摘要：在一(yi)個體積管标(biāo)準裝置上對(duì)一種新型渦(wo)輪流量計 的(de)計量性能進(jin)行了試驗研(yan)究。和傳統渦(wō)輪流量計不(bu)💋同,該💛新型渦(wō)輪流量計的(de)葉輪采用3葉(ye)片長螺旋形(xing)結構,且沒有(yǒu)軸,軸承直接(jiē)套在葉輪罩(zhao)上。試驗結果(guǒ)表明,通過葉(yè)輪結構.上的(de)改進.流量計(ji)的抗流動🔴幹(gàn)擾能力明顯(xiǎn)增強,不過由(you)于該流量計(ji)的葉輪較大(dà)，小流量時流(liu)量計儀表系(xi)數受到流體(ti)黏性阻力和(hé)軸承摩擦阻(zu)力影響要比(bǐ)大流量時的(de)影響🙇🏻大因此(cǐ).在量程🏃🏻‍♂️範圍(wéi)内依據檢🐅定(ding)規程計算得(de)到流量計的(de)最大示值誤(wù)差爲0.2069,但重複(fu)性非常好🥵,爲(wei)0.077%。利用分段㊙️插(chā)值方法對流(liú)量計的儀表(biǎo)系數進行修(xiu)正後重新進(jin)行試驗.試驗(yan)結果表明該(gāi)修正方法取(qu)得較好的效(xiao)果,流量計的(de)相對示值誤(wù)💰差在+0.3%内。
0引言(yan).
　　渦輪流量計(jì) 屬于速度式(shì)流量計,具有(you)測量準确度(dù)高、複現性和(he)⭐穩定性均🎯好(hǎo)等優點,而廣(guǎng)泛應用于石(shí)油、化工、電力(li)😘等領域,并被(bei)應用于貿易(yi)計量”。但是渦(wō)輪流量計的(de)計量特性易(yì)受🤞到來流的(de)速度分布和(hé)旋轉流的影(ying)響(3-61,限制了其(qi)在安裝空間(jiān)受限的場合(hé)使㊙️用。
　　筆者在(zai)傳統渦輪流(liú)量計的基礎(chǔ)上,通過對葉(ye)輪的改進設(shè)計，采用3葉片(piàn)長的螺旋形(xing)葉輪結構,使(shǐ)流量計的抗(kàng)流動幹㊙️擾能(néng)力得到了極(jí)大的改善。本(běn)文對該新型(xing)渦輪流量計(jì)的計量性能(néng)在一一個用(yong)于檢定容積(jī)式流量計的(de)體積管标準(zhǔn)裝置上進行(hang)了試驗研究(jiū),并對試驗結(jie)果進行了分(fen)析。
1新型渦輪(lún)流量計結構(gòu)
　　渦輪流量計(ji)内的葉輪是(shì)流量信号檢(jian)測部件,其作(zuò)用是把流體(ti)動能轉換成(chéng)機械能，通過(guò)葉輪旋轉，在(zai)㊙️葉片.上取出(chū)與流量成正(zheng)比的頻率信(xìn)号。與傳統渦(wō)輪流量計不(bu)同,該新型🆚渦(wo)輪流量計的(de)葉輪采用的(de)是3葉片長螺(luo)旋型結💛構,葉(ye)輪外加一一(yi)個葉輪罩;葉(ye)輪罩加工成(cheng)爲兩端對稱(cheng)的台階形式(shi)⛱️,其中間部分(fen)和流量計内(nei)殼之間的間(jian)隙非常小，隻(zhī)有0.1~0.2mm;葉輪輪毂(gu)兩端采用半(bàn)橢球形結構(gou),以緩和流量(liang)計進、出口速(su)度分布的急(ji)劇變化♋，提高(gao)葉輪旋轉穩(wěn)定性以及降(jiang)💁低壓力損⭕失(shi)。另外,該流量(liàng)計沒有轉軸(zhóu),軸承直接套(tao)💋在葉輪罩上(shang),軸承的定位(wei)♉通過前、後導(dǎo)流架和葉輪(lún)🔅罩上的台階(jiē)來實現。這種(zhong)結構設計的(de)優點是簡單(dan)🌈、便于安裝維(wéi)護,在加工工(gong)藝上易于實(shi)現既定的公(gōng)差要求，從而(ér)确保葉輪在(zài)殼體内平穩(wěn)😄轉動。由于葉(ye)🧑🏽‍🤝‍🧑🏻輪結構的改(gai)進🈚.新型渦輪(lun)流量計的計(ji)量特性上也(ye)😍表現出了與(yǔ)傳統渦輪流(liú)量計的不同(tóng)🚶‍♀️之處。一是由(yóu)于該流量計(ji)的葉輪尺寸(cun)較大,葉輪需(xū)要較大流量(liàng)推動才開始(shǐ)轉動，故始動(dong)流量🐪較大;而(ér)且小流量時(shí),作用在葉輪(lún)上的流體粘(zhan)性阻力矩和(hé)軸承摩擦力(lì)☂️矩對流量計(jì)葉輪的旋轉(zhuǎn)速度的影響(xiǎng)要比大流量(liang)🤩時嚴重得多(duo),因此,流量計(jì)的儀表系數(shù)在整個量程(cheng)範圍内的線(xiàn)性度不好,需(xū)要對儀表系(xi)數進行修正(zhèng)。二是葉輪具(ju)有很強的“整(zhěng)🔴流”作用因,主(zhǔ)要是由于螺(luo)旋形葉輪結(jie)構能産生很(hěn)強的漩渦作(zuò)用.加速和增(zēng)大了葉輪結(jié)構内的紊流(liu)混合作用,實(shi)現了能在較(jiào)短距離内将(jiang)含有不同流(liu)動幹擾量的(de)流速整流成(cheng)爲相同的流(liu)⛷️速分布。三是(shì)流量計的流(liu)通能力降低(di)，因此,壓力損(sun)失也要比傳(chuán)統渦♻️輪流量(liang)計的壓力損(sun)失大。新型渦(wo)輪流量計結(jié)構示意圖如(rú)圖🙇‍♀️1所示

