摘要(yào):本文對航空發動(dòng)機試車台燃油系(xì)統渦輪流量計 的(de)工作原理進行簡(jian)單說明,詳細分析(xi)了漩渦流、脈動流(liú)介質粘度.介質污(wū)染度和電磁幹擾(rao)等的外部因素對(dui)渦📧輪流量計測量(liang)精度的影響，并逐(zhu)-給出了❌消除外⛷️部(bù)影響因素的方法(fǎ),對渦輪流量計使(shǐ)用過程中的注意(yì)事項進📞行了詳細(xi)說明,對航💜空發動(dòng)機試車台燃油系(xi)統提升燃油流量(liàng)的測量精度具有(you)一定的指導意義(yi)。
0引言
　　航空發動機(ji)試車台燃油系統(tǒng)是試車台工藝系(xi)統的重要組成部(bu)分,用于爲發動機(jī)提供所需壓力和(hé)流量的持續不間(jiān)斷的燃🌂油供應，一(yi)般具有調壓、過濾(lǜ)、計量等功能。
　　發動(dòng)機燃油耗油率作(zuo)爲發動機性能評(píng)定的重要參數之(zhi)一㊙️，要🧑🏾‍🤝‍🧑🏼求燃油流量(liang)測量應盡可能地(dì)降低來自外界的(de)影響、盡可能真實(shí)地反映發動機實(shí)際燃油消耗。雙轉(zhuan)子🔞渦輪流🌍量計作(zuo)爲速度式流量測(ce)量儀表,其具有測(cè)量精度高、測量範(fàn)圍廣、抗♌幹擾能力(lì)強、脈沖輸出等優(yōu)點,被廣泛應用于(yu)航空發動機試車(chē)台燃油系🔴統燃油(yóu)流量測量,以滿足(zú)發動機燃油消耗(hao)實時🈲測量的🤞要求(qiú)。
1渦輪流量計工作(zuo)原理
　　渦輪流量計(ji)主要由流量計殼(ke)體、渦輪轉子、渦輪(lún)轉子♍前後導流器(qi)、壓緊圈、感應線圈(quān)和永久磁鐵等組(zu)成。當燃油流經渦(wō)輪流量計時,管道(dào)内流動的燃油驅(qū)動渦輪轉子軸向(xiàng)轉動，渦輪轉子轉(zhuǎn)速随燃油流速的(de)增加而增加,渦🧡輪(lun)轉子切割永久磁(ci)鐵的磁力線,感應(yīng)線圈檢測到渦輪(lún)轉子的電磁信号(hào)并轉換成可讀取(qǔ)的頻率、電流或電(diàn)壓信号,并将信号(hào)💰傳輸至後端儀表(biǎo)進行❄️累計或顯示(shi)。
 
　　在理想(xiǎng)工作狀态下，渦輪(lún)流量計的體積流(liu)量qv與渦輪流量計(ji)輸出的信号脈沖(chòng)頻率F之間呈正比(bi)關系🎯，即:
 
式(shi)中:K爲渦輪流量計(ji)儀表系數,L-1;F爲渦輪(lún)流量計輸出👣的脈(mò)沖頻率。
　　理想工作(zuò)狀态下，渦輪流量(liang)計的儀表常數K爲(wei)定值，在使用過程(cheng)🌏中渦輪流量計的(de)儀表常數與外部(bu)流狀态📐、流體黏度(dù)、流體溫度🈲、流體壓(ya)力等呈函數關系(xì),即K=f(qv、t、P、T)。
2渦輪流量計測(ce)量精度的外部影(yǐng)響因素
　　在實際使(shǐ)用過程中,由于渦(wo)輪轉子的轉動慣(guan)量、介質來流⛱️旋渦(wō)、介質來流壓力波(bo)動、流量計及管道(dao)的振動、介質來流(liu)污染度、介質來流(liú)溫度變化等影響(xiang),會造成渦輪流🈲量(liàng)計精度測量誤差(chà)。
2.1漩渦流對渦輪流(liu)量計測量精度的(de)影響
