摘(zhāi)要：在(zài)一個體積管标準裝(zhuāng)置上(shàng)對一種新型渦輪流(liú)量計 的計量性能進行了(le)試驗(yàn)研究。和(hé)傳統渦輪流量計(jì)不同(tóng),該(gāi)新型渦(wō)輪流(liú)量計的葉輪采(cǎi)用3葉(yè)片長螺旋(xuán)形結構,且沒有(yǒu)軸,軸(zhóu)承直接套在葉輪罩上。試(shì)驗結果表(biǎo)明,通(tōng)過葉輪(lún)結構.上(shàng)的改進(jìn).流(liú)量計(jì)的抗(kàng)流動幹擾(rǎo)能力(lì)明顯增強(qiáng),不過(guò)由(yóu)于該流(liú)量計的葉(yè)輪較(jiào)大，小(xiǎo)流(liú)量時流(liú)量計儀表系數受到(dào)流體黏性(xìng)阻力和軸承(chéng)摩(mó)擦阻(zǔ)力影(yǐng)響要比大流量時的影響大因此.在(zài)量程範圍(wéi)内依據檢定規(guī)程計算得到流(liú)量計(jì)的最(zuì)大示值誤(wù)差爲(wèi)0.2069,但重複性(xìng)非常(cháng)好,爲0.077%。利用(yòng)分段插(chā)值方法(fǎ)對流(liú)量計(jì)的儀表系數(shù)進行修正後(hòu)重新(xīn)進行試驗(yàn).試驗結果(guǒ)表明該修正方(fāng)法取得較(jiào)好的效果,流量計的(de)相對示值誤差在+0.3%内(nèi)。
0引言(yán).
　　渦輪(lún)流量(liàng)計 屬于(yú)速度式(shì)流量計,具有測量(liàng)準确度高、複現(xiàn)性和穩(wěn)定性(xìng)均好等優(yōu)點,而廣泛應(yīng)用(yòng)于石油、化(huà)工、電(diàn)力等(děng)領域,并被應用于貿易計量”。但(dàn)是渦輪流(liú)量計的計量特(tè)性易受到(dào)來流(liú)的速度(dù)分(fèn)布和(hé)旋轉(zhuǎn)流的影響(xiǎng)(3-61,限(xiàn)制了其(qí)在安(ān)裝空間(jiān)受(shòu)限的(de)場合使用(yòng)。
　　筆者(zhě)在傳統渦輪流(liú)量計的基(jī)礎上(shàng),通過對葉輪的(de)改進(jìn)設計，采用(yòng)3葉片(piàn)長的螺旋(xuán)形葉輪結構,使(shǐ)流量(liàng)計的(de)抗流(liú)動幹(gàn)擾(rǎo)能(néng)力得(dé)到了極(jí)大的改(gǎi)善。本(běn)文對該新(xīn)型渦(wō)輪(lún)流(liú)量計(jì)的計量性能在一一(yī)個用于檢(jiǎn)定容積(jī)式流量計的(de)體積管标準裝置上(shàng)進行了試驗研究,并(bìng)對試驗結果進(jìn)行了(le)分析。
1新型渦輪流量(liàng)計結構
　　渦輪流(liú)量計(jì)内的葉輪是流量(liàng)信号檢(jiǎn)測部(bù)件,其(qí)作用是(shì)把(bǎ)流體動能(néng)轉換成機械能，通過葉輪旋轉，在葉(yè)片.上取(qǔ)出與流(liú)量成正(zhèng)比(bǐ)的頻(pín)率信(xìn)号。與傳統渦輪(lún)流量計不同,該(gāi)新型(xíng)渦輪流量計的(de)葉輪(lún)采用的(de)是(shì)3葉片(piàn)長螺旋(xuán)型結構,葉輪外(wài)加(jiā)一一個葉(yè)輪(lún)罩;葉輪罩加(jiā)工(gōng)成(chéng)爲兩端對稱的台階(jiē)形式,其中(zhōng)間部(bù)分和流(liú)量計内(nèi)殼之間的間隙非常小，隻有0.1~0.2mm;葉(yè)輪輪毂(gū)兩(liǎng)端(duān)采(cǎi)用半橢球形結(jié)構,以(yǐ)緩(huǎn)和流量計進、出口速度分布的急劇變化，提(tí)高葉(yè)輪旋(xuán)轉穩定性以及(jí)降低壓力損失(shī)。另外(wài),該流量計(jì)沒(méi)有(yǒu)轉(zhuǎn)軸,軸承(chéng)直接(jiē)套在葉輪(lún)罩上(shàng),軸承的定位通過前、後導(dǎo)流架和葉(yè)輪罩(zhào)上的台階(jiē)來實(shí)現。這種(zhǒng)結構設(shè)計的優點(diǎn)是簡單、便(biàn)于(yú)安裝維(wéi)護,在加工(gōng)工藝上(shàng)易于實現既(jì)定的公差要(yào)求(qiú)，從而确保葉輪(lún)在殼體内平穩(wěn)轉動。由于葉輪(lún)結(jié)構的(de)改進.新(xīn)型渦輪流量(liàng)計(jì)的計量特(tè)性上也表現出了與(yǔ)傳統渦輪流量(liàng)計的(de)不同之處(chù)。一是由于該(gāi)流(liú)量計的葉(yè)輪尺(chǐ)寸較大,葉(yè)輪需要較大流量推(tuī)動才開始轉動，故始(shǐ)動(dòng)流量(liàng)較(jiào)大;而且小(xiǎo)流量時,作(zuò)用在葉輪(lún)上的流(liú)體粘性阻力矩和軸承(chéng)摩擦力矩對流量計(jì)葉(yè)輪(lún)的旋(xuán)轉速度的影響(xiǎng)要比大流(liú)量時(shí)嚴重得多,因此(cǐ),流量計的儀表(biǎo)系數在整(zhěng)個量(liàng)程範(fàn)圍(wéi)内(nèi)的線(xiàn)性度不好,需要對儀(yí)表系(xì)數進(jìn)行修正。二是葉輪具(jù)有(yǒu)很強的(de)“整流”作用因,主(zhǔ)要是(shì)由于螺旋(xuán)形葉輪(lún)結構能(néng)産生(shēng)很強的漩(xuán)渦作(zuò)用.加速和(hé)增大了葉輪結構内的紊(wěn)流混(hùn)合作(zuò)用,實現了(le)能在(zài)較(jiào)短(duǎn)距離内将(jiāng)含有不同(tóng)流動(dòng)幹(gàn)擾(rǎo)量的(de)流速(sù)整(zhěng)流成爲(wèi)相同的流速分布。三(sān)是流(liú)量計(jì)的流通能力降低，因(yīn)此,壓力損(sǔn)失也要比傳統渦輪流(liú)量(liàng)計的(de)壓力損失(shī)大(dà)。新(xīn)型渦輪流(liú)量計(jì)結構(gòu)示意(yì)圖如圖1所示

