(qū)段減小較少,，而儀表系數(shù)可基本保持不變,。

儀表口徑。通常,，儀表口徑越小(<50mm),，它受流體黏度的影響越大。

流體密度的影響,。流體密度對儀表系數(shù)有影響,。

氣體密度的影響,。氣體密度隨溫度壓力變化而變化，由于其值是液體密度的千分之幾,，因此,，為獲得同樣的轉(zhuǎn)動力矩，氣體的流速要增大幾十倍.這就造成軸承摩擦力矩隨位用時間的增加而激烈增大,。為此,，除了要進(jìn)行密度補(bǔ)償外，設(shè)計時氣體流量計的傾角要小些,，以降低葉輪旋轉(zhuǎn)速度,。

③其他影響

流體流動狀態(tài)的影響。流體進(jìn)入流量計的流動狀態(tài)影響儀表系數(shù),。為此,，應(yīng)有足夠直管段長度，以使流體充分發(fā)展,，消除進(jìn)口處流體流速分布的不均勻和不穩(wěn)定,。

安裝方式的影響。水平和垂直方向的安裝會影響流量計的儀表系數(shù),。要求現(xiàn)場安裝方式與標(biāo)定時安裝方式*，安裝偏差不超過5°,。

天然氣流量計結(jié)構(gòu)參數(shù)對性能的影響

    a.葉片平均傾角θ,。傾角θ小，同樣大小流量下,，葉輪轉(zhuǎn)速提高,，儀表靈敏度提高。但轉(zhuǎn)速提高使軸承磨損增大,，使用壽命縮短.通常對液體,，傾角為30°-45°。氣體為10°-150°,。

    b.葉片數(shù)Z,。葉片數(shù)Z增加，摩擦阻力矩增大,，葉輪慣性力矩也增大;同時,，Z的增加使儀表讀數(shù)準(zhǔn)確度提高。一般D=10mm, Z=2; D=15mm, Z=3; 25mm≤D<50mm,Z=6;50mm≤D<100mm,，Z=8;D≥100mm, Z=100,。

    c.葉輪頂徑與流量計導(dǎo)管內(nèi)壁間隙δ.間隙δ過大，流體動能不能充分利用;δ過小,，流體黏度影響增大.通常D≤10mm, δ=(0.05,0.07)D; 10mm<D≤80mm, δ=(0.01-0.015)D; 80mm<D,，δ=0.01 D,。

d.葉輪根徑與流量計導(dǎo)管內(nèi)徑之比k, k越大，儀轟靈敏度越高;但引起葉輪轉(zhuǎn)速提高,，磨損增大,，壓損增大。

E.葉片重疊度P,。P過大,，不僅使葉輪重量增大，磨損加劇,，也使壓損增大,。過小則易漏過流體，降低一般靈敏度,。一般P=0.9~1.2,。

二、技術(shù)參數(shù)

附表( 二) 常溫,、常壓空氣工況適用流量范圍表（管道式）

三,、安裝及外形尺寸

“L ”為兩個安裝法蘭之間給流量計留出的安裝空間.

圖中:L-插入桿長度,L1-備用檢查尺寸,S-定位桿中心到管道外壁zui高點(diǎn)的距離,h-插入深度,δ-管道厚,DS-用戶管道實(shí)際內(nèi)徑.

4.安裝現(xiàn)場

訂貨須知：
  貴用戶您在定購流量儀表時要注意根據(jù)所測介質(zhì)流體的（公稱口徑,、流量范圍,、工作壓力、工作溫度,、流體介質(zhì)種類和環(huán)境條件）選擇合適的規(guī)格,。需要配套相應(yīng)顯示儀表、遠(yuǎn)傳線纜時,，請參閱相應(yīng)的說明書或來電和技術(shù)溝通,。選用合適您的參數(shù)規(guī)格型號，或由我公司技術(shù)人員根據(jù)您提供的資料替您設(shè)計選擇合適您工況的產(chǎn)品,。