摘要(yao):在分(fen)析氣(qi)體渦(wo)輪流(liu)量計(ji) 結構(gou)和數(shu)學模(mo)型的(de)基礎(chu)上,針(zhen)對渦(wo)輪葉(ye)片螺(luo)旋升(sheng)🌈角對(dui)儀表(biao)👨‍❤️‍👨性能(neng)的影(ying)響,以(yi)安裝(zhuang)35°.45°和55°三(san)種不(bu)同葉(ye)片螺(luo)旋升(sheng)⛹🏻‍♀️角渦(wo)輪的(de)DN150型氣(qi)體渦(wo)輪流(liu)量計(ji)作爲(wei)實驗(yan)對象(xiang),搭建(jian)儀㊙️表(biao)負壓(ya)檢測(ce)平台(tai),分别(bie)對儀(yi)表系(xi)數、壓(ya)力損(sun)失和(he)計量(liang)精度(du)進行(hang)實驗(yan)檢定(ding)與對(dui)比分(fen)析。實(shi)驗結(jie)✊果表(biao)明，合(he)理設(she)計渦(wo)輪葉(ye)片螺(luo)旋升(sheng)角🌈能(neng)顯著(zhe)改善(shan)氣體(ti)渦輪(lun)流量(liang)計的(de)性能(neng),爲葉(ye)片螺(luo)旋升(sheng)角進(jin)一步(bu)😄優化(hua)及其(qi)🔴對儀(yi)表性(xing)能影(ying)響規(gui)律的(de)研究(jiu)提供(gong)了實(shi)驗♌基(ji)礎。
0引(yin)言
　　氣(qi)體渦(wo)輪流(liu)量計(ji)是計(ji)量天(tian)然氣(qi)、氧氣(qi)、氮氣(qi)、液化(hua)氣、煤(mei)氣♍等(deng)氣體(ti)介質(zhi)的速(su)度式(shi)計量(liang)儀表(biao),如圖(tu)1所示(shi)。
 
