摘要：對氣(qì)體渦輪流(liu)量計 的主(zhu)要組件引(yin)起的壓力(lì)損失進行(hang)了對比實(shi)驗測量比(bǐ)較了葉輪(lún)形狀和葉(ye)片數.前導(dao)流器不同(tóng)結構對壓(yā)損的影響(xiang)程度。結果(guǒ)表明導流(liú)器和葉輪(lun)改進後流(liú)量計的壓(yā)力損失明(ming)顯降低同(tong)時靈敏度(du)也得以提(tí)高。
　　我國西(xi)氣東輸"以(yi)及南水北(bei)調"工程中(zhōng)各種各樣(yàng)的🔞輸送管(guǎn)道🤞總🔱管和(he)支管均需(xu)要數以萬(wàn)計的流量(liàng)測量儀📧表(biǎo)即流量計(jì)來及時提(ti)供流動參(cān)數實施動(dòng)态監測。渦(wō)🈲輪流量計(ji)是其💚中必(bì)不🔆可少的(de)⁉️一種。它是(shì)葉輪式速(su)度流量計(ji)屬🔆于速度(du)式測量,即(jí)利用測量(liang)管道内介(jie)質流動速(sù)度來得到(dao)流量的測(ce)量方法。
　　置(zhì)于流體中(zhong)的葉輪的(de)旋轉角速(su)度與流體(ti)流速成正(zhèng)比通過測(ce)🔞量葉輪的(de)旋轉角速(su)度得到流(liú)體流速從(cong)而得到管(guan)道内的流(liú)量值。　　在選(xuan)擇渦輪流(liu)量計 的時(shi)候,除了要(yao)求其具有(yǒu)精度高、量(liang)程大和起(qi)始流🏃🏻量小(xiǎo)♌的優☂️點外(wài),壓損小也(yě)是一個關(guan)鍵指标。流(liu)體通過渦(wo)輪流量計(ji)的壓力損(sǔn)🤩失越小,則(ze)流體由輸(shu)入至輸出(chū)管道所消(xiāo)👅耗能量就(jiu)越小,即所(suǒ)需總動力(li)将減少,由(yóu)此可大大(dà)節約能源(yuan)降低輸送(sòng)成本✊提高(gāo)利用率。将(jiang)對流量計(ji)進行實驗(yàn)對比測量(liang),得出主要(yào)組件對壓(yā)損的影響(xiang)程度,爲針(zhen)對性的改(gai)進優化設(she)💯計提供有(yǒu)力數據。
1.結(jié)構與壓力(lì)損失
　　渦輪(lun)流量計結(jie)構示意圖(tú)如圖1所示(shi),主要組件(jian)包括整流(liu)栅、前導♍流(liú)器、葉輪以(yi)及後導流(liú)器等。當流(liu)體通🤞過管(guan)道時沖擊(jī)葉輪,對葉(yè)輪産生驅(qū)動力矩使(shi)葉輪克服(fú)摩擦力矩(jǔ)和流體阻(zu)力矩而旋(xuan)轉,在一定(dìng)的流量範(fan)圍内葉輪(lún)的旋轉角(jiǎo)速度📐與流(liú)體流速成(chéng)正比。　　因此(ci),葉輪的轉(zhuan)速通過裝(zhuang)在機殼外(wai)的磁電轉(zhuǎn)換裝🍉置轉(zhuan)換爲模拟(ni)電流量,進(jin)而顯示爲(wei)瞬時流量(liàng)值和累積(jī)流量值。
 
