摘要：論述(shù)了液體火箭發動(dòng)機用過氧化氫作(zuo)爲推進劑進行試(shì)驗的過程中流量(liang)測量可采用的方(fang)式。提出了壓差式(shì)孔闆流量計 測量(liàng)和角接式取壓結(jié)構在過氧化氫/煤(méi)油發動機🔆試🍉驗中(zhōng)🌂的應用技術。針對(duì)過氧化氫/煤油發(fā)動機試驗中流量(liàng)🔞測量提出了研究(jiū)需要解決的關鍵(jiàn)技術。
1引言
　　在過氧(yang)化氫/煤油發動機(ji)試驗中，因爲過氧(yang)化氫的特殊性🤩質(zhi)，決定了試驗系統(tong)在組建時對管道(dào)、閥門等組件材料(liao)有特殊🧡要求。又因(yin)發動機爲擠壓式(shì)工🙇🏻作，因此，在流量(liang)⁉️計選材🚶‍♀️時必須從(cóng)過氧化氫的相容(róng)性和強度🔞兩方面(mian)同🔞時考慮。
因爲1Cr18Ni9Ti與(yǔ)過氧化氫爲二級(ji)相容，同時，它在材(cái)料方面具有很好(hao)的綜合力學性能(neng)，可用于高壓擠壓(ya)式試驗系統中。因(yīn)此在流🎯量計選材(cai)時可采用1Cr18Ni9Ti材料。
　　在(zai)用于過氧化氫系(xì)統時，常規的流量(liàng)計有 渦輪流量計(ji) 、 靶式流量計 、質量(liàng)流量計等。但其測(cè)量方式、密封形式(shì)及材質方面都🐆因(yin)👉爲☂️與💜過氧化氫出(chū)現不同程度的不(bú)相容現象而無法(fǎ)正常🌏使用♋。因此，在(zài)過氧化氫/煤油發(fa)動機🌂試驗的研制(zhì)過🔱程中，必須盡快(kuai)地解決流量的測(cè)量問題，同時🤟，應該(gāi)盡可能提高流量(liàng)計的安🌈全性和可(kě)靠性研究工作。
孔(kǒng)闆流量計 的結構(gou)簡單，材質方面可(kě)完全采用與過氧(yang)化氫相容的♈材料(liao)，密封的實現也較(jiao)爲容易，同時設計(ji)壓力🔆在選擇時無(wu)局限性🍉。孔闆流量(liàng)計在實際使用當(dāng)中，通過對孔闆前(qián)、後壓力的測量來(lai)轉化🚩成流量的測(cè)❤️量。因此壓力的獲(huò)得應力求準确，在(zài)設計上采用了角(jiao)接式取壓結構。
　　壓(yā)差式孔闆流量計(ji)适用于圓管流的(de)流量測量。在㊙️管内(nèi)設置孔闆，當有流(liú)體流過時，在其上(shàng)、下遊側之⛷️間就會(hui)産生靜壓差。在有(yǒu)關參數已知的條(tiáo)件下，該靜壓力與(yu)流體流量之間有(yǒu)确定的數值關系(xì)（詳見孔闆計算）。
2孔(kǒng)闆流量計的設計(jì)結構
2.1孔闆的技術(shù)要求
　　孔闆的結構(gòu)如圖1所示。孔闆的(de)上遊端面應是平(ping)整的✏️，其表🔞面🏒任✂️何(hé)兩點的連線對垂(chui)直于中心線平面(miàn)⭕的斜率應小于✂️1％。此(cǐ)時，可忽略孔闆表(biǎo)面上不可避免的(de)、肉眼看不見的局(ju)部💘缺陷。在與孔闆(pǎn)同心的直徑不小(xiǎo)于1.5d的圓的範圍💔内(nei)，應保證🈲孔闆上遊(you)🌈端面的粗✍️糙度準(zhǔn)則dRa410?≤。下遊端面應是(shi)平整的，而且平行(háng)于上遊👌面。

孔闆厚(hòu)度E、銳孔厚度e及斜(xié)角F的确定如下：
(1)銳(rui)孔厚度e應在0.005D和0.02D之(zhi)間，在銳孔上任何(hé)點所測得的e值之(zhī)間🌍的😍差不得大于(yú)0.001D。
(2)孔闆厚度E應在e和(he)0.05D之間，在孔闆上任(ren)何點所測得的E值(zhi)之間的差不得大(dà)于0.001D。
(3)如果孔闆厚度(du)E超過了銳孔厚度(dù)e，則孔闆下遊應做(zuò)成傾斜面🤟，斜面應(yīng)加工得光滑。斜面(miàn)角應在30°～45°之間。
(4)邊緣(yuan)G、H、I應是尖銳的既無(wú)劃痕也無毛刺。
　　銳(rui)孔應是圓筒形的(de)，并垂直于上遊端(duān)面。孔徑d值應至少(shao)取四個不同測量(liàng)方向直徑的平均(jun1)值。這四個直徑應(ying)按彼此大緻☎️相等(deng)的角距離分布在(zài)幾個軸向平面内(nei)。任何孔徑的單測(cè)值與平均直徑之(zhi)差不應大于0.05％。
2.2孔闆(pan)流量計的安裝
　　在(zai)實際的設計當中(zhōng)，孔闆應設計爲可(ke)拆卸式結構，一種(zhong)孔🐇闆不🈲可能适應(yīng)任何工況。即在所(suǒ)有的工作區間，孔(kǒng)闆的流❌出系數并(bing)非恒定不變。在孔(kong)闆的設計區内💃工(gōng)作時⭐，流量的測量(liang)值可信度較高，在(zài)非設計區内工作(zuò)時，流量的測量值(zhí)可能會出☂️現失真(zhen)現象。按照試驗時(shí)貯箱的工作壓力(lì)對法蘭進行結構(gou)🐆設計。連接形式見(jian)圖2。
　　 在使用中，孔闆(pan)結構可設計爲放(fàng)大狀态下的密封(feng)⭐墊。兩頭采用👅活套(tao)法蘭結構，與管路(lu)連接，中間爲起🏃🏻密(mi)封🐆作用的孔闆。在(zài)孔闆的前、後分别(bié)設置取壓孔，以此(ci)獲得壓力參數。用(yong)靠肩圈和孔闆🈚在(zài)對接時形成的内(nèi)腔來實現取壓環(huan)的結構。
這種結構(gou)在完成有效密封(fēng)的前提下，使角接(jiē)式取壓⚽結構🈚在連(lián)接的過程中得到(dao)了實現。從而提高(gāo)了孔闆流量計安(an)裝和使用的高可(ke)靠度要求。