2試(shì)驗裝(zhuāng)置
　　液體(tǐ)标(biāo)準流(liú)量裝置爲ljg41型球(qiú)式雙(shuāng)向(xiàng)體積管(guǎn)檢定(dìng)裝(zhuāng)置。該标(biāo)準體(tǐ)積管的流(liú)量範(fàn)圍爲(wèi)1~50m3/h,重複(fú)性優于0.2%,準确度(dù)爲0.035%,标(biāo)準體積爲(wèi)99.1344l。需(xū)要(yào)說明的是(shì)該檢定裝置主(zhǔ)要是用于容積(jī)式流量計的檢(jiǎn)定,因(yīn)此,在安裝(zhuāng)被(bèi)檢流量計管(guǎn)段上(shàng)遊并沒有(yǒu)足夠長的直管(guǎn)段,其上遊直接.連接一個球閥(fá)，緊接着連(lián)接一(yī)個t型管路。主要(yào)是想(xiǎng)利(lì)用這樣(yàng)的流(liú)量(liàng)檢定裝(zhuāng)置來(lái)檢驗該新型渦(wō)輪(lún)流量計(jì)是否(fǒu)具有容積(jī)式流(liú)量(liàng)計(jì)的計(jì)量特(tè)點，即(jí)其上(shàng)、:下遊(yóu)無需直管(guǎn)段。
　　該(gāi)試驗(yàn)裝置(zhì)檢定流(liú)量計(jì)的(de)流程如圖2所示(shì)。進行流量計檢(jiǎn)定時,根(gēn)據(jù)jjg1037--2008《渦輪(lún)流量計檢定規(guī)程》9)的要求，在流量計(jì)的上(shàng)遊安(ān)裝壓力傳感器(qì),在流(liú)量計的下遊(yóu)安裝溫度傳(chuán)感器(qì)。渦輪變送(sòng)器與(yǔ)計算機采(cǎi)用屏蔽(bì)電纜連接。爲了(le)便于調節流量,同時把(bǎ)變送器(qì)與流量(liàng)積算(suàn)儀連(lián)接,根(gēn)據積算(suàn)儀(yí)的瞬時流量顯示，調(diào)節每(měi)個(gè)檢(jiǎn)定點(diǎn)流量(liàng)的(de)大小，保(bǎo)證每個檢定點的流量(liàng)符合檢(jiǎn)定規(guī)程(chéng)的要求(qiú)。
3試驗(yàn)結果及分(fèn)析
3.1基本性(xìng)能試(shì)驗研究(jiū)
　　該(gāi)新型(xíng)渦輪流量計的(de)設計技術指标(biāo)如下:公稱直徑(jìng)爲50mm,流量範圍爲(wèi)6~30m'/h,計量(liàng)準确(què)度爲0.3級,重複性優于(yú)0.1%試驗介質(zhì)爲0号柴油,其運動粘(zhān)度爲3.6×10-6m2/s(20℃),環(huán)境溫(wēn)度爲9℃,相(xiàng)對濕度爲65%。依據渦(wō)輪流量(liàng)計檢定規(guī)程中(zhōng)的(de)要求選擇了(le)6個流(liú)量點進行(háng)試驗,每(měi)個(gè)流量(liàng)點的(de)試驗次數(shù)爲6次(cì)。試驗(yàn)時同(tóng)時記錄每(měi)個流(liú)量點的檢定條(tiáo)件。例如,對(duì)試驗(yàn)流量爲21m3/h時(shí)記錄(lù)的試(shì)驗條件如(rú)下:體積管(guǎn)液溫(wēn)平均(jun1)值爲10.2℃,體積(jī)管表壓(yā)平均值(zhí)爲0.26mpa,流(liú)量計處液(yè)溫平(píng)均值(zhí)爲10.0℃,流量計(jì)處(chù)表壓平(píng)均值爲0.2mpa。
　　結合試(shì)驗數(shù)據,流(liú)量計(jì)的儀表系數、示(shì)值誤(wù)差.和重複性的(de)計算過程(chéng)如下(xià).
1)檢定(dìng)條件(jiàn)下體積管的實(shí)際體(tǐ)積的計算(suàn):

