摘要:本(běn)文對航空發(fā)動機試車台(tai)燃油系統渦(wō)輪流量計 的(de)工作原理進(jin)行簡單說明(míng),詳細分析了(le)漩渦流、脈動(dong)流介質粘度(du).介質污染度(dù)和電磁幹擾(rao)等的外部📱因(yīn)素對渦輪流(liú)量計測量📧精(jīng)度的影響，并(bìng)逐-給出了消(xiāo)除外部影響(xiang)❗因素的方法(fa),對渦輪流🎯量(liàng)計使用過程(chéng)中的注意事(shi)項進行了詳(xiang)細💘說明,對航(hang)空發動機🙇‍♀️試(shì)車台燃油系(xi)統提升燃油(yóu)流量的測👄量(liàng)精度具有一(yī)定的指導意(yì)義。
0引言
　　航空(kong)發動機試車(che)台燃油系統(tong)是試車台工(gong)藝系統的重(zhong)要組成部分(fen),用于爲發動(dòng)機提供所需(xū)壓力和流量(liàng)的持續不間(jian)斷的燃油供(gong)應，一般具有(you)調壓、過濾、計(jì)量等功能💘。
　　發(fa)動機燃油耗(hào)油率作爲發(fa)動機性能評(ping)定的重要參(can)數之一，要求(qiú)燃油流量測(ce)量應盡可能(neng)地降低來🔴自(zi)外界的影響(xiang)、盡可能真🤩實(shi)地反映發動(dòng)機實際燃油(you)消耗。雙轉子(zi)渦輪流量計(ji)作🈲爲速度💔式(shì)流量測量儀(yi)表,其具有測(ce)量精度高、測(ce)量範圍廣、抗(kang)幹擾能力強(qiang)、脈沖輸出等(deng)優點,被廣泛(fàn)應用于航空(kōng)發動機試車(che)台燃油系統(tong)燃油流量測(cè)量,以滿足發(fa)動機燃油消(xiao)耗實時💃測量(liàng)的要求。
1渦輪(lún)流量計工作(zuò)原理
　　渦輪流(liu)量計主要由(you)流量計殼體(tǐ)、渦輪轉子、渦(wo)輪轉🚶‍♀️子🔞前後(hou)導🏃流💰器、壓緊(jǐn)圈、感應線圈(quān)和永久磁鐵(tie)等組🤞成。當燃(ran)油流經渦輪(lún)流量計時,管(guǎn)道内流動的(de)燃油驅動渦(wō)輪轉子軸向(xiang)轉🌈動，渦輪轉(zhuan)子轉速随燃(ran)油流速的增(zēng)加而增加,渦(wō)輪轉子切割(gē)永久磁🏃🏻鐵的(de)磁力✌️線,感應(ying)線圈檢測到(dào)渦輪轉子的(de)電磁信号并(bing)轉換成可讀(dú)取的頻率、電(diàn)流或電壓✔️信(xìn)号,并将信号(hao)傳輸至後端(duan)儀表進行累(lèi)計或顯示。
 
　　在理想工作(zuo)狀态下，渦輪(lún)流量計的體(tǐ)積流量qv與渦(wō)輪流🔱量👈計輸(shū)出的信号脈(mò)沖頻率F之間(jiān)呈正比關系(xi)，即:
 
式中:K爲渦(wo)輪流量計儀(yí)表系數,L-1;F爲渦(wo)輪流量計輸(shu)出的脈沖頻(pín)率。
　　理想工作(zuo)狀态下，渦輪(lun)流量計的儀(yí)表常數K爲定(ding)值📧，在使用過(guò)程㊙️中渦輪流(liu)量計的儀表(biao)常數與外部(bù)流狀态、流體(tǐ)黏度、流體溫(wēn)度、流體壓力(lì)等呈函數關(guān)系⛱️,即K=f(qv、t、P、T)。
2渦輪流(liu)量計測量精(jing)度的外部影(ying)響因素
　　在實(shi)際使用過程(cheng)中,由于渦輪(lun)轉子的轉動(dong)慣量、介🔱質來(lai)流旋渦🐇、介質(zhì)來流壓力波(bō)動、流量計及(ji)管道的振動(dòng)、介質來流污(wu)染度、介質來(lai)流溫度變化(hua)等影響,會造(zào)成渦輪流量(liang)計精度測量(liang)誤差。
2.1漩渦流(liú)對渦輪流量(liàng)計測量精度(dù)的影響
