羅茨流量計(jì)測(cè)量原理：
智能氣體腰輪流量計(jì)，主要由殼體、共軛轉(zhuǎn)子和智能流量積算儀等部件構(gòu)成。裝于計(jì)量室內(nèi)的一對(duì)共軛轉(zhuǎn)子在流通氣體的出入口壓差（P入＞P出）作用下，通過(guò)精密加工的調(diào)校齒輪使轉(zhuǎn)子保持正確的相對(duì)位置。轉(zhuǎn)子間、轉(zhuǎn)子與殼體、轉(zhuǎn)子與墻板間保持佳工作間隙，實(shí)現(xiàn)了連續(xù)的無(wú)接觸密封。轉(zhuǎn)子每轉(zhuǎn)動(dòng)一周，則輸出四倍計(jì)量室有效容積的氣體。其計(jì)量過(guò)程和工作原理如圖1所示（圖中僅表示了四分之一周期）。
位置1 位置2： 位置 3 位置 4
氣體進(jìn)入 氣體推動(dòng) 氣體經(jīng)過(guò)計(jì)量 每對(duì)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)一周
儀表上游腔體 腰輪轉(zhuǎn)動(dòng) 腔排出計(jì)量腔 排出等體積氣體4次
流量積算：
智能流量積算儀由溫度和壓力檢測(cè)、流量傳感器以及微處理器單元組成。智能流量積算儀中的微處理器按照氣態(tài)方程進(jìn)行溫壓補(bǔ)償，并進(jìn)行壓縮因子修正，氣態(tài)方程如下：
（1）
式中： Qn：標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的體積流量（m3/h）； Qg: 工況狀態(tài)下的體積流量（m3/h）；
Pg：流量計(jì)壓力檢測(cè)點(diǎn)處的表壓（kPa）； Pa：當(dāng)?shù)卮髿鈮海╧Pa）；
Tg：介質(zhì)的溫度（273.15＋t）(K)； t：被測(cè)介質(zhì)溫度（℃）；
Zn：標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的壓縮系數(shù)； Zg：工作狀態(tài)下的壓縮系數(shù)；
Tn：標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的溫度（273.15＋20）(K)； Pn：標(biāo)準(zhǔn)大氣壓（101.325 kPa）。
注：天然氣Zn/Zg＝Fz2，F(xiàn)z稱(chēng)為超壓縮因子，按中國(guó)石油天然氣總公司的標(biāo)準(zhǔn)SY/T6143-1996中的公式進(jìn)行計(jì)算。
氣體羅茨流量計(jì)的發(fā)明應(yīng)用及其推廣意義：
本實(shí)用新型涉及一種氣體羅茨流量計(jì)。氣體羅茨流量計(jì)是精que測(cè)量氣體流量的儀表，基于容積式測(cè)量原理，用于精que計(jì)量流經(jīng)封閉管理的氣體總量。
氣體羅茨流量計(jì)屬容積式流量?jī)x表，其特征是利用計(jì)量腔內(nèi)部腰輪的旋轉(zhuǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)計(jì)量的目的。目前市場(chǎng)上使用的流量計(jì)的計(jì)量腔大多由殼體和前后壓蓋組成，而且用于支承的軸承置于壓蓋上，同時(shí)同步齒輪置于軸承的外部，因軸承是易損件，當(dāng)儀表周期檢定和(或)更換零部件時(shí)，需把流量計(jì)從管道上拆卸下來(lái)，并且要拆卸用于保證流量計(jì)腰輪之間等間隙傳遞的同步齒輪。技術(shù)要求高，不便于現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)。
本實(shí)用新型為克服上述流量計(jì)自身的缺陷，改進(jìn)設(shè)計(jì)的一種氣體羅茨流量計(jì)，縮短表體結(jié)構(gòu)，節(jié)省安裝空間，便于實(shí)現(xiàn)在線(xiàn)維護(hù)和周期檢定。
