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探討制約氣體流量標準裝置流量范圍的因素

來源:上海自動化儀表廠作者:上海自動化儀表廠

本文介紹了計量檢測中心臨界流文丘里噴嘴氣體流量標準裝置采用比較法開展氣體流量計的檢定和校準工作中出現的問題,并對影響裝置流量范圍的問題因素進行了分析。
計量檢測中心臨界流文丘里噴嘴氣體流量標準裝置,選用符合國際標準的臨界流文丘里噴嘴氣體流量標準,采用比較法原理進行氣體流量計的檢定及校準。文丘里噴嘴是非常常用的氣體標準流量計之一,因其結構簡單、堅固耐用、準確度高、重復性好等特點,已成為氣體流量傳遞的二級標準,在工業生產的很多領域都有著廣泛的應用。在該裝置投用 5 年后,出現了流量范圍減小,在大流量檢定時無法滿足規定的背壓比的現狀,本文從多個方面探討了制約標準裝置流量范圍的幾個因素,找到了相應癥結。
1?臨界流文丘里噴嘴氣體流量標準裝置的組成結構
(1)標準裝置的總體描述。氣體流量標準裝置由13 支并聯安裝的臨界流文丘利噴嘴組件、匯管、水環式真空泵、數據采集處理控制系統及計算機控制軟件等組成。每個噴嘴的組件由前后管段、臨界流文丘利噴嘴、壓力變送器及溫度變送器構成。其中壓力變送器和溫度變送器用于測量計算所需的壓力和溫度值;每個噴嘴組件前安裝有氣動蝶閥,可實現現場和遠程兩種方式對閥門的控制,以確保對各個管路的控制。
(2)控制系統。控制系統通過計算機完成數據采集,利用電動執行機構,實現對各個閥門的控制。閥門的開關等可在電腦顯示屏上以圖形的形式顯示,操作人員可以通過微機對不同的閥門實施操作,隨時了解、管理并控制整個檢定、校準流程。
(3)標準器的選擇。檢定、校準開始之前,系統軟件可以根據設定的流量產生可供選擇的噴嘴組合,非常后由操作人員確定,其噴嘴組合是通過控制氣動柱塞閥開關完成的,當系統顯示被選擇閥門處于正確位置時,組合選擇完成。
2 ? 臨界流文丘里噴嘴氣體流量標準裝置的工作原理及特點
臨界流文丘里噴嘴的內壁形狀如下圖 1 所示。
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(1)工作原理:上游壓力不變,下游壓力逐漸減小到某一值時,通過噴嘴的流量將達到非常大值,且恒為當地音速,并保持音速不變。當節流壓力比(即出口壓力與上游滯止壓力之比)小到一定值時,流過噴嘴喉部的流速達到非常大值——音速。如果上游滯止壓力不變,出口壓力再減小,流速將保持恒定。利用音速噴嘴的臨界體積和質量流量的穩定性,使流過流量計的體積和質量流量為恒值。
(2)特點。當氣體通過噴嘴時,若入口處壓力和出口處壓力滿足如下條件:P 出 /P 入 ≤ 0.85(背壓比)時,則氣體通過噴嘴喉部的流速恒定于當地的音速,且保持不變,此時即為臨界流狀態。根據連續性原理,此時通過被標定流量計算得氣體質量流量,一定等于通過噴嘴處的氣體質量流量。就是利用噴嘴的這一特性,作為氣體計量量值傳遞標準的依據。
3?影響因素的分析和探討
在檢定過程中真空泵的能力應滿足下列兩個條件:
*,真空泵提供的流量應大于被檢流量計的非常大流量;第二,在測量過程中,真空泵所提供的真空度應滿足音速噴嘴的臨界壓力比(背壓比)。在達到檢定要求的情況下,單臺泵非常大流量為 700m 3 /h、雙臺泵非常大流量為 1650m 3 /h;而泵體本身的額定泵量為 42m 3 /min 和30m 3 /min,換算后不難得出,單臺泵其流量理論應達到 2520m 3 /h,而雙臺應達到 4320m 3 /h,(即便泵效為60%,雙臺泵也應有 2500m 3 /h 左右的泵量),目前檢定過程得出,裝置存在制約流量范圍的因素。分析影響檢定范圍的幾個主要因素有漏氣與管道堵塞、噴嘴開啟密封不嚴、軟件系統計算錯誤、溫度變送器及壓力變送器不準確(圖 2)。
(1)漏氣與管道堵塞。漏氣或密封不嚴會造成裝置真空度不夠,使得噴嘴流量達不到要求;而管道的堵塞會造成靠近泵體的管道壓差大,而噴嘴后端的壓差小,這種壓差會造成噴嘴的“吸力”變小,造成流量達不到要求。通過改裝設備,加裝精密真空表進行測試驗證。

首先確定了精密真空表其分度值為d=0.0005MPa,測試時使用 SK-42A 單臺真空泵。
可知,前后壓差 1 與壓差 2 非常接近,所以推斷裝置的管徑沒有漏氣和堵塞的地方。
(2)噴嘴開啟密封不嚴。噴嘴在檢定中對應不同流量會有不同組合,為確保柱塞閥可靠開關,在現場進行了檢查確認。在噴嘴的觀察視窗,對應微機顯示的閥門序號,進行檢查,確保在檢定過程中柱塞閥可靠開關。可對每個噴嘴進行檢查,在微機上逐個選擇閥門的開關,確保閥門的靈活性,在實驗室現場再次通過視窗確認閥門的動作是否到位。經過判斷密封嚴密無泄漏。
(3)電機問題。電機轉速不夠也會影響拖動的真空泵達不到額定泵效。通過聯系研究院借用頻閃儀檢測電機轉速。檢測后發現轉速符合電機的額定轉速范圍,電流和電壓也符合額定要求。
(4)軟件計算錯誤。因為檢定后續的計算全部由軟件進行計算,如果軟件出現了錯誤會造成計算錯誤從而出現上述檢定中出現的問題。通過聯系丹東的廠家,對裝置進行了實驗,檢定了一塊穩定的流量計,在背壓比可以達到檢定要求的情況下,檢定數據是穩定可靠的,由此判斷軟件方面沒有出錯。
(5)真空泵無法達到額定參數要求。真空泵本身沒有達到額定參數要求,會從根本上造成裝置流量達不到要求。①測量進水量:粗略計算,用水桶裝水并用秒表計時。測得 18.33kg 水用時 11 秒。可得出 SK-42A泵(單臺)進水量為每小時 6m 3 /h。②進行泵體的密封檢查:加水時,若泵軸的密封處出現連續水流(滴漏較為正常),則不符合密封要求,進行緊固密封壓蓋或更換密封填料。③檢查 SK-42A 泵的排氣量:通過視窗發現水氣分離罐水位太高,造成水氣混合,排出總出氣口時水量太多,影響了總排氣量,進行裝置改造后,對罐體的溢流口進行擴大,使水氣充分分離。
4?結語
通過對問題的逐一分析,非常終得出泵體本身的問題和供水量不足為影響裝置檢定范圍的非常主要的問題。在分析、排查問題的過程中,系統學習了氣表檢定裝置的理論知識,進一步提高了自身的實踐能力,為今后順利開展氣表檢定工作奠定了扎實基礎。非常后,班組對現場分析處理的數據進行了整理和處理,這些*手寶貴的資料,利于以后排查、分析設備問題。

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