摘(zhai)要：對氣體渦(wō)輪流量計 的(de)主要組件引(yin)起的壓力損(sun)失進行了對(duì)比實驗測量(liàng)比較了葉💘輪(lun)形狀和葉片(piàn)數.前導流器(qi)不同結構對(dui)壓損的影響(xiǎng)🏃‍♂️程度。結果🔞表(biao)明導流器和(he)葉輪改進💁後(hou)流量☀️計的壓(ya)力損失明顯(xian)降低同時😘靈(ling)敏度也得以(yi)提高。
　　我國西(xi)氣東輸"以及(jí)南水北調"工(gong)程中各種各(gè)樣的輸🙇‍♀️送管(guǎn)道總管和支(zhī)管均需要數(shù)以萬計的流(liu)量測❌量儀表(biao)即流量計來(lai)及時提供流(liú)動參數實施(shi)動态監測。渦(wo)輪流量計是(shì)其中必不可(ke)少的一種。它(tā)是葉輪式速(sù)度流量計屬(shǔ)于速度式測(ce)量,即利💋用測(ce)量管♊道内介(jie)質流動速度(du)來得到流量(liàng)的測量方法(fǎ)。
　　置于流體中(zhong)的葉輪的旋(xuán)轉角速度與(yu)流體流速成(cheng)正比✍️通🌈過測(cè)量葉輪的旋(xuán)轉角速度得(de)到流體流速(sù)從而🔴得到管(guǎn)道内的‼️流量(liang)🐕值。　　在選擇渦(wo)輪流量計 的(de)時候,除了要(yào)求其具有精(jing)度高、量程大(da)和起始流量(liàng)小的🧡優點外(wài),壓損小也是(shì)一個關鍵指(zhi)标。流體通過(guo)渦輪流♌量計(jì)的壓力損失(shī)越小,則流體(ti)由輸入至輸(shū)出管道所消(xiāo)耗能量🔞就越(yuè)小,即所需總(zǒng)動力将減少(shǎo),由此可大大(dà)節約❓能源降(jiàng)低輸送成本(běn)提高利用🈚率(lǜ)。将對流量計(jì)進行實驗對(dui)比測量,得出(chu)主要組件對(duì)壓損的影響(xiǎng)程度,爲針對(dui)性的改進優(you)化設計提供(gong)有力數據。
1.結(jié)構與壓力損(sǔn)失
　　渦輪流量(liàng)計結構示意(yi)圖如圖1所示(shi),主要組件包(bao)括整流栅、前(qian)導流器、葉輪(lún)以及後導流(liu)器等。當流體(tǐ)通過管道時(shi)沖擊葉輪🤞,對(duì)葉輪産生驅(qu)動力矩使葉(ye)輪克服摩擦(ca)力矩和流體(tǐ)🐆阻力矩🈲而旋(xuán)轉,在一定的(de)流量範圍内(nei)葉輪的旋‼️轉(zhuan)角速度🍓與流(liu)體流速成正(zheng)比✔️。　　因此,葉輪(lun)的🏃🏻‍♂️轉速通過(guo)裝在機殼外(wai)的磁電轉換(huan)裝置轉換爲(wèi)模拟電流量(liang),進而顯示爲(wei)瞬時流量🍓值(zhí)和累積流量(liang)值。
 