　　流體從(cóng)機殼進口(kou)流入,首先(xiān)經過整流(liu)栅進行穩(wen)流再♈進入(rù)前導流器(qì)前導流器(qì)對流體有(yǒu)收斂作用(yòng)，防止流體(tǐ)發🛀生分❓離(lí)産生大的(de)渦旋運動(dòng),前導流葉(yè)片對流體(ti)起導向⁉️作(zuo)用,避免流(liu)體自旋而(ér)改變對葉(yè)輪葉片的(de)作用角度(du)保證測量(liàng)的精度。流(liu)體經葉輪(lun)後将以螺(luo)線型方式(shi)向前流動(dong),加入帶葉(ye)片的後導(dǎo)流器對其(qi)進行導流(liu)使流體沿(yán)管壁直線(xiàn)流動減少(shǎo)各種阻力(li)引起的能(neng)量損失。
流(liu)體通過流(liu)量計的壓(ya)力損失與(yǔ)介質的密(mi)度、流速等(děng)有關其計(jì)算公式爲(wèi):
△P=αxρv2/2
　　其中,△P,壓力(li)損失α,壓損(sun)系數ρ,介質(zhi)密度v流速(sù)。
　　由于ρ和v爲(wei)流體流動(dòng)參數不能(néng)随意增減(jian),因此隻能(neng)盡量📱減小(xiao)壓損系數(shù)α,以達到降(jiang)低壓損的(de)目的。壓損(sun)系數除了(le)💚受流體粘(zhan)性、管徑及(jí)管長等因(yin)素影響外(wài)還與流量(liang)計内部各(gè)部件的幾(ji)何結構有(yǒu)關。
2測量
　　采(cai)用口徑D=100mm,量(liàng)程Q=50m³/h~600m³/h的渦輪(lun)流量計,在(zai)吸氣式試(shì)驗台，上分(fèn)💛别對常壓(ya)、介質爲空(kong)氣、不同結(jié)構的前導(dǎo)流器、不同(tóng)葉片數及(jí)形狀的葉(yè)輪進行測(cè)量。
2.1前導流(liú)器
　　圖2和圖(tú)3分别爲兩(liang)種結構的(de)前導流器(qì)示意圖。圖(tu)2爲渦輪流(liú)量計常用(yong)結構,葉片(pian)數爲6導流(liu).體形狀由(you)流入至🔴流(liu)出💔呈錐形(xing),葉片長與(yǔ)錐體高度(du)相同.圖3爲(wèi)本文改進(jin)🔱的前導流(liú)器結構示(shi)意💯圖其主(zhu)要特點是(shì)将錐體改(gǎi)爲🈲半橢球(qiu)體,葉片數(shù)增加到12并(bing)把葉片長(zhǎng)度❌縮小1/3.
 
　　圖(tú)4是兩種結(jié)構下,流體(tǐ)經過流量(liang)計後的壓(ya)力損失曲(qu)🐅線。由圖4可(ke)看出在流(liú)量<100m³/h時,壓力(li)損失不受(shou)導流器結(jié)構的影響(xiang)而且壓損(sun)很小。随着(zhe)流量增大(dà),改進的導(dǎo)流器的壓(ya)損明顯低(di)于錐體導(dao)流器在最(zuì)大流量🤩600m³/h處(chù)錐體的壓(ya)損約爲👉半(bàn)橢球體的(de)2倍,可見導(dǎo)流器的👅結(jié)構對流量(liàng)計壓力損(sǔn)失有不容(róng)忽視的影(yǐng)響作用。
 
　　使(shǐ)半橢球體(tǐ)壓損降低(dī)的主要原(yuán)因是:半橢(tuǒ)球體外形(xing)過渡更光(guāng)滑,降低了(le)流體流動(dòng)分離的發(fā)生更加符(fu)合❌對流動(dong)條件的💚要(yao)求，從而使(shi)壓損大大(dà)降低。适當(dāng)增加葉片(pian)數而減少(shao)葉片長度(du)不但可以(yǐ)起到較好(hao)的穩流、整(zhěng)流作用減(jian)少因流動(dòng)渦旋産生(shēng)的壓力損(sǔn)失而且使(shi)流通面積(jī)有一個逐(zhu)步減小的(de)過程避免(miǎn)了流體進(jin)入導流器(qì)後由于流(liú)通面積的(de)突💃🏻然收♊縮(suō)引起的壓(ya)力損失的(de)增大。結果(guo)表明以上(shang)因素的綜(zōng)⛹🏻‍♀️合結果使(shi)流體流經(jīng)導流器時(shí)的壓損明(míng)顯降低。
2.2葉(yè)輪
　　葉輪按(àn)照設計要(yao)求爲葉片(piàn)數z=12~20,葉片傾(qīng)角a=30°~45°,重疊度(dù)爲1~1.2,葉片與(yǔ)内機殼間(jian)隙爲0.5mm~1mm。爲提(tí)高流量計(jì)的靈敏度(du)可适當增(zeng)加葉片數(shù)。
　　流量計常(cháng)用葉輪葉(ye)片數爲13,葉(ye)片形狀爲(wei)矩形。爲提(ti)✉️高流量計(ji)的👄靈敏度(dù)作者對葉(ye)輪作了改(gai)造，将葉片(piàn)數增爲20,葉(yè)片形狀設(she)計成葉頂(ding)寬葉根窄(zhǎi)的倒梯形(xing)形狀梯形(xíng)尺寸以保(bǎo)證相同重(zhong)疊度爲🧑🏽‍🤝‍🧑🏻原(yuán)則。圖5爲分(fèn)🚶别采用13和(hé)☂️20葉片數的(de)葉輪後流(liú)量計壓損(sun)曲線圖。可(kě)看到兩條(tiáo)曲線幾乎(hū)重合。說明(míng)在允許範(fàn)圍内,葉輪(lún)葉片數的(de)增減以及(ji)葉片形狀(zhuang)的改變對(dui)壓力損失(shi)🥰的影響可(ke)以忽略。但(dan)通過對起(qi)始流量的(de)測量發現(xian)㊙️，對13葉片數(shù)葉輪,測得(de)🔱流量計起(qi)始流量爲(wei)7.5m³/h,而對20葉片(pian)數葉輪則(zé)爲6.5m³/h,可見适(shì)當增加葉(ye)片數和重(zhong)疊度📧，可以(yi)在不增加(jiā)壓損的前(qián)提下較明(ming)顯地提高(gao)✍️流量計的(de)靈敏度。
 