2試驗裝置
　　液(ye)體标準流量(liàng)裝置爲LJG41型球(qiú)式雙向體積(jī)管檢定裝置(zhi)👅。該标🔞準體😘積(ji)管的流量範(fan)圍爲1~50m3/h,重複性(xing)優于0.2%,準确🤟度(dù)爲🧑🏾‍🤝‍🧑🏼0.035%,标準🔆體積(ji)爲99.1344L。需要說明(míng)的是該檢定(dìng)裝置主要是(shi)用于容積式(shi)流量計📧的檢(jian)定,因此,在安(ān)裝被檢流量(liang)計管段上遊(yóu)并沒有足夠(gòu)長的直管段(duàn),其上遊直接(jiē).連接一個球(qiu)閥，緊接着連(lian)接一個T型管(guǎn)路。主要是🏃‍♂️想(xiang)利用這樣的(de)流量檢定裝(zhuāng)置來檢驗該(gai)新型渦輪流(liu)量計是否具(ju)有容積式流(liú)量計的計量(liàng)特點，即其上(shang)、:下遊無需直(zhi)管段♉。
　　該試驗(yàn)裝置檢定流(liú)量計的流程(cheng)如圖2所示。進(jìn)行流量計檢(jian)定時,根據JJG1037--2008《渦(wo)輪流量計檢(jian)定規程》9)的要(yao)求，在流量計(jì)的上遊🚩安裝(zhuang)⭕壓力傳感器(qì),在流量計的(de)下遊安裝溫(wen)度傳感器。渦(wo)輪變送器與(yǔ)計算機采用(yòng)屏蔽電纜連(lián)接。爲了便于(yú)調節流量,同(tong)時把變送器(qi)與流量積算(suan)儀連接,根據(ju)積算儀的瞬(shùn)時流量顯示(shi)，調節✔️每個檢(jian)定點流🚶‍♀️量的(de)大小，保證每(mei)個檢定點的(de)🌈流量符合檢(jiǎn)定規程的要(yào)求。
3試驗結果(guo)及分析
3.1基本(ben)性能試驗研(yan)究
　　該新型渦(wō)輪流量計的(de)設計技術指(zhi)标如下:公稱(chēng)直徑爲50mm,流🐪量(liàng)範圍爲6~30m'/h,計量(liàng)準确度爲0.3級(ji),重複性優于(yu)0.1%試💋驗介質爲(wei)0号柴🏃‍♀️油,其運(yùn)動粘度爲3.6×10-6m2/s(20℃),環(huan)境溫度爲9℃,相(xiàng)對✉️濕度爲65%。依(yī)據渦😘輪流量(liang)計檢定規程(cheng)中的要求選(xuan)擇了6個流量(liàng)點進行試驗(yàn),每個流量點(dian)的試驗次數(shu)爲🏃6次。試驗時(shi)同時記錄每(měi)個流量點的(de)檢定條件。例(lì)如,對試驗流(liú)量爲21m3/h時記錄(lù)的試驗條件(jian)如下:體積管(guǎn)液溫平均值(zhi)爲10.2℃,體積♊管表(biǎo)壓平均值爲(wei)0.26MPa,流量計處液(ye)溫平均值爲(wèi)10.0℃,流量計處表(biǎo)壓平均值爲(wei)0.2MPa。
　　結合試驗數(shu)據,流量計的(de)儀表系數、示(shì)值誤差.和重(zhong)複🛀性🈲的計算(suan)過程如下.
1)檢(jian)定條件下體(ti)積管的實際(ji)體積的計算(suàn):

　　式中:Vij爲第i檢(jiǎn)定點第j次檢(jiǎn)定時标準體(tǐ)積管處的實(shí)際體積;Va爲❗标(biao)準體積管的(de)标準體積;D爲(wei)标準體積管(guǎn)⛷️的内✊徑;e爲标(biao)準體積管的(de)厚度;E爲标準(zhǔn)體積管材料(liào)的彈性🔱模量(liàng);(pa)ij爲第i檢定點(diǎn)第j次檢定時(shi)标準體積管(guǎn)處液體壓力(lì);β。爲标準體積(ji)管的體膨脹(zhang)系數,(?s)ij爲第i檢(jiǎn)定點第j次檢(jiǎn)定時标準體(tǐ)⛱️積管處液體(tǐ)溫度。
2)每個檢(jiǎn)定點每次檢(jiǎn)定時儀表系(xi)數的計算:

