摘要：對(dui)氣體渦輪(lun)流量計 的(de)主要組件(jian)引起的壓(ya)力損失進(jin)行了對比(bi)實驗測量(liang)比較了葉(ye)輪形狀和(he)葉片數.前(qian)導流器不(bu)同結構對(dui)壓損的✂️影(ying)響程度。結(jie)果表明導(dao)流器和葉(ye)輪改進後(hou)流量計的(de)壓📞力損失(shi)明顯降低(di)同時靈敏(min)度也得以(yi)提高。
　　我國(guo)西氣東輸(shu)"以及南水(shui)北調"工程(cheng)中各種各(ge)樣的輸🛀送(song)🐉管道總管(guan)和支管均(jun)需要數以(yi)萬計的流(liu)量測量儀(yi)表即流量(liang)🌏計來💛及時(shi)☔提供流動(dong)參數實施(shi)動态監測(ce)。渦輪流量(liang)計是其中(zhong)必不可少(shao)的一種。它(ta)是葉🏃🏻輪式(shi)速度流量(liang)計屬于速(su)度式測量(liang),即利用測(ce)量管🐪道内(nei)介質流動(dong)速度來得(de)到流量的(de)測量方法(fa)。
　　置于流體(ti)中的葉輪(lun)的旋轉角(jiao)速度與流(liu)體流速成(cheng)正比通♍過(guo)測量葉輪(lun)的旋轉角(jiao)速度得到(dao)流體流速(su)從而得到(dao)管道内的(de)🐅流量值。　　在(zai)選擇渦輪(lun)流量計 的(de)時候,除了(le)要求其具(ju)有精度高(gao)、量程大和(he)起始流量(liang)🎯小的㊙️優點(dian)外,壓損小(xiao)也是一個(ge)關鍵指标(biao)。流體通🌍過(guo)渦👈輪流量(liang)計的壓力(li)損失越小(xiao),則流體由(you)輸入至輸(shu)出管道所(suo)消耗能量(liang)就越小,即(ji)所需總動(dong)力将減🐪少(shao),由此可大(da)大節約能(neng)源降低♻️輸(shu)送成本提(ti)高利用率(lü)。将對流量(liang)計進行實(shi)驗對比測(ce)量,得出主(zhu)要組件💁對(dui)壓損的影(ying)響程度,爲(wei)針對性✉️的(de)改進優化(hua)設計提供(gong)有力數據(ju)。
1.結構與壓(ya)力損失
　　渦(wo)輪流量計(ji)結構示意(yi)圖如圖1所(suo)示,主要組(zu)件包括整(zheng)流栅、前導(dao)流器、葉輪(lun)以及後導(dao)流器等。當(dang)流體通👉過(guo)管✊道時沖(chong)擊葉輪,對(dui)葉輪産生(sheng)驅動力矩(ju)使葉輪克(ke)服摩擦力(li)矩和流體(ti)阻力矩而(er)旋轉,在一(yi)定的流量(liang)範圍内葉(ye)輪的旋轉(zhuan)角速度與(yu)流體流速(su)成正比。　　因(yin)此,葉輪的(de)轉速通過(guo)裝在機殼(ke)外的磁電(dian)轉換裝置(zhi)轉換爲模(mo)拟電流量(liang),進而顯示(shi)爲瞬時流(liu)量值和累(lei)積流量值(zhi)。
 