　　式中:vij爲第i檢定(dìng)點第(dì)j次檢定時(shí)标準(zhǔn)體積(jī)管處(chù)的實際體(tǐ)積;va爲(wèi)标準(zhǔn)體(tǐ)積管的(de)标準體積;d爲标(biāo)準體積管的内(nèi)徑;e爲标準體(tǐ)積(jī)管的厚(hòu)度(dù);e爲标(biāo)準體(tǐ)積(jī)管材料(liào)的彈(dàn)性模(mó)量;(pa)ij爲(wèi)第i檢定點第j次(cì)檢定時(shí)标準體(tǐ)積管處液(yè)體壓力;β。爲标準體積管的(de)體膨脹系數(shù),(?s)ij爲第i檢(jiǎn)定點(diǎn)第j次(cì)檢定時标(biāo)準體積管(guǎn)處液(yè)體溫度。
2)每個檢定點每次檢定時儀表系數的(de)計算:

　　式中:kij爲(wèi)第i檢定(dìng)點第j次檢定時(shí)所(suǒ)得的儀(yí)表系(xì)數;n;爲第i檢定點第j次(cì)檢定(dìng)時流量(liàng)計(jì)顯(xiǎn)示(shì)儀表測得的脈(mò)沖數;(?m)ij爲第i檢定(dìng)點第j次檢定時流量計處的液(yè)體溫(wēn)度;(pm)ij爲(wèi)第i檢(jiǎn)定點第j次(cì)檢定(dìng)時流量計(jì)處的液體表壓(yā)力;β爲(wèi)檢定用液體在(zài)檢定(dìng)狀态下(xià)的(de)體膨脹系數;κ爲(wèi)檢定用(yòng)液體在(zài)檢定狀(zhuàng)态下的壓縮(suō)系數。
3)每個(gè)檢定點儀(yí)表系(xì)數的(de)計(jì)算:

