摘要:我国天然气资源丰富，智能气体涡轮流量计一直是作为天燃气贸易计量的首选。本文论述气体涡轮流量计的机械结构上的几点优化设计,优化了气体涡轮流量计的曲线，捉高了气体涡轮流量计的可靠。
1前言
国际上,天然气的计量都是使用气体涡轮流量计，其技术已相当成熟。我国天然气资源非常丰富，为减少煤气对城市大气和环境的污染和破坏。我国长期规划要限制并减少人工煤气的使用，增加城市管道用气中天然*气所占的比重,我国目前已经完成了“陕气进京”、“西气东输”等工程，现如今天然气在我国已经大面积普及，大然气计量仪表将大量使用，我国天然气资源大规模的开发利用使气体涡轮流量计获得广阔的发展空间和经济效益。开发气体涡轮流量计具有重要的经济价值和社会价值。笔者单位研发的智能气体涡轮流量计是一种速度式流量计，在机械结构设计、传感器制作、润滑系统的设计等方面进行了创新设让,是集温度、压小流量传感器和智能流量积算仪于一体的智能仪表。它具有精度高、技术成熟稳定、重复性好等优点，是检测气体计量和城市燃气贸易计量的理想仪表。
2.工作原理
智能气体涡轮流量计通过测量涡轮的转速从而计算气体的流速，将涡轮转速换算成与流量成正比的输出电信号。智能气体涡轮流量计检测天然气瞬时流量和总的积算流量,终端输出信号为频率，容易被数字化。永久磁铁、感应线圈都固定在仪表壳体上。当铁磁性涡轮叶片旋转时经过磁铁磁场时，磁阻产生变化，输出感应信号。信号在经过放大器被放大及整形，传输给频率计或计数器，得到总.的积算流量。与此同时，将脉冲信号通过转换器(频率一电压)换算成瞬时流量。总之,叶轮的转数和气体流量成正比。智能气体涡轮流量计的输出的是频率调制式信号,提高了检测电路的抗干扰性和简化了流量检测系统，其外形图如图1所示。
3动压气体轴承
气体涡轮流量计中用来支撑叶轮的主轴承通常是油润滑的滚动轴承或滑动轴承，有很多缺点。使用一款螺旋槽气体轴承,得到的气体涡轮流量计性能好，耐用。
气体润滑的优点是气体润滑相对油润滑其粘度小对温度的适应性好、清洁无污染、寿命长。
(1)粘性小
相对于油润滑来讲气体润滑在5~15℃环境下粘度约为油润滑的千分之一，气体润滑的摩擦力为油润滑的千分之一;温度在20C以上时上升至80℃其年度只增加16%，比相同条件下油润滑好很多;而且气体有均匀化作用，从而用气膜润滑的轴承精度比油膜润滑的轴承精度高1个数量级。
(2)适应性良好
油润滑轴承在温度非常高或者非常低的情况下就不工作了,而气体润滑的轴承即使在高低温时，工作性能佳,而且气体润滑不受原子辐射的影响;由于空气有独留,高温对其影响非常小。
(3)环保清洁
气体完成润滑作用排放后，不会污染环境;而且在排气时还能阻止灰尘进入仪表,起到清洁的作用，气体润滑无振动、无噪音。
(4)寿命长
气体轴承在使用时，没有金属结构直接接触，所以寿命更长。
动压气体轴承设计有螺旋槽，在高速下承载能力大时，能耗低、工作稳定等优点,设计最大稳定性优化的螺旋槽气压轴承，仪表稳定性非常好,而其承载能力最多损失77%,因此本文选用按最大稳定性原则设计。
根据窄槽设计原理,应用最大稳定性原则:当.气体涡轮流量计转速在4500r/min以上时，其最大稳定载荷会5N左右，所以正常工作速度比较大的气体涡轮流量计的主轴承完全可以用螺旋槽气压润滑轴承。
4导流器结构优化设计
导流器对被测流体起导向、压缩、整流等作用，这样当气体通过涡轮流量计时处于层流状态下，减少旋涡和紊流生成的漩涡对流量计的影响，提高仪表正确率。前导流器的前侧，设计又一-圈的分布在圆周的整流叶片，将气体通道分隔，变成几个小的通道。如图2所示，这时也轮出口的流体流动稳定，防止漩涡;在整流叶片的出口处尾端和叶轮中间环状区域是环状区域，称为混合室。
经过试验设计了导流器的结构尺寸，优化了气体涡轮流量计的特性曲线。结论是长叶片的重复性、线性度、压力损失都不好，而且在流量增.加是，短叶片在压力损失方面的优越性体现的更加明显。导流器结构如图3所示。
5多参数传感器
气体涡轮流量计所采用的磁敏传感器是基于硅桥和铁磁体的新型MEMS磁敏传感器，根据铁磁体在磁场中产生的扭矩和硅桥的耦合作来反映磁场。这种磁敏传感器和IC.工艺的兼容性非常好、适合成批量生产，体积小、成本低、功耗低、稳定性好。新型MRE磁敏传感器的灵敏度可以通过调节MRE中铁磁颗粒的大小、种类及弹性体的种类来改进。
涡轮转子旋转时可通过磁敏传感器切割磁力线产生电荷信号,再经过整形放大,声称脉冲星新号,通过计算机计算这些脉冲数，可以换算出通过气体涡轮流量计的流体的体积流量,同时结构设计上将磁敏和Pt100封装在1个不锈钢壳体内，如图4所示。
其技术性能指标如下:
(1)流量范围:6~6500m³/h,整机精度:1级;
(2)压力范围:1.6、2.5、4.0MPa,特殊可定做:
(3)温度范围:-20-80℃。
(4)重复性:优于±0.1%
6结束语.
通过对气体涡轮流量计测量芯、动压气体轴承、导流器结构、多参数传感器的优化设计,优化了气体涡轮轮流流量计的特性曲线，提高仪表的稳定性和正确率，延长仪表的寿命。
以上内容源于网络，如有侵权联系即删除!
