摘(zhai)要(yao)：對氣體(ti)渦輪流量(liang)計 的(de)主要(yao)組(zu)件引起(qi)的壓力損失進(jin)行了(le)對比實驗(yan)測量比較了葉輪形(xing)狀和葉片(pian)數.前導流(liu)器不(bu)同結(jie)構對壓損(sun)的影響程度。結果表明(ming)導(dao)流器(qi)和葉(ye)輪(lun)改進後(hou)流量計的壓力(li)損失明顯(xian)降低(di)同時(shi)靈敏度也(ye)得以提高(gao)。
　　我國西氣(qi)東(dong)輸"以及(ji)南水北調(diao)"工程中各(ge)種各樣的(de)輸送管道總管(guan)和支(zhi)管(guan)均需要(yao)數以萬計(ji)的流量測(ce)量儀表即(ji)流量計來(lai)及時(shi)提供(gong)流動參數(shu)實施(shi)動态(tai)監測。渦輪流(liu)量(liang)計是(shi)其中(zhong)必(bi)不(bu)可少(shao)的一種(zhong)。它是葉(ye)輪式速度流量計屬于速度式(shi)測量,即(ji)利(li)用測(ce)量管(guan)道(dao)内介質(zhi)流動速(su)度(du)來得到流(liu)量的測量(liang)方法。
　　置于流體(ti)中的(de)葉(ye)輪的旋(xuan)轉角速(su)度與流體流速成正比(bi)通過測(ce)量(liang)葉輪(lun)的旋(xuan)轉(zhuan)角速度(du)得到流體流速(su)從而(er)得到管道(dao)内的流量值。　　在選擇(ze)渦輪流量(liang)計 的時(shi)候,除了(le)要求(qiu)其(qi)具有精(jing)度高、量(liang)程大和起始(shi)流量小的(de)優點外(wai),壓(ya)損小(xiao)也是(shi)一個(ge)關鍵(jian)指标。流體(ti)通過(guo)渦輪(lun)流(liu)量(liang)計的(de)壓力損失(shi)越小(xiao),則流體(ti)由輸入(ru)至輸(shu)出管道所(suo)消耗(hao)能(neng)量(liang)就越(yue)小,即(ji)所需(xu)總動力将減少(shao),由此(ci)可大大節約能源降低(di)輸送成(cheng)本提高利(li)用率(lü)。将對(dui)流(liu)量計進(jin)行實驗(yan)對(dui)比測(ce)量,得出(chu)主要組(zu)件對壓損的影響程(cheng)度(du),爲(wei)針對(dui)性的改進優化(hua)設計(ji)提供(gong)有力(li)數據(ju)。
1.結(jie)構與壓力損(sun)失
　　渦輪流(liu)量計(ji)結構示意(yi)圖如(ru)圖(tu)1所示,主(zhu)要組件(jian)包(bao)括整(zheng)流栅(shan)、前導流器(qi)、葉輪以及(ji)後導(dao)流器(qi)等(deng)。當(dang)流體(ti)通過(guo)管(guan)道(dao)時沖(chong)擊葉輪,對葉輪(lun)産生驅(qu)動(dong)力矩(ju)使葉(ye)輪克服摩(mo)擦力(li)矩(ju)和流體(ti)阻力矩(ju)而旋轉(zhuan),在一定(ding)的(de)流量(liang)範圍(wei)内(nei)葉輪的(de)旋轉角速(su)度與流體(ti)流速成正(zheng)比。　　因此(ci),葉(ye)輪的轉速(su)通過裝在(zai)機殼外的(de)磁電轉換(huan)裝置轉換(huan)爲模(mo)拟(ni)電(dian)流量(liang),進而(er)顯(xian)示爲瞬(shun)時流量(liang)值(zhi)和累(lei)積流(liu)量(liang)值。
 
