脉动流对涡轮流量计的影响及应对策略

气体涡轮流量计是国际法制计量组织(OIML)认可的用于燃气贸易计量的三大流量仪表之一,具有高精度、高可靠性、量程比大、重复性好、压损小等优点,被广泛用于天然气计量等领域。随着大量的涡轮流量计被用于贸易计量,为保证能够高质高效地进行计量工作,其计量精度和性能的标准就需要提高。

涡轮流量计是速度式流量计,内部流体的物性(压力、温度、速度)的变化极易引发计量的偏差。如山西省某计量交接点处近年来常出现供销差,经查证主要由脉动原因造成,在排除部分脉动产生的因素后,供销差得到极大的改善。脉动流是一种典型的非稳态流,脉动流的主要参数表现有脉动幅值、脉动频率和脉动波形,一旦形成对多种流量计均会产生影响,特别是涡轮流量计这类速度式流量计。

目前对非稳态流对涡轮流量计的影响研究方法主要有数学模型、CFD仿真研究和实验研究等方法,对涡轮流量计的研究做出了大量且至关重要的研究成果。在理论模型的研究成果中,Saboohi等基于转矩平衡方程提出了一种预测涡轮流量计性能的新算法;王菊芬等基于动量力矩定理和流体边界层理论,分析叶轮几何参数对涡轮流量计性能的影响;刘龙龙等从理论上分析了脉动流对涡轮流量计的影响;李宜霖等引入智能算法优化固井泥浆流量计的叶轮结构参数。

随着CFD的迅速发展,对在非稳态流下的涡轮流量计研究创造了更多的成果,如孙宏军等基于CFD进行了涡轮流量计前导流器的优化研究;孙兴伟等利用CFD研究了流体粘度变化对涡轮流量计地影响;郭素娜等将6DOF和动态网格相结合研究涡轮流量计的动态特性,得到涡轮流量计一阶系统的幅频特性、相频特性、传递函数和阶跃响应曲线;张永胜等通过CFD发现涡轮流量计的幅频特性随脉动频率成线性降低的趋势,而相频特性随频率增加而增大而后趋于稳定。

在实验研究成果中,陈勇等和Zijad等分别采用轴流泵电机调速、快速开闭阀门的方式研究了涡轮流量计在过渡流态下的加减速性能,结果表明在加速当中更为敏感;Cascetta等发现在开关阀门时,由于间歇流动,导致涡轮流量计测量到的气体体积总是高于实际通过燃气表的气体体积;陈行川等利用控制体积法的SIMPLEC算法发现在层流以及转捩状态时,仪表系数总是在变化,累计流量和瞬时流量的误差较大;孙立军等通过控制水泵转速测试流量稳定性对涡轮流量计的影响;王菊芬等通过体积管标准装置研究新型涡轮流量计的抗流动干扰能力;刘夷平等通过实验研究发现轴承阻滞中的静态阻力部分是造成相同雷诺数下仪表系数差异的主要原因。