　　流體從機(ji)殼進口流入(ru),首先經過整(zhěng)流栅進行穩(wen)流👣再進入前(qian)導流器前導(dǎo)流器對流體(tǐ)有收斂作用(yòng)，防止流🌏體發(fa)💋生分離産生(sheng)大的渦旋運(yùn)動,前導流葉(ye)片對流體起(qǐ)導向作用,避(bì)免流體自旋(xuán)而改變對葉(yè)輪葉片的作(zuò)用角度保證(zheng)測量的精度(du)。流體經葉輪(lún)後✨将以螺線(xiàn)型方式向前(qián)流動,加入帶(dài)葉㊙️片的後導(dǎo)流器對其進(jin)行導流使流(liú)體沿管壁直(zhí)線流動減少(shao)各種阻力引(yin)起的能量損(sun)失。
流體通過(guò)流量計的壓(ya)力損失與介(jiè)質的密度、流(liú)速💚等有關其(qi)計算公式爲(wèi):
△P=αxρv2/2
　　其中,△P,壓力損(sǔn)失α,壓損系數(shù)ρ,介質密度v流(liú)速。
　　由于ρ和v爲(wei)流體流動參(can)數不能随意(yì)增減,因此隻(zhi)能盡量減小(xiao)壓損系數α,以(yi)達到降低壓(yā)損的目的。壓(yā)損系數🌏除了(le)受流體粘性(xing)、管徑及管長(zhang)等因素影響(xiang)外還與流🔞量(liang)計内部各部(bu)👅件的幾何結(jié)構🚩有關。
2測量(liàng)
　　采用口徑D=100mm,量(liang)程Q=50m³/h~600m³/h的渦輪流(liu)量計,在吸氣(qì)式試驗台，上(shang)分别對常壓(yā)、介質爲空氣(qi)、不同結構的(de)前導流器、不(bú)同葉片數及(jí)形狀的葉輪(lún)進行測量。
2.1前(qian)導流器
　　圖2和(hé)圖3分别爲兩(liang)種結構的前(qian)導流器示意(yi)圖。圖2爲渦輪(lún)流量計常用(yong)結構,葉片數(shù)爲6導流.體形(xíng)狀由流入至(zhi)流出呈錐形(xing),葉片長與錐(zhuī)體高度相同(tóng).圖3爲本文改(gai)進的前導流(liú)器結構示意(yì)圖其主要特(tè)點是将錐體(ti)改爲半橢球(qiú)體😄,葉片數增(zeng)加到12并把葉(ye)片長度📐縮小(xiao)1/3.
 
　　圖4是兩種結(jie)構下,流體經(jing)過流量計後(hou)的壓力損失(shi)曲✊線。由圖🔞4可(kě)✉️看出在流量(liang)<100m³/h時,壓力損失(shi)不受導流器(qi)結構的影👄響(xiǎng)而且壓損很(hen)小。随着流量(liàng)增大,改進的(de)導流器的壓(ya)損明顯低于(yu)錐體🎯導流器(qi)在最大流量(liang)600m³/h處錐體的壓(yā)損約爲半橢(tuǒ)球體☎️的2倍,可(ke)見導流器的(de)🐇結構對流量(liàng)計壓力損失(shī)有不容忽視(shì)的影響作用(yòng)。
 
　　使半橢球體(ti)壓損降低的(de)主要原因是(shi):半橢球體外(wài)形🏃過🚩渡更光(guang)滑,降低了流(liu)體流動分離(lí)的發生更加(jiā)符合對流動(dòng)條件的🔱要求(qiú)💛，從而使壓損(sǔn)大大降低。适(shi)當增加葉片(pian)數而減少🚶葉(ye)片長度不但(dàn)可以起到較(jiào)好的穩流、整(zheng)流作用減少(shǎo)因流動渦旋(xuán)産🧑🏽‍🤝‍🧑🏻生的壓力(li)損失而且使(shi)流通面積有(yǒu)一個逐步減(jiǎn)小的過程避(bì)免了流體進(jìn)入導流器後(hou)由于流通面(miàn)積的突然收(shōu)縮引起的壓(yā)力損失的增(zēng)♊大。結果表明(míng)以上因素的(de)綜合結果使(shi)流體流經導(dao)流器時的壓(yā)損明顯降低(dī)💋。
2.2葉輪
　　葉輪按(an)照設計要求(qiú)爲葉片數z=12~20,葉(ye)片傾角a=30°~45°,重疊(die)度爲1~1.2,葉片與(yǔ)内機殼間隙(xi)爲0.5mm~1mm。爲提高流(liu)量計的靈敏(mǐn)度可适當增(zeng)加葉片數。
　　流(liu)量計常用葉(yè)輪葉片數爲(wèi)13,葉片形狀爲(wei)矩形。爲提高(gāo)流量計🚶‍♀️的靈(líng)敏度作者對(dui)葉輪作了改(gai)造，将葉片數(shu)增爲20,葉片形(xíng)狀設計成葉(ye)頂寬葉根窄(zhai)的倒梯形形(xing)狀梯🌂形尺寸(cun)以保證相同(tong)重疊度爲🔞原(yuán)則。圖5爲分别(bié)采用13和20葉片(piàn)數的葉輪後(hou)流量計壓損(sǔn)曲線圖。可看(kan)到兩條曲線(xian)幾乎重合。說(shuō)明在允許範(fàn)圍内,葉輪葉(ye)片數的增減(jian)以及葉片形(xíng)狀的改變對(dui)壓力👌損失的(de)影響可以忽(hu)略。但通過☎️對(dui)起始流量的(de)測量發現，對(duì)13葉片數葉輪(lún),測得流量計(ji)起始流量爲(wei)🆚7.5m³/h,而對20葉片數(shù)葉輪則爲6.5m³/h,可(ke)見适當增加(jia)葉🈲片數和重(zhong)疊度，可以在(zài)不增加壓損(sǔn)的前提下較(jiao)明顯地提高(gao)流量計的靈(líng)敏度。
 