　　流(liu)體從機(ji)殼進口(kou)流(liu)入,首先經(jing)過整流栅(shan)進行(hang)穩流(liu)再進入前導流(liu)器前(qian)導流器對(dui)流體有收(shou)斂作用，防(fang)止流(liu)體發生分離産生大(da)的渦(wo)旋運動,前導流(liu)葉片(pian)對流體起(qi)導向(xiang)作用(yong),避免(mian)流體(ti)自(zi)旋(xuan)而改(gai)變對葉輪(lun)葉片的作(zuo)用(yong)角(jiao)度保(bao)證測量的精度(du)。流體(ti)經葉輪後(hou)将以螺(luo)線(xian)型方式向(xiang)前流動,加(jia)入帶(dai)葉(ye)片的後(hou)導流器對其進(jin)行導流使流體(ti)沿管(guan)壁直線流(liu)動減少各(ge)種阻(zu)力引(yin)起的能量(liang)損失(shi)。
流體通過(guo)流量(liang)計(ji)的壓力(li)損失與(yu)介(jie)質的密度(du)、流速等有(you)關其計算(suan)公式(shi)爲:
△P=αxρv2/2
　　其(qi)中(zhong),△P,壓力損(sun)失α,壓損系(xi)數ρ,介(jie)質密(mi)度v流(liu)速。
　　由(you)于ρ和v爲流(liu)體流動參(can)數(shu)不能随(sui)意增(zeng)減(jian),因(yin)此隻(zhi)能盡(jin)量(liang)減(jian)小壓(ya)損系數(shu)α,以(yi)達到(dao)降低(di)壓損的目(mu)的。壓損(sun)系(xi)數除(chu)了受流體粘性(xing)、管徑(jing)及(ji)管(guan)長等因素影(ying)響外還(hai)與流量計(ji)内部各部(bu)件(jian)的幾何(he)結構有關(guan)。
2測量
　　采用(yong)口(kou)徑D=100mm,量程(cheng)Q=50m³/h~600m³/h的渦輪(lun)流量計,在吸(xi)氣式試驗(yan)台，上分别(bie)對常壓、介質(zhi)爲(wei)空氣(qi)、不同結構(gou)的前(qian)導流(liu)器、不(bu)同葉(ye)片數及形(xing)狀的(de)葉輪(lun)進行測量(liang)。
2.1前導(dao)流(liu)器
　　圖2和(he)圖3分别爲兩種(zhong)結構的(de)前導流(liu)器示意(yi)圖(tu)。圖2爲(wei)渦輪流量計常(chang)用結(jie)構,葉(ye)片數(shu)爲6導流.體(ti)形狀(zhuang)由流(liu)入至(zhi)流出(chu)呈錐形(xing),葉片長與錐體高度相(xiang)同.圖3爲本(ben)文改進的(de)前導流器(qi)結構示意(yi)圖其(qi)主要(yao)特(te)點是将(jiang)錐體改(gai)爲(wei)半橢球體(ti),葉片(pian)數增(zeng)加到(dao)12并把(ba)葉片長度(du)縮小1/3.
 
　　圖4是(shi)兩種結構(gou)下,流(liu)體經(jing)過流(liu)量計(ji)後的(de)壓力損失(shi)曲線(xian)。由圖(tu)4可看(kan)出在流(liu)量<100m³/h時,壓(ya)力損(sun)失不受導(dao)流器結構(gou)的影響而(er)且壓(ya)損很(hen)小。随着流(liu)量增大,改(gai)進的導流(liu)器的(de)壓損明顯(xian)低于(yu)錐體導流(liu)器在最大流量600m³/h處錐體的(de)壓損(sun)約爲(wei)半(ban)橢球體(ti)的2倍,可(ke)見(jian)導流(liu)器的(de)結構(gou)對流(liu)量計(ji)壓力損失(shi)有不容忽(hu)視的影響作用。
 
　　使半(ban)橢球(qiu)體壓(ya)損降(jiang)低的(de)主要原因(yin)是:半橢球體外形過(guo)渡更(geng)光滑(hua),降低了流(liu)體流(liu)動分離的(de)發生(sheng)更加符合(he)對流動條(tiao)件的要求(qiu)，從而使(shi)壓(ya)損大(da)大降(jiang)低。适當增(zeng)加葉片(pian)數而減(jian)少葉(ye)片長度不(bu)但可(ke)以起到較好的(de)穩(wen)流(liu)、整流(liu)作用(yong)減少因流(liu)動渦(wo)旋産(chan)生的(de)壓力損失而且(qie)使流(liu)通面(mian)積有(you)一個(ge)逐步(bu)減小(xiao)的過(guo)程避免了(le)流體進(jin)入導流(liu)器後由于流通(tong)面積的(de)突(tu)然收(shou)縮引(yin)起(qi)的壓力(li)損失的增(zeng)大。結(jie)果表(biao)明(ming)以(yi)上因(yin)素的(de)綜合結果(guo)使流(liu)體(ti)流經導(dao)流器(qi)時(shi)的(de)壓損(sun)明顯(xian)降低。
2.2葉輪(lun)
　　葉輪(lun)按照(zhao)設計(ji)要求爲(wei)葉片數(shu)z=12~20,葉片(pian)傾角a=30°~45°,重疊(die)度爲1~1.2,葉片與内(nei)機殼間隙(xi)爲0.5mm~1mm。爲(wei)提高(gao)流量計的(de)靈敏(min)度(du)可(ke)适當(dang)增加葉片(pian)數。
　　流(liu)量計(ji)常(chang)用(yong)葉輪葉片數爲(wei)13,葉片(pian)形狀爲矩(ju)形。爲(wei)提高流(liu)量計的(de)靈敏度(du)作(zuo)者對(dui)葉輪(lun)作了改造(zao)，将葉片數(shu)增爲(wei)20,葉片(pian)形(xing)狀設計(ji)成葉(ye)頂(ding)寬(kuan)葉根(gen)窄的(de)倒梯(ti)形形(xing)狀梯(ti)形(xing)尺寸以保證(zheng)相同(tong)重疊(die)度爲(wei)原(yuan)則(ze)。圖5爲(wei)分别(bie)采(cai)用13和20葉(ye)片數的葉(ye)輪後(hou)流量(liang)計壓損曲(qu)線圖。可(ke)看(kan)到兩(liang)條曲(qu)線幾乎重(zhong)合。說明在(zai)允許範圍(wei)内,葉輪葉(ye)片數的增(zeng)減以及葉(ye)片形(xing)狀的(de)改變(bian)對(dui)壓力損失的(de)影響可以(yi)忽略。但通過對起始(shi)流(liu)量(liang)的測(ce)量發(fa)現，對(dui)13葉片(pian)數葉(ye)輪(lun),測得流(liu)量計起始(shi)流量爲7.5m³/h,而(er)對(dui)20葉片數(shu)葉輪則爲(wei)6.5m³/h,可見(jian)适當增(zeng)加葉片(pian)數和重疊(die)度，可(ke)以在(zai)不(bu)增(zeng)加壓(ya)損的前提(ti)下較明顯(xian)地提高流(liu)量計的靈(ling)敏度。
 
