摘要:介紹在氣體渦輪流量計(jì)過程中渦輪渦桿傳動非常規(guī)方法。通過多次改進(jìn)，證明這種有效、實(shí)用，能夠保證傳動的平穩(wěn)性、可靠性，降低傳動中的阻力，提高傳動的靈活性，達(dá)到預(yù)期的效果。
1.前言
氣體渦輪流量計(jì)是用于管道天然氣計(jì)量的儀表,在歐美等發(fā)達(dá)國家，用氣體渦輪流量計(jì)計(jì)量管道天然氣已有30~40年的歷史了。隨著我國對天然氣資源大規(guī)模的開發(fā)和利用，西氣東輸、海氣登路、陜氣進(jìn)京、渝氣輸漢、川氣進(jìn)湘等多條天然氣管道工程相繼建成，多年來一直使用的污染大、熱值低的人工煤氣等氣體將逐漸被環(huán)保性、熱值高的天然氣所取代。在相當(dāng)長的一段時間內(nèi),用于計(jì)量管道天然氣的氣體渦輪流量計(jì)在中國將形成一個大的需求市場。鑒于此,國內(nèi)有實(shí)力的燃?xì)獗碇圃焐虨樽プ鴥?nèi)對氣體渦輪流量計(jì)需求日益增長這一商機(jī)，高精度氣體渦輪流量計(jì)產(chǎn)品。
2.氣體渦輪流量計(jì)的計(jì)量原理
圖1所示，管道內(nèi)的氣體通過渦輪流量計(jì)前端的收縮截面,加速沖擊葉輪，葉輪的轉(zhuǎn)數(shù)在一定流量范圍內(nèi)與通過流量計(jì)內(nèi)的氣體流量成正比，葉輪轉(zhuǎn)數(shù)通過表內(nèi)多級傳動系統(tǒng)傳送到顯示儀器上,從而完成對管道內(nèi)氣體體積的計(jì)量。
3.問題
圖2所示，在進(jìn)行DN100型氣體渦輪流量計(jì)的樣機(jī)試制過程中,經(jīng)測試發(fā)現(xiàn),流量計(jì)的大流、中流段的示值誤差趨于線型,而最小流量點(diǎn)(Qmin)示值誤差卻超出標(biāo)準(zhǔn)要求。
理想曲線指流量計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)示值誤差曲線,即:
Qmin≤Q<0.2Qmax±2%;
0.2Qmax≤Q≤Qmax±1%。
實(shí)際曲線指樣機(jī)測試時的示值誤差曲線。
4.分析、試驗(yàn)
針對樣機(jī)測試時的示值誤差曲線分析,小流量段示值誤差超差有多方面原因，但總體上可歸納為兩種可能性:一是流量計(jì)密封性不好,氣體外溢而未被計(jì)量;二是流量計(jì)內(nèi)部阻力大,傳動不靈活。第1種可能性是各接口聯(lián)接的密封問題，問題比較直觀，很容易解決;第2種可能性涉及到樣機(jī)裝配時的各道工序,需要對裝配過程中各工序的阻力問題逐一-分析、排查。經(jīng)多次試驗(yàn),最終確認(rèn)為標(biāo)準(zhǔn)渦輪、渦桿傳動部分阻力較大，影響了氣體渦輪流量計(jì)的傳動靈活性，導(dǎo)致小流量段示值誤差超差。
5改進(jìn)設(shè)計(jì).
標(biāo)準(zhǔn)的渦輪、渦桿配合,一般都將渦輪的圓柱表面的直母線制成弧形，部分地包住渦桿,并用與渦桿形狀相似的滾刀來切制渦輪的齒廓,這樣就使得相嚙合的輪齒成為線接觸,從而提高傳動的承載能力。但對于氣體渦輪流量計(jì)來說，傳動系統(tǒng)主要是傳遞運(yùn)動，而不是傳遞動力和扭矩。標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)中的渦輪、渦桿線接觸，系統(tǒng)阻力大,導(dǎo)致傳動不靈活,從而影響流量計(jì)的計(jì)量精度,如圖3(a),圖4示值誤差曲線②。
曲線①為標(biāo)準(zhǔn)示值誤差曲線。
5.1改進(jìn)方案1
針對流量計(jì)傳動的特點(diǎn)，將渦輪厚度變薄，減少渦桿、渦輪配合時的接觸長度,如圖3(b)，經(jīng)過試驗(yàn),小流量段示值誤差明顯改善,如圖4示值誤差曲線③。但流量計(jì)穩(wěn)定性差，重復(fù)性難以保證。
5.2改進(jìn)方案2
根據(jù)渦桿、渦輪成形原理，渦桿、渦輪傳動實(shí)際是由螺旋齒輪傳動演化而來的。螺旋齒輪傳動相嚙合的輪齒是點(diǎn)接觸，為了改善嚙合狀況，才將渦桿渦輪的嚙合變?yōu)榫�接觸。線接觸的阻力要大于點(diǎn)接觸，于是將弧形面的渦輪用螺旋齒輪替代，如圖3(c)。結(jié)果表明這種改進(jìn)非常有效，流量計(jì)傳動阻力減小、靈活性提高;傳動平穩(wěn)、重復(fù)性良好,小流量段的示值誤差達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求,如圖4示值誤差曲線④。
5.3改進(jìn)方案3
采用螺旋齒輪傳動代替原渦桿、渦輪結(jié)構(gòu)，達(dá)到了預(yù)期效果，但針對氣體渦輪流量計(jì)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)緊湊的特點(diǎn),在狹小的機(jī)心空間對高速旋轉(zhuǎn)的螺旋齒輪進(jìn)行潤滑是很困難的，解決不當(dāng),勢必會影響產(chǎn)品的使用壽命。根據(jù)以往的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn),將螺旋齒輪材料改成自潤滑性能好的工程塑料,就能很好的解決潤滑問題。
5.4改進(jìn)方案4.
塑料螺旋齒輪采用注塑工藝加工，模具成本很高,且產(chǎn)品的裝配、調(diào)整非常困難。為解決這個問題，準(zhǔn)備用斜齒輪代替螺旋齒輪,即用直齒面代替難以成型和調(diào)整的螺旋齒面,同時渦桿與斜齒輪間仍然是點(diǎn)接觸。實(shí)踐證明，原渦桿、渦輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)變成非標(biāo)的渦桿、斜齒輪結(jié)構(gòu)后，對氣體渦輪流量計(jì)產(chǎn)品效果顯著。
6.結(jié)束語
運(yùn)用設(shè)計(jì)，有效地降低了氣體渦輪流量計(jì)的傳動阻力。經(jīng)DN100型氣體渦輪表各項(xiàng)性能測試表明，該方法有效、實(shí)用、安全可靠,并在DN80型氣體渦輪表的得以推廣和應(yīng)用。這兩種口徑的氣體渦輪流量計(jì)在2003年同時通過遼寧省科技廳的成果鑒定。產(chǎn)品投放市場后，性能穩(wěn)定,用戶反饋信息良好。
以上內(nèi)容源于網(wǎng)絡(luò)，如有侵權(quán)聯(lián)系即刪除!