　　當燃(rán)油繞過障礙(ài)物如閥門、油(you)濾、流量計時(shí)都會産生👨‍❤️‍👨漩(xuán)渦🌍流⭐動。爲保(bao)持渦輪流量(liang)計儀表系數(shu)K爲定值，流過(guò)🤩渦輪流量計(jì)的來流速度(dù)應保持不變(bian)、減小來流速(su)度畸變,以消(xiāo)除漩渦流的(de)影響。爲使流(liu)經渦輪流量(liang)計的介質來(lái)流速度畸變(bian)盡可能的小(xiǎo)，在渦輪流量(liang)計上下遊均(jun1)設置一定長(zhǎng)度的直管段(duan),使介質🔞來流(liú)發展成爲層(céng)流或水力光(guang)滑管的流型(xing)。
　　根據渦輪流(liú)量計上遊直(zhí)管段長度變(biàn)化時儀表系(xi)數的變化情(qing)況研究,可知(zhī)渦輪流量計(jì)上遊直管段(duàn)越長，旋渦流(liu)動對儀表常(cháng)數影響就越(yue)小，在旋轉來(lái)流中的特性(xìng)研究,正旋轉(zhuǎn)來流會使儀(yi)表常數偏大(dà),而負旋轉則(ze)會使儀💁表常(cháng)數偏小。如圖(tú)3所示。随着上(shàng)⁉️遊直管段長(zhǎng)💰度的增加,漩(xuan)♈渦流動的旋(xuán)轉流強度會(hui)随之衰減;渦(wō)輪流量計越(yuè)靠近漩渦流(liú)動的源頭，渦(wō)輪流量計🔴的(de)精度就越差(chà)。因此,在安裝(zhuang)渦輪流量計(jì)時,在流量計(jì).上遊和下遊(you)分别設置一(yī)定長度的直(zhí)管段可以顯(xiǎn)著削弱漩渦(wo)流動，提高渦(wō)輪流量計的(de)測量精度。
 
2.2脈動流對渦(wo)輪流量計測(ce)量精度的影(ying)響
　　脈動流指(zhi)流體在測量(liang)區域的流速(su)是時間的函(hán)數♍,但在一個(ge)🔴足夠長的時(shi)間段内有一(yī)個相對穩定(ding)的平均值。脈(mo)動流-般由👨‍❤️‍👨齒(chi)輪泵、離心泵(bèng)、壓力調節閥(fá)、電液伺服閥(fá)、電磁閥等的(de)作動産生。脈(mò)動流産生的(de)來源有多種(zhǒng)，可來源于往(wǎng)複旋轉的機(jī)械部件,如燃(rán)油增壓泵;可(ke)來源于管道(dào)或支架振動(dòng),如系統共振(zhèn)或支架顫振(zhèn);可來👨‍❤️‍👨源于壓(ya)力調節閥或(huò)流量控制閥(fa)的快速的壓(ya)力或流量調(diào)節;也可來源(yuán)于流體管道(dào)閥門、節流噴(pēn)嘴的周期♈性(xing)作動;還可來(lai)源于❓系統節(jiē)流孔闆、彎頭(tou)等幾何特征(zhēng)而引起的流(liú)體振動和湍(tuān)流。如圖4燃油(you)出口閥門作(zuò)動引起的脈(mo)動流🔴。
　　流量計(jì)來流存在脈(mo)動流，會導緻(zhi)流量計測量(liang)誤差增大🈲,甚(shen)至輸出頻率(lǜ)不穩定。對特(tè)定的渦輪流(liu)量計和不同(tong)的脈動流,可(kě)通過渦輪葉(ye)片旋轉角加(jiā)速度與脈動(dòng)流各參數的(de)關系計算出(chū)在脈動周期(qi)内各離散點(dian)所對應的渦(wō)輪葉片的🏃‍♂️旋(xuán)轉角加速度(dù)并生成脈動(dòng)頻率曲線。
　　進(jìn)口脈動流會(huì)導緻渦輪流(liu)量計測量結(jié)果産生偏差(chà)，計算表明該(gāi)偏差爲正偏(pian)差,即測量值(zhi)比真值偏大(dà)。脈動流的頻(pin)率和振幅是(shi)渦輪流量計(jì)産生測量🐪偏(piān)差的主要影(yǐng)響因素。