一种新型的车载音速喷嘴气体流量检定系统

一、简 介

Arkla管道集团研究了一种车载音速喷嘴检定装置，可以在实际工作条件下检定气体涡轮流量计，检定的流量计口径在3-16 in。这种检定系统与气相色谱仪结合，完成气体质量流量计算。
这个检定系统较过去的方法有很大的提高。在大多数情况下，在大气压下检定的涡轮流量计用于工作状态，原来的仪表常数将发生飘移。而采用音速喷嘴在实际工作压力、温度条件下检定克服了这一不足。另外，音速喷嘴系统使用天然气为介质而不是空气，也去掉了由空气引入的误差。
车载检定系统可以检定整个涡轮计量系统，而不仅仅是检定一台涡轮流量计。这意味着由脉动引起的误差可以被检测出来，这是其它任何检定系统所不能做到的。
二、定 义
音速喷嘴流量的基本定义是：在其它参数维持不变的情况下，当喷嘴下游的压力降低到某一点时，即使下游压力继续下降，也不会引起喷嘴喉管的质量流量进一步增加。在这一点，气体在喷嘴喉管处的运动速度为音速，被称为临界流、音速流或称为扼流。气体的质量流量可以在喷嘴喉管被精确地确定出来。早期，需在喷嘴的进口和出口的压力降低到50％时，才能获得音速，然而现在压力降可以小到5％，而典型的压降不会超过10％，即可以得到音速。
三、车载检定装置的设备
1、一台车载板房，将其间隔成微机间、阀组间、空气压缩机间和电源间。这样可将危险区与非危险区分开。
2、一个计算机控制系统，包括一台IBM。386微机，其具有120兆硬盘32台打印机和一个远程终端(RTU)。远程终端是微机与数控阀的接口，它有控制输出、状态输入和模拟输入控制输出开关电磁气动阀-每一个喷嘴有一个电磁阀。每一个执行器由2个舌簧开关提供状态输入信号，反映执行器的位置，由微机判定哪些喷嘴在工作状态。来自空气压缩机的状态输入信号可以指示出空气压力是否降至751b／in2(表)以下，该压力是数控阀的最小操作压力。模拟输人代表涡轮流量计的工作温度和压力(两个输入)、阀进口和出口的压力(三点输入)和阀进口的温度(一点输入)。
3、一台Daniel气体色谱仪，其在检定系统中是一台关键设备。气相色谱仪每6min对气体进行一次实时组分分析，并将结果通过一个RS。232的通讯接口输送到计算机。计算机应用分子百分量计算出用于质量公式的两个可变量。气体色谱仪条型记录仪和控制器安装在非危险区的微机房内。色谱仪的取样探头安装在危险区内的数控阀的管线上。
4、2个供电单元使检定系统维持运转。一个2.8kW单元驱动小的负载，如色谱仪、计算机和RTU。一个7kw电机带动一个空气压缩机和空气调节器。
5、一台1hp的空压机提供100lb/in2(表)压力的空气给数控阀的电磁阀，用以操作喷嘴。该气源也用于开动小型的手动工具。
6、连接管线，由2根口径为4in，长为14ft的挠型管连接被检仪表和检定系统。一根连接被检表到检定装置的进口，另一根连接检定装置出口到返回管线。每一个连接头都采用高压快速接头，管线的工作压力为550lb/in2(表)。




7、数控切换阀，如图1所示的数控阀重1100lb，它有11个供选择的音速喷嘴通道，其以二进制方式控制。由于最大的两个喷嘴分为最大通道功能和逻辑控制。二进制控制给数控阀10bit的分辨率。结果是流量的增量阶程为58．7Ac勋。RIU的电控信号控制着气动电磁阀的开关，同时又控制气动操作电磁阀以使音速喷嘴进入工作状态。气缸在阀的中间，其具有足够的能量，即使空气供应中断仍可使阀门旋转两次。
数控阀体上有4个连接孔：2 个进口和2个出口。连接口用于连接进口的温度变送器和进口、出口的压力变送器。由于进口压力应十分精确，一个进口应安装2个压力变送器，其量程范围分别是 0-75lb/in2(表)和0-200lb/in2(表)。当压力达到第一个压力变送器量程的95％时，计算机将测压仪表从第一个压变转换到第二个压变。一次有一个喷嘴打开，气体从入口进入喷嘴，再从壳体的4个管口流出进入外壳体，然后流出阀体。