　　當燃油繞過(guò)障礙物如閥門、油(yóu)濾、流量計時都會(hui)産生漩渦流動。爲(wei)保持渦輪流量計(ji)儀表系數K爲定值(zhi)，流過渦輪流量計(jì)的來流速度應保(bao)持不變、減小來流(liú)速度畸變,以消除(chú)漩渦流的影響。爲(wèi)🛀使流經渦輪流量(liang)計的⭐介質來流速(su)度畸變盡可能的(de)小，在渦輪流量計(ji)上下遊均設置一(yi)定長度的直管段(duan),使介質來流發展(zhǎn)成爲層流或水力(lì)光滑管的流型。
　　根(gen)據渦輪流量計上(shàng)遊直管段長度變(bian)化時儀表系數的(de)變化情況研究,可(kě)知渦輪流量計上(shàng)遊直管段✔️越長，旋(xuan)渦❄️流動對儀🐉表常(chang)數影響就越小，在(zai)旋轉來流中的特(tè)性研究,正旋轉來(lai)流🈲會使儀表常數(shu)偏大,而負旋轉🔞則(ze)會使儀表常數偏(piān)小。如圖3所示。随着(zhe)上遊直管段長度(dù)的增加,漩渦流動(dong)的旋轉流強度會(hui)✨随之衰減;渦輪流(liú)量計越靠近漩渦(wo)流動的源頭，渦輪(lún)流量計☀️的精度📱就(jiù)越差。因此,在安裝(zhuang)渦輪流量計時,在(zài)流量計.上遊和⁉️下(xià)遊分别設置一定(dìng)🏒長度的直管段可(ke)以顯著削弱漩渦(wō)流動，提高渦輪流(liú)量計的測量精度(du)。
 
2.2脈動流對渦輪流(liu)量計測量精度的(de)影響
　　脈動流指流(liú)體在測量區域的(de)流速是時間的函(han)數,但♉在一個足夠(gòu)長的時間段内有(yǒu)一個相對穩定的(de)🛀🏻平均♈值。脈動流-般(ban)由齒輪泵、離心泵(bèng)、壓力調節閥、電液(ye)伺服⭕閥、電磁閥等(deng)的作動産📐生。脈動(dòng)流産生的來🌈源有(yǒu)多種☁️，可來源于往(wang)複旋轉㊙️的機械部(bù)件,如燃油增壓泵(beng);可來源于管道或(huò)支架振動,如系統(tong)共振或支架顫振(zhèn);可來源于壓力調(diào)節閥或流量控制(zhi)㊙️閥的快速的壓力(lì)或流量調節;也可(ke)來源⛷️于流體管道(dào)閥門、節流噴嘴的(de)周期性作動;還可(ke)來源于系統節流(liu)🌂孔闆、彎頭🍓等幾何(he)特征而引起的流(liú)體振動和湍流💛。如(ru)圖4燃油出口閥門(men)作動🔞引起的脈動(dòng)流。
　　流量計來流存(cún)在脈動流，會導緻(zhì)流量計測量誤差(cha)增大,甚至輸出頻(pín)率不穩定。對特定(ding)的渦輪流量計和(hé)不同的脈動流,可(ke)通過渦輪葉片旋(xuan)轉角加速度🔞與脈(mò)動流各參數的關(guān)系計算出在脈動(dong)周期内各離散點(diǎn)所對應的渦♉輪葉(ye)片的🌈旋轉角加㊙️速(su)度并生😄成脈動頻(pín)率曲線。
　　進口脈動(dòng)流會導緻渦輪流(liú)量計測量結果産(chan)生偏差，計算表🏒明(míng)💞該偏差爲正偏差(cha),即測量值比真值(zhi)偏大。脈動流的頻(pín)😘率和振幅✊是渦輪(lun)流量計産生測量(liang)偏差的主要影響(xiang)因素。