2..3儀(yi)表系數
　　渦(wo)輪流量計(jì)性能的另(ling)外一個重(zhòng)要指标是(shi)儀表系數(shu)K。儀🚶表系數(shù)可理解爲(wei)流量計儀(yí)表的輸出(chu)流量值🚶與(yǔ)通過流量(liang)計的實際(jì)流量值之(zhī)比。因儀表(biǎo)的輸出🤞流(liu)量值與儀(yi)表♻️内磁電(diàn)轉換器輸(shū)出頻率成(cheng)正比,故K也(ye)表示爲✏️輸(shu)出頻率與(yǔ)實際流📱量(liàng)之比即:
 
　　由(yóu)式可見，理(li)想的儀表(biao)系數K與結(jie)構參數有(you)關與流量(liàng)💚變化無關(guan)。對某一流(liu)量計K爲一(yī)常數在K-qv圖(tu)上爲-平行(hang)橫軸的直(zhi)線。但對實(shí)際的流體(tǐ)流動,由于(yu)葉輪要♊克(kè)服軸承的(de)機械阻力(li)🈲矩.流體産(chan)生的阻力(lì)矩并受流(liu)動狀态等(deng)因素的影(ying)響使K不可(kě)能保持直(zhi)線而在量(liang)程範圍内(nei)🛀盡量保證(zheng)K爲一常數(shu)是保💁證流(liú)量計精度(dù)的前提條(tiáo)件🏃。
　　對半橢(tuo)球體導流(liú)器和梯形(xing)葉輪對流(liu)量計儀表(biao)系數的影(yǐng)🥰響進🐉行了(le)實驗測試(shì),考察改變(biàn)結構組件(jiàn)後對儀表(biǎo)性能的影(ying)響。
　　圖6爲分(fèn)别采用錐(zhui)體和半橢(tuǒ)球體導流(liu)器,流量計(ji)儀🔴表系數(shù)的測試結(jie)果。由圖可(kě)看出采用(yong)改進的導(dao)流📧器後流(liú)量計儀表(biao)系數比改(gǎi)進前有較(jiao)好地改善(shan)在♉量程範(fàn)圍内50m³/h~600m³/h),K很好(hǎo)地體現常(cháng)系數的特(te)性甚至在(zài)超🔞過最大(dà)量程後能(néng)繼續保持(chí)水平直線(xiàn)狀态。改進(jin)前的流量(liàng)計K值也較(jiào)好,但随着(zhe)流量增大(dà)直線略向(xiang)下傾斜偏(pian)離了水🔅平(ping)位置。
 
3結論(lun)
　　通過對氣(qì)體渦輪流(liu)量計主要(yao)組件性能(neng)的實驗測(ce)量得出:1）前(qian)導流器是(shì)引起流量(liàng)計壓力損(sun)失的主要(yao)因素之一(yī)✂️。當采🍓用改(gǎi)進的半橢(tuo)球體導流(liu)結構後流(liu)⭐量計的壓(yā)損被大幅(fú)度降低。2）對(duì)葉輪葉片(pian)進行适當(dāng)改造後,可(kě)明顯降低(di)起始流量(liang)值提高流(liu)量計靈敏(min)度。3）采用改(gai)進的組件(jian)後流量計(ji)具有更加(jia)穩定的儀(yi)表系數值(zhí)流量計的(de)精度得到(dào)提高。

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