2..3儀表系(xi)數
　　渦輪流量(liang)計性能的另(ling)外一個重要(yao)指标是儀表(biao)系🤟數K。儀表系(xi)🈲數💁可理解爲(wei)流量計儀表(biǎo)的輸出流量(liang)值與通過流(liu)量計的實際(jì)流量值之比(bǐ)。因儀表的輸(shu)出流量值與(yu)儀表内磁電(dian)⁉️轉換器輸出(chu)頻率成正比(bǐ),故K也表示爲(wèi)輸出頻率與(yu)實際流量之(zhi)比即:
 
　　由式可(ke)見，理想的儀(yí)表系數K與結(jié)構參數有關(guan)與流☀️量變化(hua)無關。對某一(yi)流量計K爲一(yī)常數在K-qv圖上(shàng)爲-平🈲行橫軸(zhou)的直線。但對(duì)實際的流體(tǐ)流動,由于葉(ye)輪要克服軸(zhou)承的機械阻(zu)力矩.流體🏃🏻産(chǎn)生的阻力矩(ju)并受流動狀(zhuang)态等因素的(de)影響使K不可(ke)能保持直線(xiàn)而在量程範(fàn)圍内盡量保(bǎo)證K爲一常數(shu)是保證流量(liàng)計精度的前(qián)提條件。
　　對半(ban)橢球體導流(liu)器和梯形葉(yè)輪對流量計(ji)儀表系數的(de)影響進🌈行了(le)實驗測試,考(kǎo)察改變結構(gòu)組件後✨對儀(yi)表性能的影(yǐng)響。
　　圖6爲分别(bie)采用錐體和(he)半橢球體導(dao)流器,流量計(jì)儀📱表🆚系數的(de)測🐉試結果。由(yóu)圖可看出采(cǎi)用改進的導(dǎo)流器後💯流量(liàng)⭐計儀♍表系數(shu)比改進前有(you)較好地改善(shàn)在量程範圍(wei)内50m³/h~600m³/h),K很好地體(tǐ)現常系數的(de)特🔴性甚至在(zai)超過最大量(liang)程後能繼續(xù)保持水平直(zhí)線狀态。改進(jin)前🌈的流量計(ji)K值也較好,但(dan)随着流量增(zēng)大直線略向(xiang)下傾斜偏離(lí)了水平位置(zhì)。
 
3結論
　　通過對(duì)氣體渦輪流(liu)量計主要組(zǔ)件性能的實(shí)驗測量得出(chū):1）前導流器是(shì)引起流量計(ji)壓力損失的(de)主要因素之(zhī)一👄。當采用改(gǎi)進的半橢球(qiu)體導流結構(gou)後流量計的(de)壓損被大幅(fu)度降低。2）對💋葉(ye)輪葉片進行(háng)适當改造後(hou),可明顯降低(dī)起始流量🌈值(zhi)提高流量計(ji)靈敏度。3）采用(yong)改進🐆的組件(jian)後流量計具(ju)有更加穩定(ding)的儀🧑🏽‍🤝‍🧑🏻表系數(shu)值流量計的(de)精度得到提(ti)高。

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