當渦輪轉子(zi)葉片的角頻率與(yǔ)渦輪流㊙️量計進0脈(mo)動流的脈動頻率(lü)相☔等時,渦輪流量(liang)計的響💞應曲線與(yǔ)輸🏒入脈動曲線相(xiang)似,其測量結果接(jie)近真🧑🏾‍🤝‍🧑🏼實值;當渦輪(lún)流量計轉子葉片(pian)角頻率大于進0脈(mo)動流的脈動頻☎️率(lü)時,進0脈動流引起(qǐ)的測量偏差相對(duì)較小，渦輪流量計(ji)測量偏差随進0脈(mò)動流的脈動🔞振幅(fu)增大而減小;當渦(wō)輪流量計轉子葉(ye)♌片角頻率小于進(jin)口脈動流的脈動(dong)頻率時,進0脈動㊙️流(liu)引起的測量偏差(cha)相對☎️較大,渦輪流(liú)量計測量偏差随(suí)🔆進口脈動流的振(zhen)動振幅增💛大而增(zēng)大。當流體介質中(zhong)混❤️入遊離空氣，會(huì)進一步增大脈動(dong)流的脈📱動振幅。
2.3黏(nian)度對渦輪流量計(ji)測量精度的影響(xiǎng)
　　被測流體黏度變(biàn)化會影響渦輪流(liu)量計的儀表系數(shù)。被測💰流體黏度會(huì)随流體溫度的變(biàn)化而變化,其雷諾(nuò)數會🛀🏻相應變化,單(dan)位流體經過渦輪(lun)流量計時🌐流阻會(huì)相應改變,進而改(gai)變轉子葉片的輸(shu)出頻率,造成渦輪(lún)流量計儀表系數(shu)的變化(當粘♊度升(sheng)高時🔞，渦輪流量計(ji)的測量精度會略(lue)有下降)。(RP-3在20℃時的粘(zhān)度💘不小于1.25mm2/s)。在被測(ce)流體的溫度變化(hua)區間大時,應考慮(lǜ)溫度變化對渦輪(lun)流量計測量結果(guo)的影響,并進行溫(wen)度修正。
 
2.4燃油污染(rǎn)度對渦輪流量計(jì)測量精度的影響(xiang)
　　渦輪流量計爲高(gao)精度計量儀表,轉(zhuǎn)子葉片和流量計(ji)内表面⛹🏻‍♀️的表面粗(cū)糙度等級高。渦輪(lún)是高速機械轉動(dòng)部件，轉子葉片與(yu)殼體間隙很小。燃(ran)油中的顆粒雜質(zhi)會造成軸承磨損(sun)及轉子卡滞,若雜(za)質顆粒吸附在轉(zhuǎn)子葉片表🐆面，會增(zēng)大轉子葉片的轉(zhuǎn)動慣量。燃油中的(de)遊離水分子會造(zào)成流量👅計内部鏽(xiù)蝕,降低轉子葉片(piàn)⭐和流量計内表面(mian)的表面粗糙度等(deng)級。增大轉子葉片(piàn)的轉動慣量以及(jí)低轉子葉片和流(liu)量計内表面的表(biǎo)面粗糙度等級，會(hui)增🔱大流量計的響(xiǎng)應失真程度。
2.5電磁(cí)幹擾對渦輪流量(liàng)計測量精度的影(yǐng)響
　　電磁幹擾通常(chang)由強電流或強電(dian)磁設備引起,發生(sheng)源通常有馬達、電(diàn)機、交流電源等強(qiáng)電設備以及電力(lì)線纜、線圈、發🚶‍♀️射器(qì)等電磁輻射裝置(zhi),常以電流場或磁(cí)場的形式出現。強(qiang)電流或電磁會♈對(duì)永久電磁鐵附近(jìn)的磁場産生擾動(dong)或疊加，使感應線(xian)圈對渦輪轉子的(de)感應信号發生畸(ji)變,進而引起渦輪(lún)流量計輸出的頻(pin)👄率、電壓或電流傳(chuán)輸信号發生畸變(biàn),造成燃油流量顯(xiǎn)示波動。
3消除外部(bù)因素影響的方法(fa)
　　針對外部因素對(duì)渦輪流量計測量(liàng)精度的影響,可🏒以(yi)從以下五個方面(mian)進行消除:
3.1保證渦(wō)輪流量計.上下遊(yóu)直管段長度
①渦輪(lún)流量計上遊直管(guǎn)段及下遊直管段(duan)的管道通徑與渦(wo)❗輪流量計的通徑(jing)保持--緻。
②渦輪流量(liàng)計.上遊直管段的(de)長度不應小于10倍(bei)的渦輪流量計通(tōng)徑。