一種新型氣體羅茨流量計(jì)，將用于保證等間隙傳遞的同步齒輪置于軸承的外部，減少了后端蓋結(jié)構(gòu)，縮短表體長(zhǎng)度尺寸，增大了與之相配合的軸徑，增強(qiáng)儀表剛度，從而提高儀表的短期過(guò)載能力。另外，可將流量計(jì)靠墻安裝，使其后部緊緊貼近安裝點(diǎn)的墻壁，從而確保在諸如地下室等有限區(qū)域內(nèi)需要安裝流量計(jì)時(shí)，能夠盡可能節(jié)約空間。
氣體羅茨流量計(jì)的軸承置于同步齒輪的外部，能夠確保該流量計(jì)腰輪與同步齒輪之間的連接非常緊密。保證流量計(jì)在啟動(dòng)過(guò)程中出現(xiàn)異常情況的敏感程度大大降低。
本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)為計(jì)量腔體(1)、腰輪組件(2)、同步齒輪(3)和顯示部分(4)，當(dāng)氣體通過(guò)流量計(jì)的計(jì)量腔體(1)時(shí)，在進(jìn)出端壓差的作用下具有的動(dòng)能，驅(qū)動(dòng)腰輪組件(2)旋轉(zhuǎn)，利用其轉(zhuǎn)速來(lái)確定氣流的氣體體積。其特征為用于精que傳遞的同步齒輪(3)置于支承軸承的外部，縮短表體結(jié)構(gòu)，節(jié)省安裝空間，便于實(shí)現(xiàn)在線(xiàn)維護(hù)和周期檢定。
氣體羅茨流量計(jì)是精que測(cè)量氣體流量的儀表，基于容積式測(cè)量原理，用于精que計(jì)量流經(jīng)封閉管理的氣體總量。流量計(jì)基型由羅茨流量傳感器和附件(二次表)兩部分組成。
總結(jié)：氣體羅茨流量計(jì)的可測(cè)氣體廣泛適用于測(cè)量天然氣、城市煤氣、丙烷、氮?dú)?、工業(yè)惰性氣體等非腐蝕性氣體，為我們的生活帶來(lái)便捷!
氣體腰輪流量計(jì)在煤礦瓦斯流量計(jì)量中的應(yīng)用
針對(duì)煤礦瓦斯抽采鉆場(chǎng)、支管等抽采流量小、波動(dòng)大、直管段長(zhǎng)度受限制的區(qū)域, 介紹了一種氣體腰輪流量計(jì)。文章簡(jiǎn)述了其工作原理和結(jié)構(gòu)特點(diǎn), 并通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)證明其在煤礦井下鉆場(chǎng)和支管等區(qū)域計(jì)量中的適應(yīng)性。隨著國(guó)家對(duì)煤礦瓦斯抽采達(dá)標(biāo)考核的要求, 煤礦瓦斯抽采計(jì)量越來(lái)越受到煤礦開(kāi)采企業(yè)的重視, 由只考慮抽采總管的粗放型計(jì)量, 逐漸實(shí)行煤礦開(kāi)采區(qū)域計(jì)量, 并建立瓦斯抽采評(píng)價(jià)單元, 計(jì)量?jī)x表逐漸向抽采的源頭—鉆場(chǎng)和抽采支管延伸。=
但煤礦開(kāi)采鉆場(chǎng)和源頭支管內(nèi)瓦斯流量較小, 低流速低于0.8m/s, 流量受抽采系統(tǒng)工作狀態(tài)影響較大, 波動(dòng)范圍比可達(dá)1:20, 而且直管段長(zhǎng)度受限制;因此, 這些工況條件對(duì)計(jì)量設(shè)備的選擇具有嚴(yán)格要求。目前, 由于煤炭企業(yè)基礎(chǔ)研究薄弱, 他們?cè)谶x擇流量計(jì)量?jī)x表時(shí)比較盲目, 往往是聽(tīng)從儀表生產(chǎn)廠(chǎng)家的宣傳, 并將一種流量?jī)x表遍布于井下各個(gè)場(chǎng)所。這樣造成了測(cè)量精度的降低、安裝方面的不便和其它能耗方面的損失。我們必須根據(jù)鉆場(chǎng)和支管瓦斯流量的特點(diǎn), 合理的選擇流量檢測(cè)原理和檢測(cè)儀表。本文介紹了一種運(yùn)用容積式測(cè)量原理的氣體腰輪流量計(jì), 它具有始動(dòng)流量小、量程比寬、計(jì)量**度不受壓力和流量變化的影響, 且流量計(jì)前后不需要直管段、適合安裝在環(huán)境狹隘場(chǎng)合、工作穩(wěn)定可靠、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的特點(diǎn), 通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)用了解其性能。