　　表1爲(wèi)6個流量檢定點(diǎn)的試驗數據依(yī)據(jù)式(1)至式(4)最後計算得到(dào)的每(měi)個檢定點(diǎn)的儀(yí)表系(xì)數(shù)和重複性。然後分别依(yī)據式(6)計(jì)算(suàn)得到(dào)該流量(liàng)計的最大示(shì)值誤差爲(wèi)0.2069。試驗結果(guǒ)說明(míng)該新型渦輪流(liú)量(liàng)計的線(xiàn)性度(dù)非常不好,但(dàn)流(liú)量計的重(zhòng)複性非常(cháng)好,爲0.077%,故可(kě)對該流量(liàng)計的儀表系數進行(háng)非線(xiàn)性修正(zhèng),以(yǐ)擴大(dà)其量程範(fàn)圍0。另外(wài),較好的測量(liàng)重複性說(shuō)明了該新型渦(wō)淪流量計具有(yǒu)較好的抗流動幹擾能力,與文(wén)獻[7]中的研究結(jié)論是相一緻的(de)。

3.2儀表系數修正(zhèng)
　　現有(yǒu)速度(dù)式流(liú)量計的(de)儀(yí)表系數非線性修正(zhèng)常用的(de)方(fāng)法有(yǒu)線性插(chā)值法、三(sān)次樣條插(chā)值法(fǎ)和最(zuì)小(xiǎo)二(èr)乘法(fǎ):1-12]。考慮到新(xīn)型渦輪流量計(jì)流量(liàng)q與儀表系(xì)數k的關系曲線爲單(dān)調遞增(zēng)關系，較适合采用(yòng)線性(xìng)插(chā)值方法進行(háng)修正(zhèng)。以流量計(jì)檢定(dìng)點作(zuò)爲插值函(hán)數(shù)的(de)節點(diǎn)，即各檢定流量點qi(i=0,1,.5)對(duì)應的儀表(biǎo)系數(shù)爲ki(i=0,1,.5),采(cǎi)取(qǔ)分段插(chā)值對其他(tā)流量點(diǎn)的儀表系數(shù)進(jìn)行修正(zhèng)，具(jù)體的計算表(biǎo)式爲:

　　爲了考察流量(liàng)計儀表系(xì)數修(xiū)正(zhèng)效果,将(jiāng)6個檢(jiǎn)定(dìng)點的儀(yí)表系數現場寫(xiě)人流(liú)量積算儀，然後,在體積管(guǎn)标準裝(zhuāng)置上選(xuǎn)擇10個非檢定流(liú)量(liàng)點進行試驗(yàn),所得(dé)到的試(shì)驗(yàn)結果如表(biǎo)2所示。q表是流(liú)量積算(suàn)儀的顯(xiǎn)示值,q标是标(biāo)準裝置的(de)示值(zhí),8。是兩(liǎng)者的(de)相對誤差(chà),具體(tǐ)的計算(suàn)公(gōng)式爲(wèi):

　　結果表明,通過(guò)儀表系數(shù)非線(xiàn)性修(xiū)正，流(liú)量計.的相對示(shì)值誤差在+0.3%之内,故實現了既定(dìng)的設(shè)計要求(qiú)。
4結論
　　在(zài)體積管标準裝置上(shàng)對一新型(xíng)渦輪(lún)流(liú)量(liàng)計的(de)計量(liàng)性能進行(háng)了試驗研究。試(shì)驗結(jié)果表明(míng)，由(yóu)于該新型(xíng)渦輪流量計(jì)的(de)葉輪(lún)采用了3葉片長螺(luó)旋(xuán)形結構,使(shǐ)流量(liàng)計(jì)在抵抗(kàng)來流速度畸變(biàn)對計量特性的影響(xiǎng)方(fāng)面得到(dào)了明顯的改善(shàn),不過(guò)也導緻了(le)流量計的線性度非常(cháng)差(chà),但流量計的(de)重(zhòng)複性(xìng)非(fēi)常(cháng)好。試驗結(jié)果同(tóng)時也(yě)表明,通過采用非線性修正後(hòu)在全(quán)量程範圍内該(gāi)新型(xíng)渦淪流量(liàng)計的計量(liàng)準确(què)度等級可達0.3級(jí),從而爲(wèi)安裝空間受(shòu)限場合,例如機(jī)動油料裝(zhuāng)備上,提供了高(gāo)精度的流量計量裝(zhuāng)置(zhì)。

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