摘(zhai)要：對氣體渦(wō)輪流量計 的(de)主要組件引(yǐn)起的壓力損(sun)失進行了對(dui)比實驗測量(liàng)比較了🌈葉🌐輪(lun)形狀和葉片(piàn)數.前導流器(qì)不同結構🚶對(duì)壓損的影響(xiang)程度。結果表(biǎo)明導流器和(he)葉輪改進後(hòu)流量🔞計的壓(yā)力損失🏃‍♀️明顯(xian)降低同時靈(líng)敏度也得以(yi)提高。
　　我國西(xī)氣東輸"以及(ji)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(liú)量測量儀表(biao)即流量計來(lai)及時提供流(liu)動參數實施(shī)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(su)度㊙️流量計屬(shu)⭐于速度式測(ce)量,即利用測(cè)量管道内介(jiè)質流動速度(dù)來得到流量(liang)的測量方法(fǎ)。
　　置于流體中(zhong)的葉輪的旋(xuan)轉角速度與(yǔ)流體流速成(chéng)正✉️比通過測(ce)量葉輪的旋(xuán)轉角速度得(dé)到流體流速(su)從而得到♻️管(guan)道💜内的流量(liàng)值。　　在選擇渦(wō)輪流量計 的(de)時候,除了要(yao)求其具有精(jing)度高、量程大(da)和起始流量(liàng)小的優點外(wai),壓損小也是(shì)一個關鍵指(zhi)标。流體通過(guò)渦輪流量計(ji)的壓👄力損失(shi)越小,則流體(tǐ)由輸入至輸(shu)出管道所消(xiāo)🌂耗能量就越(yue)小🚩,即所需總(zǒng)動力将減少(shǎo),由此可✉️大大(da)節約能源降(jiàng)低✔️輸送成本(ben)提高利用率(lǜ)。将對流量⭕計(ji)進行實驗對(dui)比測量,得出(chū)主要組件對(dui)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(jie)構與壓力損(sǔn)失
　　渦輪流量(liang)計結構示意(yì)圖如圖1所示(shi),主要組件包(bāo)括整流栅、前(qián)💘導流器、葉輪(lun)以及後導流(liu)器等。當流體(tǐ)通🚶‍♀️過管道時(shí)沖擊葉輪,對(duì)葉輪産生驅(qū)動力矩使葉(ye)輪克服摩擦(cā)力矩和流體(tǐ)阻力矩而旋(xuán)轉,在一定的(de)流❗量範圍内(nèi)🏃🏻葉輪的旋轉(zhuǎn)角速度與流(liú)體流速成正(zhèng)比。　　因此,葉輪(lun)的轉速通過(guò)裝在機殼外(wai)的🌈磁電轉換(huàn)裝置轉換爲(wèi)模拟電流量(liang),進而顯示爲(wèi)瞬時流量值(zhí)和累積流量(liang)值。
 
　　流體從機(jī)殼進口流入(ru),首先經過整(zhěng)流栅進行穩(wěn)流再進入🔞前(qián)💋導流器前導(dǎo)流器對流體(tǐ)有收斂作用(yong)，防止流體發(fā)生分離産生(shēng)大的渦旋運(yun)動,前導流葉(ye)片🌈對流體🏃🏻起(qi)導向作用,避(bi)免流體自旋(xuan)而改變對葉(yè)輪葉片的作(zuò)🎯用角度保證(zhèng)測量的精度(du)。流體⭐經葉輪(lun)後将以螺線(xiàn)型🔞方式向前(qian)流動,加入帶(dai)葉片的後導(dǎo)流器對其進(jin)行導流使流(liu)體沿管✉️壁直(zhi)線流動減少(shao)各種阻力引(yin)起的能量損(sǔn)失。
流體通過(guo)流量計的壓(ya)力損失與介(jiè)質的密度、流(liu)速等有關其(qi)計算公式爲(wei):
△P=αxρv2/2
　　其中,△P,壓力損(sǔn)失α,壓損系數(shu)ρ,介質密度v流(liu)速。
　　由于ρ和v爲(wei)流體流動參(cān)數不能随意(yi)增減,因此隻(zhi)能盡量減小(xiǎo)壓損系數α,以(yǐ)達到降低壓(ya)損的目的。壓(yā)損系數除了(le)受流📱體粘性(xìng)、管徑及管長(zhang)等因素影響(xiang)外還與流量(liàng)計内♌部各部(bù)件的幾何結(jie)構有關。
2測量(liang)
　　采用口徑D=100mm,量(liang)程Q=50m³/h~600m³/h的渦輪流(liú)量計,在吸氣(qi)式試驗台，上(shang)分📧别對常壓(ya)、介質爲空氣(qì)、不同結構的(de)前導流器、不(bu)同葉片數及(ji)形㊙️狀的葉輪(lun)🏒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(lun)流量計常用(yòng)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(zhui)體高度相同(tóng).圖3爲本❤️文改(gǎi)進的前導流(liu)器結☎️構示意(yi)圖其主🐕要特(te)點是将錐體(ti)改爲半橢球(qiu)體,葉片數增(zeng)加到12并把葉(ye)片長度縮小(xiǎo)1/3.
 
