摘要：對(dui)氣體渦輪流量計(jì) 的主要組件引起(qi)的壓力損失進行(háng)了對比實驗測✊量(liàng)比較了葉輪形狀(zhuang)和葉片數.前導流(liú)器不同結構對壓(yā)損的影響程度。結(jie)果‼️表明導流器和(he)葉輪改進後流量(liàng)計的壓力損失明(míng)顯降低同時靈敏(min)度也得以提高。
　　我(wǒ)國西氣東輸"以及(jí)南水北調"工程中(zhōng)各種各樣的輸送(sòng)管道🚶‍♀️總💁管和支管(guǎn)均需要數以萬計(ji)的流量測量儀表(biao)即✏️流量計來及時(shi)提供流動參數實(shí)施動态監測。渦輪(lún)流量計是其中必(bi)不可少的🍉一種。它(ta)是葉輪式速度流(liú)量計屬于速度式(shi)🈲測量,即利用測量(liang)管⚽道内介質流動(dòng)速度來得到流量(liang)的測量方法。
　　置于(yú)流體中的葉輪的(de)旋轉角速度與流(liu)體流速成正比通(tōng)過測量葉輪的旋(xuan)轉角速度得到流(liu)體流速🌐從而得到(dao)🚶‍♀️管道内的流量值(zhi)。　　在選擇渦輪流量(liang)計 的時候,除了要(yào)求其具有精度高(gao)、量程大和起始流(liú)量小的優💋點外,壓(ya)損小也是一個關(guān)鍵指标。流體通👄過(guò)渦🤩輪流量計的壓(yā)力損失越小,則流(liú)體由輸入至🧡輸出(chu)管道所消耗能量(liang)就越小,即所需👈總(zong)動力将減少,由此(cǐ)可大大節約能源(yuan)降低輸送成本提(ti)高利用率。将對流(liú)量計進行實驗對(dui)比測量,得出主要(yào)組件對壓損的影(yǐng)響程度,爲針對性(xìng)的改進優化設計(ji)提🐉供有力數據。
1.結(jié)構與壓力損失
　　渦(wō)輪流量計結構示(shi)意圖如圖1所示,主(zhǔ)要組件包括整流(liu)栅、前🛀導🈲流器、葉輪(lun)以及後導流器等(děng)。當流體通過管道(dao)時沖擊葉輪,對葉(yè)👈輪産生驅動力矩(jǔ)使葉輪克服摩擦(ca)力矩和流體阻力(lì)矩而旋轉,在一定(dìng)的流💚量範圍内🌂葉(yè)輪的旋🔞轉角速度(dù)🐅與流體流速成正(zheng)比。　　因此,葉輪的轉(zhuan)速通過裝在機殼(ké)外的磁電轉換裝(zhuang)🌂置轉換爲模拟電(diàn)流量,進而顯示爲(wèi)瞬時流量值和累(lei)積流量值。
 
　　流體從機殼進口(kǒu)流入,首先經過整(zhěng)流栅進行穩流再(zài)進入💁前🌂導流器前(qián)導流器對流體有(you)收斂作用，防止流(liú)體發生分離産生(sheng)大的渦旋運動,前(qian)導流葉片對流體(ti)起導向作用,避👨‍❤️‍👨免(miǎn)流體自旋而改變(biàn)對葉輪葉片的作(zuo)用角度保📐證測量(liàng)的精度。流體經葉(yè)輪後🐉将以螺線型(xíng)方式向前流⭐動,加(jiā)入帶葉片的後導(dao)流器對其進行☂️導(dǎo)流使流體沿管壁(bi)直線流動減少各(ge)㊙️種阻力引起的能(néng)量損失。
流體通過(guò)流量計的壓力損(sǔn)失與介質的密度(dù)、流速等有關其🏃‍♀️計(jì)🈲算公式爲:
△P=αxρv2/2
　　其中,△P,壓(yā)力損失α,壓損系數(shu)ρ,介質密度v流速。
　　由(yóu)于ρ和v爲流體流動(dong)參數不能随意增(zeng)減,因此隻能盡量(liang)減小👨‍❤️‍👨壓損系數α,以(yǐ)達到降低壓損的(de)目的。壓損系數❤️除(chu)了㊙️受流體粘⛷️性、管(guǎn)徑及管長等因素(su)影響外還與流量(liang)計内部各部件的(de)幾何結構有關。
2測(ce)量
　　采用口徑D=100mm,量程(chéng)Q=50m³/h~600m³/h的渦輪流量計,在(zài)吸氣式試驗台，上(shang)㊙️分别對常壓、介質(zhì)爲空氣、不同結構(gòu)的前導流器、不同(tong)葉片數及形狀的(de)🐇葉輪進行測量。
2.1前(qian)導流器
　　圖2和圖3分(fèn)别爲兩種結構的(de)前導流器示意圖(tu)。圖2爲渦輪流量計(ji)常用結構,葉片數(shù)爲6導流.體形狀由(you)流入至流出呈錐(zhui)形,葉片長與錐體(ti)高度相同.圖3爲本(běn)文改進的前導流(liu)器結構示意圖其(qí)主要特點是将錐(zhuī)體改爲半橢球體(ti),葉片數增加到12并(bing)把葉片長度縮小(xiǎo)1/3.
 