2.3角接取(qu)壓形式
　　孔闆流量(liàng)計在實際的使用(yòng)過程中，不但應實(shi)現管路的連❓接和(hé)密封，同時應滿足(zu)角接式取壓結構(gòu)的設計要求🐆。
　　取壓(ya)的方式較多，将孔(kong)闆用于流量測量(liang)時，爲降低流量的(de)❓測量誤差，采取了(le)角接取壓結構。角(jiǎo)接取壓的結構形(xíng)式見圖3所示。

　　取壓(ya)口的中心線與孔(kǒng)闆的相應端面之(zhi)間的間距🐪等✔️于取(qu)壓口直徑的一半(ban)或等于取壓口本(běn)身寬度之半💔，這樣(yàng)，穿透管壁的取🤞壓(ya)口與孔闆兩端面(mian)正好取平。圖3參數(shù)的✍️取值如♻️下：a爲環(huán)隙寬度，對任意β值(zhí)在🔅測量清潔流體(tǐ)的流量時，1mm≤a≤10mm；C和C′爲上(shang)遊和下遊的環的(de)🔆長度，不應大于0.5D；f爲(wèi)厚度，應大于或等(deng)于🐅環隙寬度a的兩(liang)倍；g×h爲環室☀️的橫截(jie)面積，應大于或等(děng)于連接環室與管(guan)子内部的開口總(zǒng)面積的一半🌍；j爲直(zhi)徑，連接環室和二(er)次裝置的取🙇‍♀️壓口(kǒu)是管壁取壓，穿透(tou)處呈圓形，j應在4～10mm之(zhī)間.
3壓差式孔闆流(liú)量計的設計計算(suàn)
流量的計算公式(shì)如下：

　　w爲管道橫截(jie)面積上流體運動(dòng)的平均速度，m/s；d爲孔(kǒng)闆㊙️孔徑；D爲🐪管♈道直(zhí)徑；υ爲流體的運動(dòng)粘性系數；L1=l1/D是上遊(you)取壓口到孔闆上(shang)遊端面的距離除(chu)以管徑的商；L2′=l2′/D是下(xià)遊取壓口到孔闆(pǎn)下遊端面💰的距離(lí)除以管徑的商（角(jiǎo)接取💘壓時L1和L2′取0）；β=d/D，爲(wèi)直徑比；ρ=1390kg/m3，爲過氧化(hua)氫的密度；E爲漸近(jin)速度系數；ε爲膨脹(zhang)系數；?p爲孔闆上、下(xià)遊側之間的壓差(cha)；p1是上遊側壓力；k爲(wèi)等❄️熵系數。
　　在已知(zhi)各項設計參數如(ru)質量流量qm、壓差?p、上(shàng)遊側壓力p1及推進(jin)📧劑各種性能參數(shù)的情況下，代入流(liu)量計算公式，反求(qiú)β或d，既可确定孔闆(pǎn)的尺寸。
在使用工(gong)質爲過氧化氫時(shí)，流量計算的公式(shì)可簡💋化爲：

表1是在(zài)預設的三種設計(ji)狀态下（其餘參數(shu)已知）計算🧑🏾‍🤝‍🧑🏼程✊序得(de)到的孔闆結構尺(chǐ)寸。

4壓差式孔闆流(liu)量計的設計驗證(zheng)
　　試驗準備階段，按(àn)上述工況2和工況(kuàng)3分别計算的結果(guo)制作孔闆各一個(gè)，參照要求的流量(liang)，在冷調時，流量接(jie)近工況3狀态。因🔞此(ci)，在🥵試驗系統上安(ān)裝這種設計狀态(tài)的孔闆，冷調時系(xi)統上串接一渦輪(lún)流量計，用它來校(xiào)準孔闆流量計。通(tōng)過多種流量的調(diào)整發🔴現，在小流量(liang)和大流量兩🏃‍♀️種狀(zhuàng)态下工作時，孔闆(pan)的💚流出系數差異(yi)較大。在額定流量(liang)下進行三次調試(shì)☁️（額定流量接近設(she)計流量），流出系數(shù)🔴爲恒定值。這樣，也(ye)進一步驗證了孔(kǒng)🌈闆流量計設計的(de)有效性和準确性(xìng)。同時，該孔闆流量(liàng)計參加了兩次過(guò)氧化氫/煤油試驗(yan)，對該種流量計結(jié)構設計的可行性(xing)也得到❄️了驗證。

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