　　圖4是兩種結(jié)構下,流體經(jīng)過流量計後(hou)的壓力損失(shī)曲線。由圖4可(ke)看出在流量(liang)<100m³/h時,壓力損失(shī)不受導流器(qì)結構的影響(xiang)而且壓🧑🏾‍🤝‍🧑🏼損很(hen)小。随着流量(liang)增大,改進的(de)🐪導流器🏃🏻‍♂️的壓(yā)損明顯低㊙️于(yú)錐體導流器(qì)在最大流量(liang)🈲600m³/h處錐體的壓(yā)損約爲半橢(tuo)球體的2倍,可(kě)見導流器的(de)結構對流量(liàng)計壓力損失(shi)有不容忽視(shi)🏃🏻的影響作用(yong)。
 
　　使半橢球體(tǐ)壓損降低的(de)主要原因是(shì):半橢球體外(wai)🆚形過渡更💰光(guang)滑,降低了流(liú)體流動分離(li)的發生更加(jiā)符合對流動(dong)條件的要求(qiu)，從而使壓損(sun)大大降低。适(shì)當增加😘葉片(pian)數而減少葉(yè)片長度不但(dàn)可以起到較(jiao)好的穩流、整(zheng)流作用減少(shǎo)因流動渦旋(xuan)産生的壓力(li)損失而且使(shi)流通面積有(you)一個逐步減(jiǎn)小的過程避(bì)免了流體進(jin)入導流器後(hou)由于流通面(miàn)積的突然收(shou)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(shǐ)流體流經導(dao)流器時的壓(ya)🏒損明顯降低(di)。
2.2葉輪
　　葉輪按(an)照設計要求(qiu)爲葉片數z=12~20,葉(yè)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(min)度可适當🍉增(zēng)加🥵葉片數。
　　流(liú)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(ling)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(yuan)則。圖5爲分别(bié)采用13和🔱20葉片(piàn)數的🍓葉輪後(hòu)流量計壓損(sun)曲線圖。可看(kàn)到兩條曲線(xiàn)幾乎重合。說(shuo)明在允許範(fan)圍内,葉輪🚶葉(yè)片數的增減(jiǎn)🔴以及葉片形(xíng)狀的改變對(dui)壓力🏃損失的(de)影響可以忽(hū)略。但通過對(duì)起始流量的(de)測量發現，對(duì)13葉片數葉輪(lun),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(jiā)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(gāo)流量計的靈(ling)敏度。
 
2..3儀表系(xì)數
　　渦輪流量(liàng)計性能的另(lìng)外一個重要(yao)指标是儀表(biao)系數K。儀表✔️系(xì)數🔅可理解爲(wei)流量計儀表(biao)的輸出流量(liàng)值與通過流(liu)量計的實🔴際(ji)流量值之比(bi)。因儀表的輸(shu)出流量值與(yu)儀表内磁電(diàn)轉換器輸出(chu)頻率成正比(bi),故😍K也表示爲(wèi)❤️輸出頻率與(yǔ)實際流量之(zhī)比即:
 
　　由式可(kě)見，理想的儀(yí)表系數K與結(jie)構參數有關(guān)與流量✨變化(huà)無關✔️。對某一(yi)流量計K爲一(yī)常數在K-qv圖上(shang)爲-平行橫軸(zhou)的直線。但對(dui)實際的流體(ti)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(jǔ)并受流動狀(zhuàng)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(liang)計精度的前(qián)提條件。
　　對半(bàn)橢球體導流(liu)器和梯形葉(ye)輪對流量計(jì)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(yí)表性能的影(yǐng)響。
　　圖6爲分别(bié)采用錐體和(hé)半橢球體導(dao)流器,流量計(ji)儀♉表系數的(de)測試結果。由(you)圖可看出采(cai)用改進的導(dao)流器後🆚流量(liang)計儀♈表系數(shu)比改進前有(you)較好地改善(shan)在量程範圍(wei)内50m³/h~600m³/h),K很好地體(ti)現常系數的(de)特性甚至在(zài)超過最大量(liàng)程後能繼續(xu)保持水平直(zhí)線狀⛹🏻‍♀️态。改進(jìn)前的流量計(jì)K值也較好,但(dàn)随着流量增(zēng)大直線略向(xiàng)下♋傾斜偏離(lí)了🛀🏻水平位置(zhì)。
 
3結論
　　通過對(dui)氣體渦輪流(liú)量計主要組(zu)件性能的實(shi)驗測量得出(chu):1）前導流器是(shi)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(qiú)體導流結構(gou)後流量計的(de)✍️壓損被大幅(fu)度降低。2）對葉(yè)輪葉片進行(háng)适當改造後(hou),可💁明顯降低(di)起始流量值(zhí)提高流量計(jì)靈敏度。3）采用(yòng)改進的組件(jian)後流量計具(ju)有更㊙️加穩定(dìng)的儀表系數(shu)值流量計的(de)精度得到提(tí)高。

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