1 工作原理
圖1中, 氣體腰輪流量計(jì)由智能流量轉(zhuǎn)換器、流量傳感器、壓力傳感器、溫度傳感器、氣體腰輪流量計(jì) (機(jī)械) 5個(gè)部分組成;
圖1 氣體腰輪流量計(jì)結(jié)構(gòu)原理圖
說(shuō)明:1智能流量轉(zhuǎn)換器;2流量傳感器;3壓力傳感器;4溫度傳感器;5氣體腰輪流量計(jì) (機(jī)械)
氣體腰輪流量計(jì) (機(jī)械) 工作原理如下:裝于計(jì)量室內(nèi)的一對(duì)共軛轉(zhuǎn)子在流通氣體的出入口壓差 (P入>P出) 作用下, 通過(guò)精密加工的調(diào)校齒輪使轉(zhuǎn)子保持正確的相對(duì)位置。轉(zhuǎn)子間、轉(zhuǎn)子與殼體、轉(zhuǎn)子與墻板間保持*佳工作間隙, 實(shí)現(xiàn)了連續(xù)的無(wú)接觸密封。轉(zhuǎn)子每轉(zhuǎn)動(dòng)一周, 則輸出四倍計(jì)量室有效容積的氣體, 轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)數(shù)通過(guò)磁性密封聯(lián)軸裝置及減速機(jī)構(gòu), 傳遞到智能流量轉(zhuǎn)換器, 從而顯示輸出氣體的累計(jì)體積量。其計(jì)量過(guò)程和工作原理見(jiàn)圖2 (圖2中僅表示了1/4周期) 。
智能流量轉(zhuǎn)換器工作原理如下:智能流量轉(zhuǎn)換器由溫度和壓力檢測(cè)模擬通道、流量傳感器通道以及微處理器單元組成, 并配有外輸信號(hào)接口, 輸出各種信號(hào)。智能流量轉(zhuǎn)換器中的微處理器按照氣態(tài)方程進(jìn)行溫壓補(bǔ)償, 并進(jìn)行壓縮因子修正, 氣態(tài)方程如下:
式中:
Qn:標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的體積流量 (m3/h) ;
Qg:工況狀態(tài)下的體積流量 (m3/h) ;
圖2 氣體腰輪流量計(jì)工作原理圖
Pg:流量計(jì)壓力檢測(cè)點(diǎn)處的表壓 (k Pa) ;
Pa:當(dāng)?shù)卮髿鈮?(k Pa) ;
Tg:介質(zhì)的優(yōu)良溫度 (273.15+t) (K) ;
t:被測(cè)介質(zhì)溫度 (℃) ;
Zn:標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的壓縮系數(shù);
Zg:工作狀態(tài)下的壓縮系數(shù);
Tn:標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下優(yōu)良溫度 (273.15+20) (K) ;
Pn:標(biāo)準(zhǔn)大氣壓 (101.325k Pa) ;
注:對(duì)于天然氣Zn/Zg=Fz2, Fz稱(chēng)為超壓縮因子, 本產(chǎn)品按中國(guó)石油天然氣總公司的標(biāo)準(zhǔn)SY/T6143-1996中的公式進(jìn)行計(jì)算。
2 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用適應(yīng)性分析
2.1 流量計(jì)適應(yīng)性分析
煤礦井下鉆場(chǎng)為整個(gè)抽放系統(tǒng)的源頭, 鉆場(chǎng)數(shù)量眾多, 而每個(gè)鉆場(chǎng)包括的鉆孔數(shù)量更是龐大, 基本都在幾百個(gè)以上, 因此鉆孔導(dǎo)流支管數(shù)量同樣巨大, 而且管徑較小, 多數(shù)為DN50或DN100。鉆場(chǎng)管道布置根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)條件而變化, 并不規(guī)則, 受場(chǎng)地空間限制, 直管段距離短, 無(wú)法得到充分發(fā)展的穩(wěn)定流場(chǎng);管內(nèi)流量和流場(chǎng)受其它抽放環(huán)節(jié)工況條件影響, 所以隨著抽采進(jìn)度的發(fā)展, 鉆場(chǎng)支管內(nèi)流量的工況條件也會(huì)實(shí)時(shí)變化。