　　流體(ti)從機殼進(jin)口流入,首(shou)先經過整(zheng)流栅進行(hang)穩流⛱️再進(jin)入前導流(liu)器前導流(liu)器對流體(ti)有收斂作(zuo)用，防止流(liu)體發生分(fen)♉離産✌️生大(da)的渦旋運(yun)動,前導流(liu)葉片對流(liu)體起導向(xiang)作用,避免(mian)流體自旋(xuan)而改變對(dui)葉輪🏃🏻‍♂️葉片(pian)的作用角(jiao)度保證測(ce)量的🧡精度(du)。流體經葉(ye)輪後✔️将以(yi)螺線型方(fang)式向前流(liu)♍動,加入帶(dai)葉片的後(hou)導流器對(dui)其進行導(dao)流使流體(ti)沿管壁直(zhi)線流動減(jian)少各💜種阻(zu)力引起的(de)能😄量損失(shi)。
流體通過(guo)流量計的(de)壓力損失(shi)與介質的(de)密度、流速(su)等有關其(qi)計算公式(shi)爲:
△P=αxρv2/2
　　其中,△P,壓(ya)力損失α,壓(ya)損系數ρ,介(jie)質密度v流(liu)速。
　　由于ρ和(he)v爲流體流(liu)動參數不(bu)能随意增(zeng)減,因此隻(zhi)能🔞盡量減(jian)小壓損系(xi)數α,以達到(dao)降低壓損(sun)的目的。壓(ya)損🔴系數除(chu)了🐅受流🛀🏻體(ti)粘性、管徑(jing)及管長等(deng)因素影響(xiang)外還與流(liu)✨量計内部(bu)各部件的(de)幾何結構(gou)有關。
2測量(liang)
　　采用口徑(jing)D=100mm,量程Q=50m³/h~600m³/h的渦(wo)輪流量計(ji),在吸氣式(shi)試驗台，上(shang)分别對常(chang)壓、介質爲(wei)空氣、不同(tong)結構的前(qian)導流器、不(bu)同葉片數(shu)及形🔴狀的(de)葉輪進行(hang)測量。
2.1前導(dao)流器
　　圖2和(he)圖3分别爲(wei)兩種結構(gou)的前導流(liu)器示意圖(tu)。圖2爲渦輪(lun)流量計常(chang)用結構,葉(ye)片數爲6導(dao)流.體形狀(zhuang)由流入至(zhi)流出呈錐(zhui)形,葉片長(zhang)與錐體高(gao)度相同.圖(tu)3爲本文改(gai)進🏒的前導(dao)流器結構(gou)示意圖其(qi)主要特點(dian)是将錐體(ti)改爲半橢(tuo)球體,葉片(pian)數增加到(dao)12并把葉片(pian)長度縮小(xiao)1/3.
 
　　圖4是兩種(zhong)結構下,流(liu)體經過流(liu)量計後的(de)壓力損失(shi)曲線。由💋圖(tu)✉️4可看出在(zai)流量<100m³/h時,壓(ya)力損失不(bu)受導流器(qi)🔞結構的影(ying)響而且壓(ya)損很小。随(sui)着流量增(zeng)大,改進的(de)導流器🔆的(de)壓損明顯(xian)低💃🏻于錐體(ti)導流器在(zai)最大流量(liang)600m³/h處錐體的(de)壓損約爲(wei)半橢球體(ti)的2倍,可見(jian)導流器的(de)🛀結構對流(liu)量計壓力(li)損失有不(bu)容忽視的(de)影響作用(yong)。
 
　　使半橢球(qiu)體壓損降(jiang)低的主要(yao)原因是:半(ban)橢球體外(wai)形♻️過渡更(geng)光滑,降低(di)了流體流(liu)動分離的(de)發生更加(jia)符合對流(liu)動條件的(de)要求，從而(er)使壓損大(da)大降低。适(shi)當增加葉(ye)片數而減(jian)少葉片長(zhang)度不但可(ke)以起到較(jiao)好的穩流(liu)、整流作用(yong)減少因流(liu)動渦旋産(chan)生的壓力(li)損失而且(qie)使流通面(mian)積有一個(ge)逐步減小(xiao)的過程避(bi)🌂免了流體(ti)進入導流(liu)器後由于(yu)流通面積(ji)的突然收(shou)縮引起的(de)壓力損失(shi)的增大。結(jie)果表🚩明以(yi)上因素的(de)綜合結果(guo)使流體流(liu)㊙️經導流器(qi)時的壓💃損(sun)明顯降低(di)🧡。
2.2葉輪
　　葉輪(lun)按照設計(ji)要求爲葉(ye)片數z=12~20,葉片(pian)傾角a=30°~45°,重疊(die)度爲1~1.2,葉片(pian)與内機殼(ke)間隙爲0.5mm~1mm。爲(wei)提高流量(liang)計的靈敏(min)度可适當(dang)增加葉片(pian)數。
　　流量計(ji)常用葉輪(lun)葉片數爲(wei)13,葉片形狀(zhuang)爲矩形。爲(wei)提高流量(liang)計的靈敏(min)度作者對(dui)葉輪作了(le)改造，将葉(ye)片數增爲(wei)20,葉片形狀(zhuang)設計成🐅葉(ye)頂寬葉根(gen)窄的倒梯(ti)形形狀梯(ti)形尺寸以(yi)保證✨相同(tong)重疊度爲(wei)原則。圖5爲(wei)分别采用(yong)13和20葉片數(shu)的葉輪後(hou)流量計壓(ya)損♍曲線圖(tu)。可🐅看到兩(liang)條曲線幾(ji)乎重合。說(shuo)明在允許(xu)範圍内,葉(ye)輪葉片數(shu)的增✔️減以(yi)及葉片形(xing)狀❗的改變(bian)對壓力損(sun)失的影響(xiang)可以忽略(lue)。但通過對(dui)起始流量(liang)的測量發(fa)現，對🌍13葉片(pian)數葉輪,測(ce)得流量計(ji)起始流量(liang)爲7.5m³/h,而對20葉(ye)片數葉輪(lun)則爲6.5m³/h,可見(jian)适當增加(jia)葉片數和(he)重疊度，可(ke)以在不增(zeng)加壓損的(de)前提下較(jiao)明顯地提(ti)高流量計(ji)的靈敏度(du)。
 
