一种新型的车载音速喷嘴气体流量检定系统

2013-07-02 13:05:50来源: 21ic 关键字: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。

四、基本流量公式

检定装置计算质量流量用以下公式

式中: M-工况状态下的质量流量,lb;

P-壳体内压力,1b/in2(绝);

A-喷嘴喉部的截面积,in2;Arkla喷嘴直径的范围为0.0620-0.9941in,因此,其面积范围约为0.003-0.776in2;

C-临界流量系数,它是比热值的函数(等炳流量常数)。它是一个与气体流动状态下的气体声速有关的参数。在Arkla的系统中,有代表性的天然气估算的临界流量系数值是0.7(无量纲)。该值与压力和温度有关。C是用色谱仪分析计算出的分子百分量计算而来的;
[1] [2]

关键字:音速喷嘴  气体流量  检定系统

编辑:什么鱼 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/Test_and_measurement/2013/0702/article_7534.html
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