2..3儀表系數
　　渦輪(lun)流量(liang)計性能的(de)另外一(yi)個重要(yao)指标是儀(yi)表系(xi)數K。儀(yi)表系數可(ke)理解爲(wei)流(liu)量計(ji)儀表(biao)的(de)輸(shu)出流(liu)量值與(yu)通(tong)過流(liu)量計(ji)的實際流(liu)量值(zhi)之比。因儀(yi)表的輸出(chu)流量(liang)值與儀表(biao)内磁電轉(zhuan)換器輸出(chu)頻率(lü)成正比,故(gu)K也表(biao)示爲輸出(chu)頻率與實際流量之比即:
 
　　由式(shi)可見，理(li)想(xiang)的儀(yi)表系(xi)數K與(yu)結構(gou)參數(shu)有關(guan)與流(liu)量變(bian)化無關。對(dui)某一(yi)流(liu)量計K爲(wei)一常(chang)數在K-qv圖上(shang)爲-平(ping)行橫軸的(de)直線。但對(dui)實際(ji)的流體流(liu)動,由于葉(ye)輪(lun)要克服(fu)軸承的機(ji)械阻力矩(ju).流體産生(sheng)的阻力(li)矩(ju)并受(shou)流動狀态等因(yin)素的(de)影響(xiang)使K不可能(neng)保持直線(xian)而在(zai)量程(cheng)範圍内盡量保證K爲(wei)一常(chang)數是保證(zheng)流量(liang)計精度的(de)前提條(tiao)件。
　　對半(ban)橢球體導(dao)流器(qi)和梯形葉(ye)輪對(dui)流量(liang)計儀表系(xi)數的(de)影(ying)響(xiang)進行了實驗測試,考(kao)察改變結構組(zu)件後(hou)對(dui)儀表性(xing)能的影響(xiang)。
　　圖6爲分别采(cai)用(yong)錐體(ti)和半橢球(qiu)體導流器(qi),流量計儀(yi)表系數的(de)測試結果(guo)。由圖(tu)可看(kan)出采用改(gai)進的(de)導流(liu)器(qi)後流量(liang)計儀(yi)表系(xi)數比(bi)改進前(qian)有較好(hao)地改善(shan)在量程範圍(wei)内(nei)50m³/h~600m³/h),K很好地(di)體現常系數的(de)特性(xing)甚至在超(chao)過最(zui)大(da)量(liang)程後(hou)能繼(ji)續保(bao)持水(shui)平直線狀态。改(gai)進前(qian)的流(liu)量計(ji)K值也較好,但随着流(liu)量(liang)增大直(zhi)線略向下(xia)傾斜(xie)偏離了水平位(wei)置。
 
3結(jie)論(lun)
　　通過對(dui)氣體(ti)渦輪(lun)流量(liang)計主(zhu)要(yao)組(zu)件性(xing)能的實驗測量(liang)得出(chu):1）前導(dao)流器(qi)是引起流量計(ji)壓力損失(shi)的主(zhu)要因(yin)素(su)之一。當(dang)采用(yong)改進(jin)的半橢球(qiu)體導(dao)流結(jie)構後(hou)流量(liang)計的(de)壓損(sun)被大幅度(du)降低。2）對葉(ye)輪葉(ye)片進行(hang)适(shi)當改(gai)造後(hou),可明(ming)顯降低起(qi)始(shi)流(liu)量值(zhi)提高(gao)流量(liang)計靈敏度(du)。3）采(cai)用改進(jin)的組件後(hou)流量(liang)計具(ju)有更加穩(wen)定的儀表(biao)系數(shu)值流(liu)量計的精(jing)度得到提(ti)高。

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