　　将(jiang)渦輪(lun)置于(yu)被測(ce)的氣(qi)體介(jie)質中(zhong)，當氣(qi)體流(liu)經流(liu)量計(ji)時,在(zai)導👣流(liu)器的(de)作用(yong)下被(bei)整流(liu)并加(jia)速，由(you)于渦(wo)輪的(de)葉🌍片(pian)與✉️流(liu)過的(de)氣體(ti)之間(jian)存在(zai)一定(ding)夾角(jiao),氣體(ti)對渦(wo)輪産(chan)生轉(zhuan)動力(li)矩，使(shi)渦輪(lun)克服(fu)機械(xie)🌈摩擦(ca)阻力(li)矩、氣(qi)體流(liu)動阻(zu)力矩(ju)和電(dian)磁阻(zu)力矩(ju)而旋(xuan)轉,在(zai)-定的(de)流量(liang)範圍(wei)内，渦(wo)輪的(de)角速(su)度和(he)通過(guo)渦輪(lun)的流(liu)量成(cheng)正比(bi)。渦輪(lun)的旋(xuan)轉帶(dai)動脈(mo)沖發(fa)生器(qi)旋轉(zhuan),産生(sheng)的脈(mo)沖信(xin)号由(you)傳感(gan)器送(song)入智(zhi)能積(ji)算儀(yi)進行(hang)換算(suan)得到(dao)氣體(ti)介質(zhi)的瞬(shun)時流(liu)量和(he)累積(ji)流量(liang)。其主(zhu)要性(xing)能指(zhi)标有(you)始動(dong)流量(liang)、儀表(biao)系數(shu)、壓力(li)損失(shi)和計(ji)量精(jing)度。
　　近(jin)年來(lai)旨在(zai)提高(gao)儀表(biao)性能(neng)的研(yan)究主(zhu)要圍(wei)繞前(qian)、後㊙️導(dao)流裝(zhuang)置和(he)🌈渦輪(lun)等關(guan)鍵部(bu)件的(de)結構(gou)和型(xing)式開(kai)展💞。劉(liu)正先(xian)等通(tong)過❤️實(shi)驗分(fen)析😍,提(ti)出改(gai)進前(qian)、後導(dao)流器(qi)結構(gou)能明(ming)顯減(jian)少儀(yi)表的(de)壓力(li)損失(shi),改善(shan)儀表(biao)系數(shu)的線(xian)性度(du),而葉(ye)片數(shu)量的(de)增減(jian)對👈流(liu)量計(ji)壓力(li)損失(shi)的🐇影(ying)響可(ke)以忽(hu)略不(bu)計，但(dan)葉片(pian)數量(liang)的增(zeng)加可(ke)明顯(xian)改♋善(shan)始動(dong)流量(liang),提高(gao)儀表(biao)靈敏(min)度,但(dan)數量(liang)過多(duo)會使(shi)重疊(die)度增(zeng)大,儀(yi)表性(xing)能急(ji)劇惡(e)化;鄭(zheng)建梅(mei)等對(dui)渦輪(lun)的🌏材(cai)料和(he)渦輪(lun)軸承(cheng)進行(hang)了改(gai)進,改(gai)善了(le)儀💞表(biao)系數(shu)的穩(wen)定性(xing)!7;LIZ等☁️利(li)用CFD技(ji)術與(yu)實驗(yan)相🐅結(jie)合驗(yan)證了(le)對整(zheng)流🐅器(qi)的優(you)化設(she)計能(neng)有效(xiao)減少(shao)壓力(li)損失(shi)[8]。在上(shang)述研(yan)究中(zhong),還未(wei)涉及(ji)針對(dui)渦輪(lun)葉片(pian)㊙️螺旋(xuan)升角(jiao)對儀(yi)表性(xing)能❗的(de)探讨(tao)。本文(wen)利用(yong)儀表(biao)負壓(ya)檢定(ding)平台(tai),對3種(zhong)不同(tong)葉片(pian)螺旋(xuan)升♍角(jiao)的DN150型(xing)氣體(ti)渦輪(lun)流量(liang)計進(jin)行了(le)實驗(yan)對比(bi)分析(xi),爲改(gai)善儀(yi)表性(xing)能和(he)葉片(pian)螺⛷️旋(xuan)升角(jiao)的優(you)化🚩提(ti)供實(shi)驗依(yi)據。
1數(shu)學模(mo)型與(yu)渦輪(lun)參數(shu)選擇(ze)
1.1數學(xue)模型(xing)
　　氣體(ti)渦輪(lun)流量(liang)計的(de)數學(xue)模型(xing)是根(gen)據力(li)矩平(ping)衡原(yuan)理建(jian)立起(qi)👅來的(de),主要(yao)揭示(shi)流量(liang)計輸(shu)出脈(mo)沖和(he)流量(liang)之間(jian)的内(nei)🚩在關(guan)📱系,其(qi)計算(suan)公式(shi)爲：
 