以上客觀(guān)條件是鉆場(chǎng)瓦斯流量計(jì)量的難題, 解決好上述問(wèn)題, 就是我們選擇流量計(jì)的關(guān)鍵。
氣體腰輪流量計(jì)是集流量、溫度、壓力檢測(cè)功能于一體, 并能進(jìn)行溫度、壓力自動(dòng)補(bǔ)償?shù)男乱淮髁坑?jì), 該流量計(jì)基于容積式測(cè)量原理, 用于**計(jì)量流經(jīng)封閉管道的氣體總量。流量計(jì)基型由腰輪流量傳感和流量積算儀 (二次表) 兩部分組成。該流量計(jì)采用*的單片機(jī)技術(shù)和微功耗*, 能對(duì)被測(cè)介質(zhì)進(jìn)行壓力機(jī)內(nèi)設(shè)置和溫度自動(dòng)跟蹤補(bǔ)償運(yùn)算, 并直接顯示標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下
(P0=101.325k Pa, T0=293.15K) 的體積總量。氣體腰輪流量計(jì)前后不需要直管段、適合安裝在環(huán)境狹隘的場(chǎng)合, 它具有始動(dòng)流量小、量程比寬、計(jì)量**度不受壓力和流量變化的影響, 工作穩(wěn)定可靠、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單, 適合計(jì)量流場(chǎng)變動(dòng)大的氣體流量。
2.2 現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行情況分析
本文中氣體腰輪流量計(jì)于2015年5月在煤礦現(xiàn)場(chǎng)底板瓦斯抽采巷鉆場(chǎng)進(jìn)行分單元抽采在線(xiàn)監(jiān)測(cè)計(jì)量。該鉆場(chǎng)尺寸為4.8m×4.6m×3.5m (長(zhǎng)×寬×高) , 鉆場(chǎng)內(nèi)設(shè)計(jì)布置鉆孔58個(gè), 鉆孔布置密度為5m×5m, 控制煤層范圍為35m×50m (工作面走向×工作面傾向) 。該鉆場(chǎng)鉆孔通過(guò)膠管將氣體集中匯聚到匯氣箱里面, 匯氣箱上部引出一根塑料管道進(jìn)入抽采支管路, 形成整個(gè)分單元抽采支管路。該鉆場(chǎng)具有井下抽采鉆場(chǎng)的所有特點(diǎn)且尤其突出, 鉆孔出水量大、固體雜質(zhì)多、管徑小、流量小、濃度高、變化快且變化幅度大。
流量計(jì)運(yùn)行至今已有一年有余, 整個(gè)運(yùn)行期間設(shè)備工作正常, 期間進(jìn)行了多次數(shù)據(jù)測(cè)量對(duì)比, 對(duì)比流量計(jì)采用便攜式畢托管流量計(jì), 部分測(cè)量比對(duì)結(jié)果記錄如下:
表1 流量測(cè)量數(shù)據(jù)比較
注:管道溫度 (20~21) ℃, 管道壓力 (-15~-17) k Pa。
從測(cè)量數(shù)據(jù)比較可以看出, 氣體腰輪流量計(jì)能夠長(zhǎng)期進(jìn)行穩(wěn)定準(zhǔn)確的測(cè)量, 在小流量測(cè)量段能夠保持較高的精度, 具有較寬的量程范圍, 適應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)惡劣的環(huán)境, 能夠很好的適應(yīng)鉆場(chǎng)瓦斯流量的檢測(cè)。
3 結(jié)論
氣體腰輪流量計(jì)測(cè)量下限低, 精度高, 適用于惡劣的煤礦井下鉆場(chǎng)管道環(huán)境中, 能夠滿(mǎn)足煤礦鉆場(chǎng)瓦斯流量的準(zhǔn)確計(jì)量。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)、對(duì)比測(cè)量數(shù)據(jù)、觀(guān)察長(zhǎng)期穩(wěn)定性得知, 該流量計(jì)能夠滿(mǎn)足煤礦鉆場(chǎng)及小管徑小流量區(qū)域計(jì)量的要求, 適合煤礦瓦斯流量計(jì)量。