當渦(wo)輪轉子葉👉片(piàn)的角頻率與(yǔ)渦輪流量計(ji)進0脈動流的(de)脈動頻率相(xiàng)等時,渦輪流(liu)量計的響🏒應(yīng)曲線與輸入(ru)脈動曲線🐅相(xiang)似,其測量結(jie)果接近真實(shi)值;當渦輪流(liu)量計轉子葉(yè)片角頻率大(da)于進0脈動流(liú)的脈動頻率(lü)時,進0脈動流(liú)引起的測量(liàng)偏差相對較(jiao)小，渦輪流量(liang)計測量偏差(cha)随進0脈動流(liú)的脈動☁️振幅(fú)增大而減小(xiao);當渦輪流量(liàng)計轉子葉片(piàn)角頻率小于(yú)進口脈動流(liú)的脈動頻率(lǜ)時,進0脈動🛀🏻流(liu)引起的測量(liang)偏差相對較(jiao)大,渦輪流量(liàng)計測量偏差(chà)随進口脈動(dòng)流的振動振(zhen)幅增大而增(zēng)大。當流體✔️介(jiè)質中混🏃‍♂️入遊(yóu)離空氣，會進(jin)一步增大🔞脈(mo)動流的脈動(dong)振幅。
2.3黏度對(dui)渦輪流量計(ji)測量精度的(de)影響
　　被測流(liu)體黏度變化(huà)會影響渦輪(lun)流量計的儀(yí)表系數⛷️。被測(cè)流體黏度會(huì)随流體溫度(dù)的變化而變(biàn)化,其雷諾🚩數(shù)會🈚相應變化(huà)👨‍❤️‍👨,單位流體經(jing)過渦輪流量(liàng)計時流阻會(huì)相應改變,進(jin)而改變轉子(zǐ)葉片的輸出(chu)頻率📐,造成渦(wo)輪流量計儀(yí)表系數的變(biàn)化(當粘🐆度升(shēng)高時🚶‍♀️，渦輪流(liu)量計的測量(liang)精度🐕會略有(yǒu)下降)。(RP-3在20℃時的(de)粘度不小于(yu)1.25mm2/s)。在被測流體(tǐ)的溫度變化(hua)區間大時,應(yīng)考慮溫度變(bian)化對渦輪流(liu)量計測量結(jié)果的影響,并(bìng)進行溫度修(xiu)正。
 
2.4燃油污染(rǎn)度對渦輪流(liu)量計測量精(jing)度的影響
　　渦(wo)輪流量計爲(wèi)高精度計量(liàng)儀表,轉子葉(ye)片和流量計(jì)内表面的表(biǎo)面粗糙度等(deng)級高。渦輪是(shi)高速機械🤟轉(zhuan)動部件，轉子(zǐ)葉片🧡與殼體(ti)間隙很小。燃(ran)油中的顆粒(lì)雜質🎯會造成(cheng)軸承磨🐅損及(jí)轉子卡滞,若(ruo)雜質顆粒吸(xī)附在轉❗子葉(yè)片表面，會增(zēng)大轉子葉片(piàn)的轉動慣量(liàng)。燃油中的遊(you)離水分子會(huì)造成流量🆚計(ji)内部鏽蝕,降(jiang)低轉子葉片(piàn)和流量計内(nei)表面的表面(mian)粗糙度等級(jí)。增大轉子葉(ye)片的轉動慣(guan)量以及低轉(zhuan)子葉片和流(liú)量計内表面(miàn)的表♊面粗糙(cao)度等級，會增(zēng)大流量計的(de)響應失真程(chéng)度。
2.5電磁幹擾(rǎo)對渦輪流量(liang)計測量精度(du)的影響
　　電磁(cí)幹擾通常由(yóu)強電流或強(qiang)電磁設備引(yǐn)起,發生源❤️通(tong)常有♉馬🍓達、電(diàn)機、交流電源(yuán)等強電設備(bèi)以及電力線(xian)纜、線圈、發射(she)器🌂等電磁輻(fú)射裝置,常以(yi)電流場或磁(ci)場的形式出(chū)現。強電流或(huò)電磁會對永(yong)久電磁鐵附(fu)近的🌍磁場産(chǎn)生擾動或疊(die)加，使感應線(xian)圈對渦🏃🏻輪轉(zhuǎn)子的感應信(xin)号發生畸變(bian),進而引起渦(wo)輪流量計輸(shū)出的頻♻️率、電(diàn)壓或電流傳(chuan)輸信号發生(shēng)畸變,造成燃(rán)油流量顯示(shì)🈲波動。
3消除外(wài)部因素影響(xiǎng)的方法
　　針對(duì)外部因素對(dui)渦輪流量計(jì)測量精度的(de)影響,可以從(cóng)🧡以下👉五個方(fang)面進行消除(chú):
3.1保證渦輪流(liú)量計.上下遊(you)直管段長度(dù)
①渦輪流量計(ji)上遊直管段(duàn)及下遊直管(guǎn)段的管道通(tōng)⛹🏻‍♀️徑㊙️與渦輪流(liu)量計的通徑(jing)保持--緻。
