摘要：分析影响液体智能涡轮流量计响应速度的常见因素，通过实验测试研究分析了某型号液体智能涡轮流量计在+23℃、-30℃和-40℃三种温度θ下，出口压力p2分别在2.1kPa和30kPa时，流量变化分别从*1阶梯突变到*5阶梯时的响应速度。
响应速度是液体智能涡轮流量计性能指标之一，它对于满足下游用户对燃气的需求起着重要作用。通常情况下，液体智能涡轮流量计的响应速度由以下几个因素决定，温度θ的高低，摩擦力F的大小，润滑脂的黏度μ，以及下游管道容积V的大小等。在我国北方寒冷的冬季，室外平均温度在零下-10℃左右，局部地区达到零下-20℃、-30℃，这对于工作在室外的液体智能涡轮流量计是一个*大的挑战。同时，天然气在绝热节流膨胀的传输过程中，由于焦耳-汤姆逊效应，随着压力降的增加，温度会逐渐降低，这又会加剧液体智能涡轮流量计工作的恶劣环境。
1、影响液体智能涡轮流量计响应速度的常见因素
影响液体智能涡轮流量计响应的因素主要从以下几个方面考虑：
1.1 从设计方面，液体智能涡轮流量计的响应速度主要取决于以下几个因素
（1）系统摩擦力的大小；
（2）设计时系统平衡力是趋于开启还是趋于关闭；
（3）阻尼器阻力大小；呼吸孔气体交换的速度；
1.2 从燃气传输系统方面考虑，取决于下面两个因素
（1）下游管线体积越小，越不利于系统响应；
（2）气体介质密度越大，其流动性越差，系统响应也越慢。
1.3 从使用环境来看，有以下2个因素：
（1）液体智能涡轮流量计工作的环境温度
（2）工作介质的清洁程度
本文主要从液体智能涡轮流量计使用的环境温度方面考虑，结合客户在使用中遇到的实际问题，对液体智能涡轮流量计在不同的温度条件下进行测试、分析。图1所示为北美客户所使用某型号液体智能涡轮流量计典型工作环境，由于该产品工作在户外，冬季夜间温度可达到-30℃到-40℃，工作环境*其恶劣。

2、实验室模拟测试
2.1 实验内容
该测试主要利用实验室测试条件，模拟客户现场使用情况。其主要测试内容包括：测试液体智能涡轮流量计在+23℃，-30℃和-40℃三种温度下，液体智能涡轮流量计出口压力分别在2.1kPa和30kPa时，流量分别从*1阶梯到*5阶梯时的响应速度，客户所提供的流量阶梯如图2所示。横轴表示下游球阀开启动作时间，纵轴表示液体智能涡轮流量计下游需要的流量q。

2.2 实验装置
液体智能涡轮流量计响应测试装置图见图3。实验装置主要由某型号液体智能涡轮流量计，恒温温控箱，DN40压力管道，三通，球阀，压力变送器，流量计和数据采集系统等组成，实验介质为清洁的压缩空气。
其中被测液体智能涡轮流量计是符合GB 27790-2011《城镇液体智能涡轮流量计》规定的“静特性测试装置”，稳压精度可达AC5。
恒温温控箱：控温范围为-78℃-180℃，精度为+0.1℃。
压力变送器：进口压力端量程0-100Psi，出口压力端0-250英寸水柱，精度均为±0.025%。
流量计：采用精度为±0.35%的质量流量计。
球阀：响应速度为150ms
数据采集系统：NI Labview采集系统，数据采集频率为50次/s。

2.3 实验步骤
将某型号液体智能涡轮流量计安装在如图3所示的测试管线上分别将液体智能涡轮流量计的出口压力p2设定在2.1kPa和30kPa，其响应速度测试实验步骤如下：
开启1号球阀，同时关闭2，3，4号球阀，使系统流量q维持在8.5m3/h，将温控箱温度设定在-30℃，并维持24h，使液体智能涡轮流量计所有零部件均达到相同温度。
打开数据采集系统，并将采样频率设定在50次/s，采集时间t为120s的数据。
打开2号球阀，使测试系统流量q由8.5m3/h增加到51m3/h。
采集120s的数据。
同时打开3，4号球阀，使系统流量q由51m3/h增加到164m3/h。
采集120s的数据。
关闭4号球阀，使系统流量q由164m3/h降低至119m3/h。
采集120s的数据。
同时关闭2，3号球阀，使系统流量q 由119m3/h降低至8.5m3/h。
采集120s的数据。
关闭数据采集系统。
将温控箱温度重新设定至-40℃，和+23℃，重复步骤a）到l）。
3、实验数据处理及结果分析
3.1 实验数据处理
通过实验室的模拟测试，对于2.1kPa和30kPa出口设定压力，分别得到的6条曲线，3条不同温度下的压力曲线和3条不同温度下的流量曲线，如图4和图5所示。在*120s、240s和360s时，由于流量突然增加，造成出口压力瞬时降低。在*480s时，由于流量突然减小，造成出口压力瞬时升高。图中的横轴表示球阀的动作响应时间，*一纵轴对应液体智能涡轮流量计出口压力p2，*二纵轴表示液体智能涡轮流量计对应该出口压力下流量q。

3.2 实验结果分析
为了深入研究温度及流量突变对液体智能涡轮流量计响应速度的影响趋势，把每个流量突变点前后的出口压力p2，流量q列表如表1所示。
从*1阶梯到*2阶梯，以及从*2阶梯到*3阶梯，下游用户需求量突然增大，流量陡增，液体智能涡轮流量计不能及时打开，造成出口压力p2在流量陡增的瞬间下降，然后逐渐恢复平衡。相应的从*3阶梯到*4阶梯，以及从*4阶梯到*5阶梯，下游用户需求量突然减小，流量陡降，液体智能涡轮流量计不能及时关闭，造成出口压力p2在流量陡降的瞬间突然升高，然后逐渐恢复平衡。
为了更直观严谨的对比每个阶段响应速度的不同，对原始数据进行处理，得到如下表格2和表格3。将△p2%/△q%作为响应速度的直观量化表达，若△p2%/△q%的值大，说明单位流量变化照成的出口压力变化大，即说明液体智能涡轮流量计响应相对较慢，反之亦然。


4、结束语
在相同条件下，工作环境温度越低，液体智能涡轮流量计响应速度越慢。在流量陡降瞬间，-40℃温度条件下，液体智能涡轮流量计的响应速度*慢。
液体智能涡轮流量计在流量陡降时（*3阶梯到*4阶梯，*4阶梯到*5阶梯）比流量陡增时（*1阶梯到*2阶梯，*2阶梯到*3阶梯）响应速度慢。即液体智能涡轮流量计在关闭时的响应速度比打开时的响应速度慢。
在相同工况下，液体智能涡轮流量计出口压力p2的设定值越低，其响应速度相对越慢。