　　圖4是兩種結構下(xià),流體經過流量計(jì)後的壓力損失曲(qu)線。由圖🧑🏾‍🤝‍🧑🏼4可看出在(zai)流量<100m³/h時,壓力損失(shi)不受導流器結構(gòu)的影響而且壓損(sǔn)很小。随着流量增(zēng)大,改進的導流器(qì)的壓損明顯低于(yú)錐體導流器在最(zui)大流量600m³/h處錐體的(de)♈壓損約爲半橢球(qiú)體的2倍,可見導流(liu)器的結構對流量(liàng)計壓力損失有不(bú)容忽視的影響作(zuo)用。
 
　　使半橢球體壓(yā)損降低的主要原(yuan)因是:半橢球體外(wai)形過🧑🏾‍🤝‍🧑🏼渡更光滑,降(jiàng)低了流體流動分(fen)離的發生更加符(fú)合對流🏃🏻動條件的(de)要求，從而使壓損(sun)大大降低。适當增(zēng)加葉片數而減少(shǎo)葉片長度不但♊可(ke)以起到較💛好的穩(wen)流💃、整流作用減少(shǎo)因流😄動渦旋産🏒生(sheng)的壓力🈲損失而且(qiě)使流通面積有一(yi)個逐步減小的過(guò)程避✔️免了流體進(jin)入導流器後由于(yú)流通面積的突然(ran)收縮引起的壓力(li)損失的增大。結果(guo)表明以上因素的(de)綜合結果使流體(tǐ)流📱經導流器時的(de)壓損明顯降低。
2.2葉(yè)輪
　　葉輪按照設計(ji)要求爲葉片數z=12~20,葉(yè)片傾角a=30°~45°,重疊度爲(wei)1~1.2,葉片與内機殼間(jiān)隙爲0.5mm~1mm。爲提高流量(liang)計的靈敏度可适(shi)當增加葉片數。
　　流(liu)量計常用葉輪葉(ye)片數爲13,葉片形狀(zhuàng)爲矩形。爲提高流(liu)量計💚的靈敏度作(zuo)者對葉輪作了改(gǎi)造，将葉片數增爲(wèi)20,葉片形狀設計成(cheng)葉頂寬葉根窄的(de)倒梯形形狀梯形(xing)尺寸以保證相同(tóng)重疊度爲原則。圖(tú)5爲分别采用13和✏️20葉(yè)片數的葉輪後流(liu)量計壓損曲線圖(tu)。可🎯看到兩條曲線(xian)幾乎重合。說明在(zài)允許範圍内,葉輪(lún)📧葉片數的增減以(yi)及葉片形狀的改(gǎi)變對壓力損失🔞的(de)影響可以忽略。但(dan)通過對起始流量(liang)的測量發現，對13葉(yè)片數葉輪,測得💯流(liu)量計起始流量⛱️爲(wèi)7.5m³/h,而對20葉片🆚數葉輪(lún)則爲6.5m³/h,可見适當增(zēng)加葉片數和重疊(dié)度，可以❄️在不增加(jia)壓損的前提下較(jiao)明顯地提高❌流量(liang)計的🤩靈敏度。
 
2..3儀表(biǎo)系數
　　渦輪流量計(ji)性能的另外一個(gè)重要指标是儀表(biǎo)系🎯數K。儀表系數💜可(kě)理解爲流量計儀(yi)表的輸出流量值(zhí)與通過流量計的(de)實際流量值之比(bi)。因儀表的輸出🏃流(liú)量值與儀表内磁(cí)電轉換器輸出頻(pin)率成正比,故K也表(biao)示爲♊輸出頻率與(yǔ)實際流量之比即(jí):
 
　　由式可見，理想的(de)儀表系數K與結構(gòu)參數有關與流量(liàng)變化無關。對某一(yi)流量計K爲一常數(shu)在K-qv圖上爲-平行橫(heng)軸的直線。但對實(shi)際的流體流動,由(you)于葉輪要克服軸(zhou)🏃承的機械阻力矩(jǔ).流體産生的阻力(lì)矩并受流動狀态(tai)等因素的影響使(shi)K不可能保持直線(xian)而在量程範圍内(nei)盡量保證K爲一常(cháng)數是保證流量計(ji)精🔞度的前提條件(jian)。
　　對半橢球體導流(liu)器和梯形葉輪對(dui)流量計儀表系數(shu)的影🌏響進行了實(shi)驗測試,考察改變(bian)結構組件後😍對儀(yí)表性能的影響🌐。
　　圖(tu)6爲分别采用錐體(tǐ)和半橢球體導流(liu)器,流量計儀表系(xì)數的🧡測試結果。由(yóu)圖可看出采用改(gai)進的導流器後流(liú)量計儀表系數比(bǐ)改進前有較好地(dì)改善在量程範圍(wéi)内50m³/h~600m³/h),K很好地體現常(cháng)系數的特性甚至(zhi)在超過最大量程(cheng)後能繼續保持水(shuǐ)平直線狀态。改進(jìn)前的流量計K值也(ye)較好,但随着流量(liàng)增大直線略向下(xia)傾斜偏離了水🔞平(píng)位置。
 
3結論
　　通過對(dui)氣體渦輪流量計(jì)主要組件性能的(de)實驗測量得出:1）前(qian)🈲導流器是引起流(liú)量計壓力損失的(de)主要㊙️因素🏃🏻之一。當(dāng)采用改進的半橢(tuǒ)球體導流結構後(hou)流量計的♊壓損被(bèi)大幅度🧑🏾‍🤝‍🧑🏼降低。2）對葉(ye)輪葉片進行适當(dāng)改造後,可👈明顯降(jiang)低起始流量值提(ti)高流量計靈敏度(du)。3）采用改進的組件(jian)後流💁量計具有更(geng)加穩定的儀表系(xì)數值流量🔞計的精(jīng)度得到提高。

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