　　式(shi)中:Kij爲第i檢定(dìng)點第j次檢定(dìng)時所得的儀(yi)表系數;N;爲第(dì)i檢定點🈲第j次(cì)檢定時流量(liàng)計顯示儀表(biao)測得的脈🍉沖(chong)數☁️;(?m)ij爲第i檢定(dìng)點第j次檢定(ding)時流量計處(chù)的液體溫度(du);(pm)ij爲第i檢定點(dian)第j次檢定時(shí)流♋量計處的(de)液體表壓力(lì);β爲檢定用液(yè)體在檢定狀(zhuang)态下的體膨(peng)脹系數;κ爲檢(jiǎn)定用液體🍉在(zài)檢定狀态下(xià)的壓縮系🥰數(shù)。
3)每個檢定點(diǎn)儀表系數的(de)計算:

　　表1爲6個(gè)流量檢定點(dian)的試驗數據(jù)依據式(1)至式(shi)(4)最後❓計算得(dé)到的每個檢(jiǎn)定點的儀表(biao)系數和重複(fú)性。然後分别(bie)依💯據式(6)計算(suàn)得到♊該流量(liàng)計的最大示(shi)值誤差爲0.2069。試(shì)驗結果說明(ming)該新型渦🏃‍♂️輪(lun)流量計的線(xiàn)性度非常不(bu)好,但流量計(ji)的重複性💛非(fēi)常好,爲📞0.077%,故可(ke)對該流量計(jì)的儀表系數(shù)進行💯非線性(xìng)修正,以擴大(da)其量程範圍(wei)0。另外,較好的(de)測量重複性(xing)說明了該新(xīn)型渦淪流量(liàng)計具有較好(hǎo)的抗流動幹(gan)擾能力,與文(wén)獻[7]中的研究(jiu)結論是相一(yi)🤩緻的。

3.2儀表系(xì)數修正
　　現有(yǒu)速度式流量(liàng)計的儀表系(xi)數非線性修(xiu)正常用🌐的方(fang)法有線性插(chā)值法、三次樣(yang)條插值法和(hé)最小二🥰乘法(fa):1-12]。考慮到新型(xing)渦輪流量計(ji)流量Q與儀表(biǎo)系數K的關系(xi)曲線爲單調(diao)遞增關系，較(jiào)适合采用線(xian)性插值方法(fǎ)進行修正。以(yi)流量計檢定(dìng)🔴點作爲插值(zhí)函數的🧡節點(diǎn)，即各檢定流(liu)量點Qi(i=0,1,.5)對應的(de)儀表系數爲(wèi)Ki(i=0,1,.5),采取分段插(chā)值對其他流(liú)量點的儀表(biao)系數進行修(xiū)正，具體的計(jì)算表🌈式爲:

　　爲(wèi)了考察流量(liàng)計儀表系數(shu)修正效果,将(jiāng)6個檢定點的(de)儀表系🔴數現(xiàn)場寫人流量(liàng)積算儀，然後(hou),在體積管标(biao)準㊙️裝置📱上選(xuan)擇10個🚶‍♀️非檢☁️定(dìng)流量點進行(háng)試驗,所得到(dao)的試驗結果(guǒ)如表2所示。Q表(biao)是流量積算(suàn)儀的顯示值(zhí),Q标是标準裝(zhuang)置的示值,8。是(shì)兩者的相對(duì)誤差,具體的(de)計算公式爲(wèi):

　　結果表明,通(tong)過儀表系數(shù)非線性修正(zheng)，流量計.的相(xiang)對示值誤差(cha)在+0.3%之内,故實(shí)現了既定的(de)設計要求。
4結(jie)論
　　在體積管(guan)标準裝置上(shang)對一新型渦(wō)輪流量計的(de)計量性能進(jìn)行了試驗研(yán)究。試驗結果(guǒ)表明，由于該(gai)新💋型渦輪流(liu)量計的葉輪(lún)采用了3葉片(pian)長螺旋形結(jie)構,使流量計(jì)在抵👉抗來流(liu)速度畸變對(dui)計量特性的(de)影響方面得(dé)到了明顯的(de)改善,不過也(ye)導緻了流量(liàng)計的線性度(dù)非常差,但流(liú)量計的重複(fú)性非常好。試(shi)驗🏃‍♀️結果同時(shi)也表明,通過(guò)采用非線性(xing)修正後在全(quán)量程範圍内(nei)該新型渦淪(lún)流量計的計(ji)量準确度等(děng)級可達0.3級,從(cong)而爲安裝空(kōng)間受限場合(hé),例🐪如機動油(yóu)料裝備上,提(tí)供了高精度(dù)的流量🔅計量(liàng)裝置。

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