　　式(shi)中:K爲(wei)儀表(biao)系數(shu);ƒ爲脈(mo)沖頻(pin)率，Hz;qv爲(wei)體積(ji)流量(liang),m³/s;Z.
　　爲渦(wo)輪葉(ye)片數(shu);θ爲葉(ye)片結(jie)構角(jiao);r爲渦(wo)輪中(zhong)徑,m;A爲(wei)流通(tong)面✍️爲(wei)流體(ti)♌阻力(li)矩,N.m。
　　其(qi)中,機(ji)械摩(mo)擦阻(zu)力矩(ju)Trm在流(liu)量一(yi)定時(shi)隻與(yu)軸承(cheng)和軸(zhou)的選(xuan)型設(she)計有(you)關,流(liu)體阻(zu)力矩(ju)Trf與流(liu)體流(liu)動狀(zhuang)态有(you)關，這(zhe)兩個(ge)力矩(ju)在此(ci)不做(zuo)詳細(xi)介紹(shao)。當被(bei)測介(jie)質🌈--定(ding)時，儀(yi)表系(xi)數與(yu)葉片(pian)🈲數量(liang)葉片(pian)角度(du)和中(zhong)徑有(you)關,所(suo)以設(she)計合(he)理的(de)渦輪(lun)結構(gou)形式(shi)對改(gai)善儀(yi)表性(xing)能有(you)重要(yao)意義(yi)。
1.2渦輪(lun)結構(gou)參數(shu)選擇(ze)
　　渦輪(lun)結構(gou)有焊(han)接式(shi)和整(zheng)體式(shi)，焊接(jie)式渦(wo)輪将(jiang)葉片(pian)和輪(lun)毂焊(han)🤞接,整(zheng)體式(shi)渦輪(lun)利用(yong)技術(shu)和數(shu)控加(jia)工技(ji)術直(zhi)接加(jia)工成(cheng)型。葉(ye)片型(xing)式主(zhu)要有(you)平闆(pan)式和(he)螺旋(xuan)🧑🏾‍🤝‍🧑🏼式,平(ping)闆☔式(shi)葉片(pian)主要(yao)應用(yong)于大(da)外徑(jing)焊☁️接(jie)式渦(wo)輪,而(er)螺旋(xuan)式葉(ye)片應(ying)用較(jiao)爲廣(guang)泛;材(cai)料主(zhu)要有(you)鋁合(he)金和(he)💰不鏽(xiu)鋼,鋁(lü)合金(jin)與不(bu)鏽鋼(gang)相比(bi)具有(you)自☁️重(zhong)較輕(qing),工藝(yi)⭕性好(hao)等特(te)點;渦(wo)輪平(ping)均直(zhi)徑受(shou)流量(liang)計流(liu)通管(guan)徑即(ji)型号(hao)的限(xian)制，可(ke)作爲(wei)定參(can)🙇‍♀️數處(chu)理;葉(ye)🈲片數(shu)量選(xuan)取主(zhu)要考(kao)慮重(zhong)疊度(du)對儀(yi)表性(xing)能的(de)影響(xiang),-般😍取(qu)13~20;葉片(pian)角度(du)直接(jie)影響(xiang)氣體(ti)介質(zhi)對其(qi)産生(sheng)驅動(dong)轉矩(ju)的大(da)🈲小,氣(qi)體介(jie)質對(dui)渦輪(lun)的驅(qu)動轉(zhuan)✔️矩公(gong)式爲(wei)
 
　　式中(zhong):Td爲驅(qu)動力(li)矩,N·m;ƒd爲(wei)周向(xiang)驅動(dong)力,N;u1爲(wei)介質(zhi)人口(kou)速度(du),m/s;ɷ爲🆚渦(wo)輪角(jiao)速度(du),rad/s。
　　綜上(shang)述所(suo)述,采(cai)用整(zheng)體式(shi)葉輪(lun)結構(gou),螺旋(xuan)型葉(ye)片，葉(ye)‼️片數(shu)量爲(wei)20。對🔱于(yu)螺旋(xuan)型葉(ye)片,需(xu)要确(que)定葉(ye)片的(de)螺旋(xuan)角，根(gen)據式(shi)(2),要得(de)到最(zui)大推(tui)動力(li)矩，葉(ye)片螺(luo)旋角(jiao)應爲(wei)45°,但力(li)矩公(gong)式是(shi)🌂根據(ju).葉栅(shan)繞流(liu)計算(suan)得到(dao),難免(mian)會和(he)實際(ji)工況(kuang)有所(suo)偏差(cha)。參考(kao)常用(yong)葉片(pian)角度(du),選取(qu)35°.45°和55螺(luo)旋升(sheng)角渦(wo)輪作(zuo)爲實(shi)驗對(dui)🌈象，渦(wo)輪結(jie)構參(can)數如(ru)圖2所(suo)示。
 
2實(shi)驗平(ping)台搭(da)建
2.1檢(jian)定裝(zhuang)置與(yu)實驗(yan)原理(li)
　　流量(liang)計的(de)檢定(ding)采用(yong)負壓(ya)智能(neng)儀表(biao)測量(liang)系統(tong),系統(tong)框圖(tu)如圖(tu)3所示(shi),主要(yao)包括(kuo)硬件(jian)和軟(ruan)件兩(liang)部分(fen)。硬件(jian)包括(kuo)标準(zhun)✂️吸風(feng)裝置(zhi)❄️、德萊(lai)塞羅(luo)茨氣(qi)體流(liu)量計(ji)、穩壓(ya)🌈罐和(he)直管(guan)道組(zu)成，而(er)軟件(jian)是自(zi)行開(kai)發✌️的(de)智能(neng)型流(liu)量計(ji)檢測(ce)程序(xu),各組(zu)成部(bu)分具(ju)體參(can)數如(ru)表1所(suo)示。
 
