一種新型的車載音速噴嘴氣體流量檢定系統(tǒng)

一、簡 介

Arkla管道集團(tuán)研究了一種車載音速噴嘴檢定裝置，可以在實(shí)際工作條件下檢定氣體渦輪流量計(jì)，檢定的流量計(jì)口徑在3-16 in。這種檢定系統(tǒng)與氣相色譜儀結(jié)合，完成氣體質(zhì)量流量計(jì)算。
這個(gè)檢定系統(tǒng)較過去的方法有很大的提高。在大多數(shù)情況下，在大氣壓下檢定的渦輪流量計(jì)用于工作狀態(tài)，原來的儀表常數(shù)將發(fā)生飄移。而采用音速噴嘴在實(shí)際工作壓力、溫度條件下檢定克服了這一不足。另外，音速噴嘴系統(tǒng)使用天然氣為介質(zhì)而不是空氣，也去掉了由空氣引入的誤差。
車載檢定系統(tǒng)可以檢定整個(gè)渦輪計(jì)量系統(tǒng)，而不僅僅是檢定一臺渦輪流量計(jì)。這意味著由脈動(dòng)引起的誤差可以被檢測出來，這是其它任何檢定系統(tǒng)所不能做到的。
二、定 義
音速噴嘴流量的基本定義是：在其它參數(shù)維持不變的情況下，當(dāng)噴嘴下游的壓力降低到某一點(diǎn)時(shí)，即使下游壓力繼續(xù)下降，也不會引起噴嘴喉管的質(zhì)量流量進(jìn)一步增加。在這一點(diǎn)，氣體在噴嘴喉管處的運(yùn)動(dòng)速度為音速，被稱為臨界流、音速流或稱為扼流。氣體的質(zhì)量流量可以在噴嘴喉管被精確地確定出來。早期，需在噴嘴的進(jìn)口和出口的壓力降低到50％時(shí)，才能獲得音速，然而現(xiàn)在壓力降可以小到5％，而典型的壓降不會超過10％，即可以得到音速。
三、車載檢定裝置的設(shè)備
1、一臺車載板房，將其間隔成微機(jī)間、閥組間、空氣壓縮機(jī)間和電源間。這樣可將危險(xiǎn)區(qū)與非危險(xiǎn)區(qū)分開。
2、一個(gè)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，包括一臺IBM。386微機(jī)，其具有120兆硬盤32臺打印機(jī)和一個(gè)遠(yuǎn)程終端(RTU)。遠(yuǎn)程終端是微機(jī)與數(shù)控閥的接口，它有控制輸出、狀態(tài)輸入和模擬輸入控制輸出開關(guān)電磁氣動(dòng)閥-每一個(gè)噴嘴有一個(gè)電磁閥。每一個(gè)執(zhí)行器由2個(gè)舌簧開關(guān)提供狀態(tài)輸入信號，反映執(zhí)行器的位置，由微機(jī)判定哪些噴嘴在工作狀態(tài)。來自空氣壓縮機(jī)的狀態(tài)輸入信號可以指示出空氣壓力是否降至751b／in2(表)以下，該壓力是數(shù)控閥的最小操作壓力。模擬輸人代表渦輪流量計(jì)的工作溫度和壓力(兩個(gè)輸入)、閥進(jìn)口和出口的壓力(三點(diǎn)輸入)和閥進(jìn)口的溫度(一點(diǎn)輸入)。
3、一臺Daniel氣體色譜儀，其在檢定系統(tǒng)中是一臺關(guān)鍵設(shè)備。氣相色譜儀每6min對氣體進(jìn)行一次實(shí)時(shí)組分分析，并將結(jié)果通過一個(gè)RS。232的通訊接口輸送到計(jì)算機(jī)。計(jì)算機(jī)應(yīng)用分子百分量計(jì)算出用于質(zhì)量公式的兩個(gè)可變量。氣體色譜儀條型記錄儀和控制器安裝在非危險(xiǎn)區(qū)的微機(jī)房內(nèi)。色譜儀的取樣探頭安裝在危險(xiǎn)區(qū)內(nèi)的數(shù)控閥的管線上。
4、2個(gè)供電單元使檢定系統(tǒng)維持運(yùn)轉(zhuǎn)。一個(gè)2.8kW單元驅(qū)動(dòng)小的負(fù)載，如色譜儀、計(jì)算機(jī)和RTU。一個(gè)7kw電機(jī)帶動(dòng)一個(gè)空氣壓縮機(jī)和空氣調(diào)節(jié)器。
5、一臺1hp的空壓機(jī)提供100lb/in2(表)壓力的空氣給數(shù)控閥的電磁閥，用以操作噴嘴。該氣源也用于開動(dòng)小型的手動(dòng)工具。
6、連接管線，由2根口徑為4in，長為14ft的撓型管連接被檢儀表和檢定系統(tǒng)。一根連接被檢表到檢定裝置的進(jìn)口，另一根連接檢定裝置出口到返回管線。每一個(gè)連接頭都采用高壓快速接頭，管線的工作壓力為550lb/in2(表)。




7、數(shù)控切換閥，如圖1所示的數(shù)控閥重1100lb，它有11個(gè)供選擇的音速噴嘴通道，其以二進(jìn)制方式控制。由于最大的兩個(gè)噴嘴分為最大通道功能和邏輯控制。二進(jìn)制控制給數(shù)控閥10bit的分辨率。結(jié)果是流量的增量階程為58．7Ac勛。RIU的電控信號控制著氣動(dòng)電磁閥的開關(guān)，同時(shí)又控制氣動(dòng)操作電磁閥以使音速噴嘴進(jìn)入工作狀態(tài)。氣缸在閥的中間，其具有足夠的能量，即使空氣供應(yīng)中斷仍可使閥門旋轉(zhuǎn)兩次。
數(shù)控閥體上有4個(gè)連接孔：2 個(gè)進(jìn)口和2個(gè)出口。連接口用于連接進(jìn)口的溫度變送器和進(jìn)口、出口的壓力變送器。由于進(jìn)口壓力應(yīng)十分精確，一個(gè)進(jìn)口應(yīng)安裝2個(gè)壓力變送器，其量程范圍分別是 0-75lb/in2(表)和0-200lb/in2(表)。當(dāng)壓力達(dá)到第一個(gè)壓力變送器量程的95％時(shí)，計(jì)算機(jī)將測壓儀表從第一個(gè)壓變轉(zhuǎn)換到第二個(gè)壓變。一次有一個(gè)噴嘴打開，氣體從入口進(jìn)入噴嘴，再從殼體的4個(gè)管口流出進(jìn)入外殼體，然后流出閥體。