一種新型的雙腰輪氣體羅茨流量計

林景殿 黃朝川 張國玉

(1.浙江蒼南儀表集團有限公司，蒼南 325800；2.中國計量學院，杭州 310018)

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一種新型的雙腰輪氣體羅茨流量計

林景殿1黃朝川1張國玉2

(1.浙江蒼南儀表集團有限公司，蒼南 325800；2.中國計量學院，杭州 310018)

為了更好地為用戶解決天然氣管道中存在的脈動流現象，將常規氣體羅茨流量計的殼體設置為兩個計量腔體。兩個計量腔體內分別設有一組腰輪，兩組腰輪相錯45°。相差為180°的正弦波相互疊加，消除管道中的脈動作用。試驗樣機已通過NMi實驗室測試，結果符合預期要求。

雙腰輪；氣體；羅茨流量計

0 引言

氣體羅茨流量計是一種精確測量氣體流量的容積式流量計量儀表，廣泛應用于天然氣用戶的計量和收費中。王術明等[1]介紹了羅茨流量計在天然氣計量中的優點和提高計量準確度的措施。氣體羅茨流量計在正常使用過程中，靠入口與出口產生的壓差來驅動羅茨輪的旋轉。肖立杰[2]對影響羅茨氣體流量計計量準確性的原因進行了分析，認為計量室和轉子的加工精度是影響計量準確性的重要原因。內部轉子經精密加工和平衡測試后，能確保無接觸旋轉，從而使流量計準確度高，重復性好。在流量計的消噪方面，郭峰[3]則分析了氣體腰輪(羅茨)流量計產生噪音的幾項原因并討論防范噪音的措施及方法，提出噪聲主要是由以下幾方面產生：齒輪的加工精度不夠高，共軛轉子的不平衡和內部軸承變形，并總結出了減少人為操作，修緣齒，對轉子進行平衡檢驗等方法，對羅茨流量計的性能提升有顯著的意義。劉明等[4]認為穩定性是衡量計量性能重要指標之一。當氣體通過流量計的羅茨輪組件時，在流量計出口處會產生脈動流，隨著流體壓力和流量的不斷增加，脈動流的作用將會逐漸加強，直至產生強烈的脈動作用，從而影響流量計的測量精度。為了更好地為用戶解決天然氣管道中存在的脈動流現象，浙江蒼南儀表集團有限公司通過數據收集、分析氣體羅茨流量計使用的介質環境，特別在燃氣門站或壓力較高的場合流量計的使用情況，著手研究具有雙腰輪結構的氣體羅茨流量計，并且已申報、授權實用新型專利(專利號：ZL 201120375208.3)。

1 過程研究

1.1 結構與特性設計

孫友等[5]分析了羅茨流量計的結構特點，介紹了羅茨流量計的型線建模方法。雙腰輪氣體羅茨流量計，包括殼體、顯示組件、前壓蓋和后壓蓋，殼體兩端分別安裝可拆卸連接前壓蓋和后壓蓋，顯示組件固定連接在前壓蓋或后壓蓋上，殼體內設置有兩個計量腔體，兩個計量腔體內分別設有一組腰輪，兩組腰輪相錯設置，兩組腰輪兩端均設有腰輪軸，每根腰輪軸上均設有軸承，每根腰輪軸與每個軸承過渡配合，每個軸承均固定安裝在殼體上。殼體內的兩個計量腔體將流量計內的流體分流，并且采用兩組腰輪相錯設置(兩組腰輪相錯45°)，相差為180°的正弦波的相互疊加作用，使得對流量計內部脈動正弦波的振幅大大減少，補償功能更好。

1)減小體積，減輕重量，增加殼體強度

把常規的殼體設置為兩個計量腔體，如圖1所示，兩個計量腔體內分別設有一組腰輪，兩組腰輪相錯設置，旋轉體積為兩個計量容腔的體積之和。這樣，既減少常規殼體計量容腔的體積，又因為殼體的兩個計量腔體中間固設有加強筋，增加了殼體的強度。

圖1 實物剖視圖

2)減少脈動流，降低噪音，提高使用壽命

流量計具有內部的脈動正弦波補償功能，且流量計消除了脈動流的干擾作用，延長使用壽命，降低工作噪聲，同時還大大提高了流量計對大流量的準確度。

3)模塊化設計，便于在線維護

流量計旋轉主軸的支撐軸承被安裝在同步齒輪的外部，如圖2所示，可實現在線維修，不必從管線上卸下流量計；采用單端同步傳動，縮短表體相對長度尺寸，節省安裝空間，便于用戶使用和維護。

圖2 支撐軸承安裝圖

4)提高計量精度和重復性，可廣泛應用于標定裝置

氣體羅茨流量計不涉及流態方程，與氣體流態(如流線分布、阻力損失、雷諾數等)關系很小，始動流量小，量程比寬，適用于計量負荷變動大的氣體流量，其計量準確度不受壓力和流量變化的影響，性能穩定，壽命長，可作為標準表安裝在標定裝置上。

1.2 流量計標準曲線圖

荷蘭計量研究院(NMi)實驗室是世界公認的獨立的測試機構，它的專長為測試和認證，主要包含：油氣、公共事業設備、稱量、體積、長度、簡易包裝、汽車電子產品、流動性和交通執法。NMi為全世界的用戶提供產品和服務。目前NMi在荷蘭、意大利、英國、加拿大都有分支機構，與中國、日本、土耳其等國家的當地相關組織建立長期合作關系。

研制開發的RM系列雙腰輪氣體羅茨流量計，已通過荷蘭NMi認證機構的認證并取得認證證書。圖3為流量計在NMi實驗室160:1范圍度下的典型標準曲線圖。從圖中可以看出，除始動流量點外，誤差值均在±0.25%之內。甚至可以說，除始動流量點和最小的流量測試點外，其它流量點的誤差值均在±0.1%之內。

圖3 流量計標準曲線圖

2 結果與分析

為了對體積較大的流量計內部的脈動正弦波進行補償，可將流量計內部的流體分流，并采用兩個計量室相錯45°的兩組腰輪進行流量測量。

測量結果表明：將近100%的脈動作用已被消除(相差為180°的正弦波的疊加作用)。同帶有一個計量室的氣體羅茨流量計所產生的脈動作用相比，經過上述補償作用后，剩余的正弦波振幅已大大減小。流量計消除脈動作用后，延長了使用壽命，降低了工作噪聲，同時還大大提高了流量計的測量精度。

3 結論

本文通過應用模塊化和抗脈動正弦波等技術，開發出一種新型的雙腰輪氣體羅茨流量計。實驗表明：此流量計在一定范圍內能達到0.1%的精度，具有高可靠性、高強度性、易維護、使用壽命長等特點，對提高流量計的計量準確度有積極作用，為后續的改進研發提供很好的參考作用。

[1] 王術明,姬淑華,韓書生,王輝. 在天然氣計量中如何用好羅茨流量計[J]. 中國計量,2011(2):125

[2] 肖立杰. 影響羅茨氣體流量計計量準確性的原因分析[J]. 計測技術,2011(1):59-60

[3] 郭峰. 氣體腰輪(羅茨)流量計噪音的產生與防范[J]. 城市燃氣, 2006,(zl): 28-30

[4] 劉明,劉敦利,王杰. 氣體羅茨流量計儀表系數的穩定性研究[J]. 工業計量,2015(1):63-64

[5] 孫友,方沂,李鳳泉,陳小潤. 基于Pro/E的羅茨流量計轉子的設計和仿真[J]. 機械工程師,2008(8):66-68

10.3969/j.issn.1000-0771.2015.12.13