　　由(you)标準(zhun)吸風(feng)裝置(zhi)産生(sheng)負壓(ya)使标(biao)準德(de)萊塞(sai)羅茨(ci)流量(liang)計和(he)氣體(ti)渦輪(lun)流量(liang)計被(bei)同時(shi)過流(liu),直管(guan)段使(shi)進㊙️人(ren)檢定(ding)儀表(biao)的氣(qi)體爲(wei)充分(fen)發展(zhan)的湍(tuan)流;穩(wen)壓罐(guan)補償(chang)通過(guo)氣體(ti)渦輪(lun)流量(liang)計後(hou)的氣(qi)體壓(ya)✔️損。智(zhi)能流(liu)量檢(jian)測程(cheng)序接(jie)收來(lai)自兩(liang)個儀(yi)表的(de)輸出(chu)信号(hao)，通過(guo)渦輪(lun)流量(liang)計輸(shu)出的(de)脈沖(chong)數與(yu)累積(ji)流量(liang)來計(ji)算儀(yi)表✔️系(xi)數,通(tong)過對(dui)比.相(xiang)同數(shu)據采(cai)集點(dian)處标(biao)準羅(luo)茨流(liu)量計(ji)的輸(shu)出可(ke)獲得(de)精度(du)誤差(cha)安裝(zhuang)在氣(qi)體渦(wo)輪流(liu)量計(ji)取壓(ya)口處(chu)的U型(xing)管🔱可(ke)以測(ce)量進(jin)、出口(kou)🛀處的(de)壓力(li),從而(er)得到(dao)儀表(biao)的壓(ya)力損(sun)失。
 
2.2實(shi)驗流(liu)程
　　自(zi)開始(shi)測量(liang)時刻(ke)起，,選(xuan)取50~1300m³/h範(fan)圍内(nei)6個流(liu)量監(jian)測點(dian)。在每(mei)個流(liu)量監(jian)測點(dian)随機(ji)采集(ji)3個不(bu)同時(shi)刻的(de)數據(ju),包括(kuo)某一(yi)時刻(ke)标準(zhun)羅茨(ci)流量(liang)計和(he)氣體(ti)渦輪(lun)流量(liang)計的(de)累積(ji)流量(liang)及其(qi)輸出(chu)✂️脈沖(chong)數✔️。檢(jian)測程(cheng)‼️序對(dui)這些(xie)數據(ju)進行(hang)處👈理(li)獲得(de)流量(liang)計系(xi)數和(he)基本(ben)誤🔴差(cha)。監測(ce)每一(yi)-流量(liang)點處(chu)💘U型管(guan)壓差(cha)裝✂️置(zhi)的指(zhi)示值(zhi),獲得(de)不同(tong)監測(ce)點處(chu)的壓(ya)力損(sun)失,檢(jian)定現(xian)場🌐如(ru)圖4所(suo)示。
 
3實驗(yan)測量(liang)與數(shu)據對(dui)比分(fen)析
3.1實(shi)驗測(ce)量
　　利(li)用上(shang)述實(shi)驗方(fang)法,分(fen)别對(dui)安裝(zhuang)35°、45°和559渦(wo)輪的(de)流量(liang)計進(jin)行了(le)實驗(yan)檢定(ding),表2列(lie)出了(le)安裝(zhuang)35°葉片(pian)螺旋(xuan)升角(jiao)表渦(wo)輪流(liu)量計(ji)的檢(jian)定📱數(shu)據,平(ping)均流(liu)量是(shi)随機(ji)設定(ding)标準(zhun)吸風(feng)裝置(zhi)的👉輸(shu)出流(liu)量,平(ping)均系(xi)數和(he)誤差(cha)按公(gong)式(3)和(he)(4)計算(suan)。
 
　　表3列(lie)出了(le)安裝(zhuang)3種不(bu)同螺(luo)旋角(jiao)渦輪(lun)流量(liang)計在(zai)儀表(biao)取壓(ya)口處(chu)的壓(ya)力損(sun)失。
 
