一,、羅茨天然氣流量計概述

流量計無可動件,結構簡單、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.電磁轉換器對渦輪產(chǎn)生的電磁阻力力矩Tre。

因此,，渦輪的旋轉角速度,。可表示為:

  式中,，J是渦輪的轉動慣量,。一般情況下，電磁阻力力矩Tre很小,。渦輪以恒定的旋車轉角速度旋轉,，因此，旋轉角速度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，有下列結論:

a.當與Tr比較,，Trm,和Trf可忽略時,，即可近似認為它們的值為零，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,。

考慮實際應用時,，渦輪需要先克服靜摩擦力矩后才能轉動，因此,，Trm不為零.仍假設流體阻力力矩Trf忽略,。則剛開始旋轉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)生的機械摩擦力矩Trm有關，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,，當流體溫度變化引起其密度變化時，始動流量變化,。

當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系曲線,。

從圖可見,。

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

通常,，流體流率大于c點流率就進人線性操作區(qū)，即可認為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現(xiàn)性，典型值可達0.02%,，而精度達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,，石油化工的流體結算,，應考慮黏度的影響。

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,?？梢钥吹剑S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,，除了要進行密度補償外,，設計時氣體流量計的傾角要小些，以降低葉輪旋轉速度,。

③其他影響

流體流動狀態(tài)的影響,。流體進入流量計的流動狀態(tài)影響儀表系數(shù)。為此,，應有足夠直管段長度,，以使流體充分發(fā)展，消除進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)場安裝方式與標定時安裝方式*,，安裝偏差不超過5°,。

天然氣流量計結構參數(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,，葉輪轉速提高，儀表靈敏度提高,。但轉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管內(nèi)徑之比k, k越大,，儀轟靈敏度越高;但引起葉輪轉速提高,，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高點的距離,h-插入深度,δ-管道厚,DS-用戶管道實際內(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,。需要配套相應顯示儀表,、遠傳線纜時，請參閱相應的說明書或來電和技術溝通,。選用合適您的參數(shù)規(guī)格型號,，或由我公司技術人員根據(jù)您提供的資料替您設計選擇合適您工況的產(chǎn)品。