非标设计在气体涡轮流量计中的应用

　　1 前言

　　气体涡轮流量计是用于管道天然气计量的仪表，在欧美等发达国家，用气体涡轮流量计计量管道天然气已有30~40年的历史了。随着我国对天然气资源大规模的开发和利用，西气东输、海气登路、陕气进京、渝气输汉、川气进湘等多条天然气管道工程相继建成，多年来一直使用的污染大、热值低的人工煤气等气体将逐渐被环保性、热值高的天然气所取代。在相当长的一段时间内，用于计量管道天然气的气体涡轮流量计在中国将形成一个大的需求市场。鉴于此，国内有实力的燃气表制造商为抓住国内对气体涡轮流量计需求日益增长这一商机，研制开发高精度气体涡轮流量计产品。

　　2 气体涡轮流量计的计量原理

　　图1所示，管道内的气体通过涡轮流量计前端的收缩截面，加速冲击叶轮，叶轮的转数在一定流量范围内与通过流量计内的气体流量成正比，叶轮转数通过表内多级传动系统传送到显示仪器上，从而完成对管道内气体体积的计量。

　　3 问题

　　图2所示，在进行DN100型气体涡轮流量计的样机试制过程中，经测试发现，流量计的大流、中流段的示值误差趋于线型，而最小流量点(Qmin)示值误差却超出标准要求。

　　理想曲线指流量计的标准示值误差曲线，即：

　　实际曲线指样机测试时的示值误差曲线。

　　4 分析、试验

　　针对样机测试时的示值误差曲线分析，小流量段示值误差超差有多方面原因，但总体上可归纳为两种可能性：一是流量计密封性不好，气体外溢而未被计量;二是流量计内部阻力大，传动不灵活。第1种可能性是各接口联接的密封问题，问题比较直观，很容易解决;第2种可能性涉及到样机装配时的各道工序，需要对装配过程中各工序的阻力问题逐一分析、排查。经多次试验，最终确认为标准蜗轮、蜗杆传动部分阻力较大，影响了气体涡轮流量计的传动灵活性，导致小流量段示值误差超差。

　　5 改进设计

　　标准的蜗轮、蜗杆配合，一般都将蜗轮的圆柱表面的直母线制成弧形，部分地包住蜗杆，并用与蜗杆形状相似的滚刀来切制蜗轮的齿廓，这样就使得相啮合的轮齿成为线接触，从而提高传动的承载能力。但对于气体涡轮流量计来说，传动系统主要是传递运动，而不是传递动力和扭矩。标准设计中的蜗轮、蜗杆线接触，系统阻力大，导致传动不灵活，从而影响流量计的计量准确度，如图3(a)，图4示值误差曲线②。

　　曲线①为标准示值误差曲线。

　　5.1 改进方案1