2..3儀表系數(shu)
　　渦輪流量(liang)計性能的(de)另外一個(ge)重要指标(biao)是儀表系(xi)數K。儀表系(xi)數♉可理解(jie)爲流量計(ji)儀表的輸(shu)出流量值(zhi)與通過流(liu)💘量計🐕的實(shi)際流量值(zhi)之比。因儀(yi)表的輸出(chu)流量值♊與(yu)儀表🚶内磁(ci)電轉換器(qi)輸出頻率(lü)成正比,故(gu)K也表示爲(wei)輸出頻率(lü)與實際流(liu)量之比即(ji):
 
　　由式可見(jian)，理想的儀(yi)表系數K與(yu)結構參數(shu)有關與流(liu)量變化無(wu)關。對某一(yi)流量計K爲(wei)一常數在(zai)K-qv圖上爲-平(ping)行橫軸的(de)直線🔞。但對(dui)實際的流(liu)體流動,由(you)于葉輪要(yao)克服軸承(cheng)的機械阻(zu)力㊙️矩.流體(ti)産生的阻(zu)力矩并受(shou)🍓流動狀态(tai)等因素的(de)影響使K不(bu)可能保持(chi)直線而在(zai)量程範圍(wei)内盡量保(bao)證K爲一常(chang)數是保證(zheng)流量計精(jing)度的前提(ti)條件。
　　對半(ban)橢球體導(dao)流器和梯(ti)形葉輪對(dui)流量計儀(yi)表系數的(de)🔆影響✨進行(hang)了實驗測(ce)試,考察改(gai)變結構組(zu)件後🌈對儀(yi)表性能的(de)影響。
　　圖6爲(wei)分别采用(yong)錐體和半(ban)橢球體導(dao)流器,流量(liang)計儀表🚶‍♀️系(xi)數的測試(shi)結果。由圖(tu)可看出采(cai)用改進的(de)導流器後(hou)流量計儀(yi)表系數比(bi)🍉改進前有(you)較好地改(gai)善在量程(cheng)範圍内50m³/h~600m³/h),K很(hen)好地體現(xian)常系數的(de)特🍓性甚至(zhi)在超過最(zui)大量程後(hou)能繼續保(bao)持水平直(zhi)線狀态。改(gai)進前🛀的流(liu)量計K值也(ye)較好,但随(sui)着流量增(zeng)大🌈直線略(lue)向下傾斜(xie)偏離了水(shui)平位置。
 
3結(jie)論
　　通過對(dui)氣體渦輪(lun)流量計主(zhu)要組件性(xing)能的實驗(yan)測量得出(chu)☂️:1）前導流器(qi)是引起流(liu)量計壓力(li)損失的主(zhu)要因素🔱之(zhi)一。當采用(yong)改進的半(ban)橢球體導(dao)流結構後(hou)流量計的(de)壓損被大(da)幅度降低(di)。2）對葉輪葉(ye)片進行适(shi)當❄️改造後(hou),可明顯降(jiang)低起始流(liu)量值提高(gao)流🔅量計靈(ling)敏度。3）采用(yong)改進的組(zu)件後流量(liang)計具有更(geng)加穩定的(de)儀表系數(shu)值流量計(ji)的精度得(de)到提高。

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