③渦輪流量計下(xià)遊直管段的長度(du)不應小于5倍的渦(wo)輪流量計通徑。
④渦(wō)輪流量計盡量使(shi)用流量計廠家推(tuī)薦的上下遊直管(guan)段。
3.2消除脈動流影(yǐng)響
①加粗燃油管道(dao),降低管道内流速(su)。
②流量計遠離作動(dong)部件,降低脈動流(liu)影響。
③流量計前後(hou)加整流器、軟管、過(guò)濾網、過濾器等部(bu)件⭕,減🈲弱或消除脈(mò)動流影響。
④系統作(zuo)動部件和流量計(jì)可靠固定，減小振(zhèn)幅,消除系統共振(zhen)。
3.3校準過程控制
①渦(wo)輪流量計在送檢(jian)過程中，應可靠封(feng)堵開0部位，防止多(duō)餘🛀🏻物進入渦輪流(liu)量計内部。
②渦輪流(liú)量計校準時校準(zhǔn)介質盡量使用滿(mǎn)足污染度要求的(de)⛷️航空煤油。當無法(fǎ)使用航空煤油校(xiào)準時,應使用粘度(du)盡可能相近的介(jiè)質進行校準,流量(liang)計使用前先進行(háng)内部沖洗。
③渦輪流(liú)量計校準壓力、校(xiào)準溫度盡可能接(jie)近現場🔞試💋驗條⛱️件(jian)。
④渦輪流量計使用(yong)前将流量計儀表(biao)系數、壓力修正系(xì)數和溫度修正系(xì)數等,更新至數據(jù)采集軟件。
3.4保證燃(ran)油污染度等級
①在(zai)渦輪流量計來流(liu)管路增加滿足污(wū)染度等級要求和(hé)自帶🌈除水功能的(de)油濾。
②定期更換油(yóu)濾濾芯。
③定期化驗(yan)燃油系統内燃油(yóu)的污染度等級。
④使(shǐ)用前在燃油系統(tong)的高點進行放氣(qi)。
3.5降低電磁幹擾
①渦(wo)輪流量計應遠離(lí)電機、變壓器等工(gong)作時産生強磁場(chǎng)的設👉備。
②渦輪流量(liàng)計應單獨走線,并(bìng)使用屏蔽電纜。
③渦(wō)輪流量計應可靠(kao)接地,并與轉換模(mó)塊共地。
④渦輪流量(liàng)計輸出的脈沖信(xìn)号應保持适度的(de)信噪比。
4渦輪流量(liang)計使用過程中的(de)注意事項
　　爲消除(chú)外部影響對渦輪(lun)流量計測量精度(du)的影響,保✂️證渦輪(lun)⭕流量計測量精度(dù),在使用過程中應(ying)注意以下五點:
4.1渦(wo)輪流量計選型
　　渦(wo)輪流量計在選型(xíng)時,應綜合考慮測(cè)量介質、流量、流速(su)、使用場景、測量精(jīng)度等因素。測量介(jiè)質的粘度在渦輪(lún)流量計的測量粘(zhan)度區間内。測量介(jiè)質的最🙇🏻大流量應(yīng)在渦🈚輪流量🚶‍♀️計最(zuì)大測量範圍的60%-80%之(zhī)間，必要時在渦👄輪(lun)流量計及前後直(zhí)管段位置進行縮(suo)徑。測量介質的🔞工(gong)作溫度和⛷️環境溫(wēn)度在☁️渦輪流量計(jì)的介質溫度🔴和🔴環(huan)境溫度範圍内,并(bing)留有一定裕度。渦(wō)輪流量計(殼體、前(qian)後導流器、渦輪轉(zhuan)子組件)的選❓材能(néng)耐受測量介質的(de)腐蝕。試車台燃油(you)系統渦輪🌏流量計(ji)應✨使用防爆型‼️渦(wō)輪流🔞量計。渦輪流(liu)量♍計精度與測量(liàng)系統精度的綜合(he)不确定度能滿足(zu)測量介質測量的(de)不确定度要求,并(bing)留有一定裕度。