②渦輪(lun)流量計.上遊(you)直管段的長(zhǎng)度不應小于(yú)10倍的渦輪流(liú)量計通徑。
③渦(wo)輪流量計下(xia)遊直管段的(de)長度不應小(xiao)于5倍的渦輪(lun)🈲流量計通徑(jìng)。
④渦輪流量計(ji)盡量使用流(liu)量計廠家推(tuī)薦的上下遊(you)直管段。
3.2消除(chu)脈動流影響(xiǎng)
①加粗燃油管(guǎn)道,降低管道(dao)内流速。
②流量(liang)計遠離作動(dòng)部件,降低脈(mo)動流影響。
③流(liú)量計前後加(jiā)整流器、軟管(guǎn)、過濾網、過濾(lǜ)器等部件,減(jian)弱或消除♈脈(mo)動流影響。
④系(xì)統作動部件(jiàn)和流量計可(ke)靠固定，減小(xiao)振幅,消除系(xì)統共振。
3.3校準(zhǔn)過程控制
①渦(wo)輪流量計在(zài)送檢過程中(zhōng)，應可靠封堵(dǔ)開0部位，防止(zhi)多餘物🔴進入(rù)渦輪流量計(jì)内部。
②渦輪流(liu)量計校準時(shi)校準介質盡(jin)量使用滿足(zu)污染度要求(qiu)🔱的🤞航🧡空煤油(yóu)。當無法使用(yong)航空煤油校(xiào)準時,應使用(yong)粘度盡可能(neng)相近的介質(zhì)進行校準,流(liú)量計使用前(qian)先進行内部(bù)沖洗。
③渦輪流(liú)量計校準壓(ya)力、校準溫度(dù)盡可能接近(jin)現場📧試驗條(tiao)件🧑🏽‍🤝‍🧑🏻。
④渦輪流量(liang)計使用前将(jiāng)流量計儀表(biǎo)系數、壓力修(xiū)正系數✌️和溫(wen)度修正系數(shù)等,更新至數(shù)據采集軟件(jian)。
3.4保證燃油污(wū)染度等級
①在(zài)渦輪流量計(ji)來流管路增(zeng)加滿足污染(ran)度等級要求(qiu)和自帶除水(shui)功能的油濾(lǜ)。
②定期更換油(yóu)濾濾芯。
③定期(qi)化驗燃油系(xi)統内燃油的(de)污染度等級(jí)。
④使用前在燃(rán)油系統的高(gao)點進行放氣(qi)。
3.5降低電磁幹(gàn)擾
①渦輪流量(liàng)計應遠離電(diàn)機、變壓器等(deng)工作時産生(shēng)強磁場的設(shè)備。
②渦輪流量(liàng)計應單獨走(zǒu)線,并使用屏(ping)蔽電纜。
③渦輪(lun)流量計應可(ke)靠接地,并與(yu)轉換模塊共(gòng)地。
④渦輪流量(liang)計輸出的脈(mo)沖信号應保(bǎo)持适度的信(xin)噪比。
4渦輪流(liú)量計使用過(guò)程中的注意(yi)事項
　　爲消除(chú)外部影響對(duì)渦輪流量計(jì)測量精度的(de)影響,保證♌渦(wō)輪流量計測(ce)量精度,在使(shi)用過程中應(ying)注意以下五(wu)點♌:
4.1渦輪流量(liàng)計選型
　　渦輪(lun)流量計在選(xuǎn)型時,應綜合(hé)考慮測量介(jie)質、流量、流速(su)、使用場景、測(cè)量精度等因(yīn)素。測量介質(zhi)的粘度在渦(wo)輪流量計的(de)測量粘度區(qū)間内。測量介(jiè)質的最大流(liú)量應在渦輪(lun)流量🌍計最大(dà)測量範圍的(de)60%-80%之間，必💛要時(shi)在渦🔴輪流量(liàng)計及前後直(zhi)管段位置進(jin)行縮徑。測量(liàng)介質的工作(zuo)溫度和環境(jing)溫度在渦輪(lun)流量計🔴的介(jiè)質溫度💋和環(huán)境溫度範圍(wei)🔆内,并留有一(yi)定🔆裕度👅。渦輪(lun)流量計(殼體(ti)、前後導流器(qì)、渦輪轉子組(zu)件)的選材能(neng)耐受測量介(jiè)質的腐蝕。試(shì)車台燃油系(xi)統渦輪流量(liàng)計應使用防(fang)爆型渦輪流(liu)量計。渦輪流(liú)量計精度與(yu)測量系統精(jīng)度的綜合不(bu)确定度能滿(mǎn)足測量👅介質(zhì)測量的不确(que)定度要求🏒,并(bìng)留有一定裕(yu)度。