 
3.2數(shu)據對(dui)比分(fen)析
　　對(dui)實驗(yan)數據(ju)進行(hang)二次(ci)多項(xiang)式插(cha)值獲(huo)得20組(zu)數據(ju)點,對(dui)數據(ju)點進(jin)🔴行拟(ni)合得(de)到各(ge)方案(an)在檢(jian)測流(liu)量範(fan)圍内(nei)的儀(yi)表系(xi)數曲(qu)線🌈、 誤(wu)差曲(qu)線和(he)壓力(li)損失(shi)曲線(xian)。
3.2.1儀表(biao)系數(shu)
　　如圖(tu)5所示(shi),采用(yong)螺旋(xuan)升角(jiao)爲35°渦(wo)輪的(de)流量(liang)計的(de)儀表(biao)系數(shu)曲線(xian)在工(gong)作區(qu)内波(bo)動較(jiao)大,對(dui)儀表(biao)計量(liang)的穩(wen)定性(xing)🤩産生(sheng)很大(da)的負(fu)面影(ying)響。而(er)45°和55°的(de)渦輪(lun)流量(liang)計的(de)儀表(biao)系數(shu)曲線(xian)在工(gong)作區(qu)内波(bo)動較(jiao)小🐪,線(xian)性度(du)較理(li)💜想，儀(yi)表在(zai)工作(zuo)區内(nei)的計(ji)量穩(wen)定性(xing)較好(hao)💚。
3.2.2計量(liang)精度(du)
　　如圖(tu)6所示(shi),采用(yong)螺旋(xuan)升角(jiao)爲55°渦(wo)輪的(de)流量(liang)計誤(wu)差基(ji)本穩(wen)⚽定⭐在(zai)0.4%左右(you),45°渦輪(lun)在0.5%左(zuo)右,而(er)35°葉輪(lun)流量(liang)計誤(wu)差曲(qu)線存(cun)在較(jiao)大波(bo)動,而(er)且最(zui)📱大誤(wu)差超(chao)過0.8%，計(ji)量精(jing)度較(jiao)差。
3.2.3壓(ya)力損(sun)失
　　如(ru)圖所(suo)示，35°渦(wo)輪流(liu)量計(ji)的最(zui)大壓(ya)損達(da)到了(le)3500Pa以上(shang)，而55°渦(wo)輪💃則(ze)隻有(you)1500Pa左右(you),可明(ming)顯看(kan)出55°葉(ye)輪的(de)過流(liu)性最(zui)好，壓(ya)力損(sun)失🈲相(xiang)比其(qi)他兩(liang)種角(jiao)度的(de)渦輪(lun)最小(xiao)。
 
4結束(shu)語
　　采(cai)用實(shi)驗檢(jian)定的(de)方法(fa)對螺(luo)旋升(sheng)角爲(wei)359.45°和55°的(de)DN150氣體(ti)渦輪(lun)㊙️流量(liang)🏃‍♀️計進(jin)行了(le)實驗(yan)對比(bi)分析(xi),實驗(yan)數據(ju)表明(ming)葉片(pian)螺❓旋(xuan)角度(du)直接(jie)影響(xiang)儀表(biao)的性(xing)能參(can)數。其(qi)中，35°渦(wo)輪流(liu)量計(ji)存在(zai)着儀(yi)表系(xi)數不(bu)穩定(ding)、壓力(li)損失(shi)大以(yi)及精(jing)度差(cha)等💃弊(bi)端，建(jian)議不(bu)在産(chan)品中(zhong)應用(yong);45°渦⚽輪(lun)流量(liang)計,儀(yi)表系(xi)數曲(qu)線呈(cheng)現良(liang)好的(de)線性(xing)特征(zheng)，但壓(ya)力損(sun)失與(yu)55°渦輪(lun)相比(bi)較❄️大(da);55°渦輪(lun)流量(liang)計儀(yi)表系(xi)數穩(wen)定、壓(ya)力損(sun)失小(xiao),精度(du)較高(gao)🤟，比較(jiao)适合(he)對壓(ya)力損(sun)失和(he)精度(du)要求(qiu)較高(gao)的工(gong)況。此(ci)外👌,實(shi)驗結(jie)果表(biao)明對(dui)葉片(pian)螺旋(xuan)角的(de)進-一(yi)步優(you)化能(neng)明顯(xian)⭐改善(shan)儀表(biao)性能(neng)。

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