4.2渦(wo)輪流量計安裝位(wei)置确定
　　渦輪流量(liang)計确定安裝位置(zhì)時,應綜合考慮介(jiè)質使用部🧡位作動(dòng)部件、周邊環境等(deng)因素。渦輪流量計(ji)的安裝🌈位置應盡(jin)可能地靠近試車(chē)台在試發動機，降(jiàng)低流體💋介質傳導(dǎo)時間、降低系統響(xiǎng)應時間;應盡可👣能(neng)遠離系統作動部(bù)件(如增壓泵、調壓(ya)器、伺服作動⭐閥等(deng))并可靠固定,降低(dī)脈動流、部件振⛱️動(dong)可能産生🏃的影響(xiang);應預留系統維護(hu)空間，方便渦輪流(liú)量計的拆裝和系(xì)統巡檢;應盡可能(néng)遠離電磁線圈等(deng)強磁場設備、電機(ji)等大功🚶‍♀️率用電設(shè)備,降低電磁場對(duì)渦✊輪流量計輸出(chu)信号的🤩幹擾。
4.3介質(zhì)流體充分放氣
　　爲(wèi)消除燃油系統介(jie)質中遊離空氣産(chǎn)生的脈動流🐅,試車(che)台燃🈲油系統應在(zài)油庫來油位置設(shè)置自動放氣的燃(ran)油濾,并㊙️在試車台(tai)靠近在試發動機(jī)的最高點設置放(fang)氣點,以消除系統(tǒng)中的遊離空氣;系(xì)統設置增壓泵🔞的(de),應保證泵前來油(you)壓力和管😄道通徑(jìng)以💋降低油泵抽吸(xi)過程造成📞局部燃(ran)油介💛質的飽和蒸(zhēng)氣壓低于系統工(gong)作壓力,以避免燃(ran)油介質中産生遊(yóu)離空氣🌈。
4.4渦輪流量(liang)計校準
　　渦輪流量(liang)計校準運輸過程(chéng)中應對開0部位密(mì)封，防止多餘物㊙️進(jin)入渦輪流量計内(nei)部;整體可靠包裹(guo)，防止轉運過程中(zhong)的磕🌈碰造成渦輪(lún)流量計損傷。渦輪(lun)流量計🌈在校準時(shí)，應選用航空💛煤油(yóu)進行校準,當條件(jian)不具備🐪時應盡可(ke)能選用粘度與航(hang)空🈲煤油相近的介(jie)質進行校準,以避(bi)免因校準介質不(bu)同引入測🤞量精度(dù)誤差。
4.5其他
　　燃油系(xi)統設計時應綜合(hé)考慮密封型式、管(guǎn)徑和管道布局。管(guǎn)道及渦輪流量計(ji)連接部位應選取(qǔ)适配的密封型式(shì)和密封⚽材料進行(háng)可靠密封;管道閥(fa)門選用球閥、閘閥(fá)等密封性能良好(hǎo)的閥門型式和密(mi)封材料，以避免系(xi)統的外漏和内漏(lou)産生🔞系統測量誤(wu)差。根據經濟流速(su)确定主管道管徑(jìng),渦輪流量計和前(qián)後直管👄段的變徑(jing)部位選用錐形擴(kuo)口型💔式且錐度角(jiǎo)盡可能小。定期進(jin)行燃油系統污染(rǎn)度檢查,确保介質(zhì)流體潔淨💃可用。
5結(jie)束語
　　通過上述分(fen)析，漩渦流、脈動流(liu)、介質粘度、介質污(wū)染💯度和電✂️磁幹✉️擾(rao)等是渦輪流量計(jì)測量精度的主要(yào)影響因素,在使用(yòng)過程中🤟應從渦輪(lun)流量計選型、渦輪(lún)流量計安裝位置(zhi)确定、介質流體充(chōng)分放氣等方面進(jin)行控制，以消除外(wai)部因素的影響，确(què)保渦輪流量計測(ce)量精度。

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