4.2渦輪流量(liàng)計安裝位置(zhì)确定
　　渦輪流(liú)量計确定安(an)裝位置時,應(yīng)綜合考慮介(jie)質使用部位(wèi)作動部件、周(zhōu)邊環境等因(yīn)素。渦輪流量(liang)計的安裝位(wèi)置應盡可能(néng)地靠近試車(chē)台在試發動(dòng)機，降低流體(tǐ)介質傳導時(shi)間、降低系統(tǒng)響應時間;應(yīng)盡可能遠離(lí)系✔️統作動部(bù)件(如增壓泵(bèng)、調壓器、伺服(fu)作動閥等)并(bìng)可靠固定,降(jiang)低脈🔆動流、部(bù)件振動可能(neng)産生的影響(xiǎng);應預留系統(tong)維護空間，方(fang)便渦輪流量(liang)計的拆裝和(he)系統巡檢;應(ying)盡可能遠離(lí)電磁線圈等(děng)強磁場🍓設備(bei)、電機等大功(gōng)⚽率用電設備(bèi),降低🙇‍♀️電磁場(chang)對渦輪流量(liang)計☀️輸出信号(hào)的幹擾。
4.3介質(zhi)流體充分放(fang)氣
　　爲消除燃(ran)油系統介質(zhi)中遊離空氣(qì)産生的脈動(dòng)流,試車⛷️台✏️燃(ran)油系統應在(zai)油庫來油位(wèi)置設置自動(dòng)放氣的燃油(yóu)濾,并在試車(che)台靠近在試(shi)發動機的最(zuì)高點設置放(fàng)氣點,以消除(chu)系統中的遊(yóu)離空氣;系統(tong)設置增壓泵(beng)的,應保證泵(beng)前來油壓力(lì)和管道通徑(jing)以降低油泵(bèng)抽吸過程造(zao)成局部燃油(yóu)介質的飽和(he)蒸氣壓低于(yú)系統工作壓(ya)力,以避免燃(rán)油介質中産(chǎn)生遊離空氣(qì)。
4.4渦輪流量計(ji)校準
　　渦輪流(liu)量計校準運(yùn)輸過程中應(yīng)對開0部位密(mi)封，防止多餘(yú)物進入渦輪(lun)流量計内部(bu);整體可靠包(bāo)裹，防止轉運(yùn)過程中㊙️的磕(kē)🥵碰造成渦輪(lun)流量計損傷(shang)。渦輪流量計(ji)在校準時，應(ying)選用航空煤(mei)油進行校準(zhǔn),當條件不具(ju)備時應盡可(kě)能選用粘度(dù)與航空煤油(you)相近💯的介質(zhi)進行校準,以(yǐ)避免因校準(zhǔn)介質不同引(yǐn)入測量精度(du)誤差。
4.5其他
　　燃(rán)油系統設計(jì)時應綜合考(kao)慮密封型式(shì)、管徑和管🍓道(dào)布局。管道及(jí)渦輪流量計(jì)連接部位應(yīng)選取适配的(de)密封型式和(hé)密封材料進(jin)行可靠密封(fēng);管道閥門選(xuan)用球閥、閘閥(fa)等密封😘性能(néng)良好的閥門(mén)型式和密封(fēng)材料，以避免(mian)系統的外漏(lou)和🚩内漏産生(sheng)系統測量誤(wu)差。根據經濟(jì)流速确定主(zhǔ)管道管徑🚶,渦(wo)輪流量計和(hé)前後直管段(duan)的變徑部位(wèi)選🈲用錐形擴(kuò)口型式且錐(zhuī)度角盡💯可能(neng)小。定期進行(háng)燃油系統污(wu)染度檢查,确(què)保介質流體(tǐ)潔淨可用。
5結(jié)束語
　　通過上(shang)述分析，漩渦(wō)流、脈動流、介(jiè)質粘度、介質(zhì)污染✏️度和電(dian)磁幹擾等是(shì)渦輪流量計(jì)測量精度的(de)主要影響因(yīn)素,在使用過(guò)程中應從渦(wō)輪流量計選(xuǎn)型、渦輪流量(liang)計安裝位置(zhi)确定、介質流(liú)體充分放氣(qì)等方面進行(háng)控💜制，以消除(chu)外部因素的(de)影響，确保渦(wō)輪流量計測(cè)量精度。

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