摘要：對氣體(tǐ)渦輪(lún)流量計 的主要(yào)組件(jiàn)引起(qǐ)的壓力(lì)損(sǔn)失進行了(le)對比實驗(yàn)測量比(bǐ)較了葉(yè)輪形狀和(hé)葉片(piàn)數.前(qián)導流器不同結(jié)構對(duì)壓損(sǔn)的影(yǐng)響程度。結(jié)果表明導流器(qì)和葉輪改(gǎi)進(jìn)後流量(liàng)計的(de)壓力(lì)損失(shī)明顯(xiǎn)降低同時(shí)靈敏度也(yě)得以提高。
　　我國(guó)西氣東輸"以及(jí)南水(shuǐ)北(běi)調(diào)"工程中各種各樣的(de)輸送管道總管(guǎn)和支(zhī)管均(jun1)需要(yào)數以萬計的(de)流量測量儀表即(jí)流量(liàng)計來及時(shí)提供(gòng)流(liú)動參數(shù)實施動态監測(cè)。渦輪流量計是(shì)其中必不可少(shǎo)的一(yī)種(zhǒng)。它是葉(yè)輪式速度(dù)流量(liàng)計(jì)屬(shǔ)于速度式(shì)測量(liàng),即利用測(cè)量管道内(nèi)介質(zhì)流動(dòng)速度(dù)來得(dé)到流量的測量(liàng)方法。
　　置于流體(tǐ)中的葉輪的旋(xuán)轉角速度與流體流(liú)速(sù)成(chéng)正比通過測量葉輪(lún)的(de)旋(xuán)轉角(jiǎo)速度(dù)得到流體流速(sù)從而(ér)得到管道内的(de)流量值。　　在(zài)選擇(zé)渦(wō)輪(lún)流量(liàng)計 的(de)時候,除了(le)要求其(qí)具有(yǒu)精(jīng)度高、量程大和起始(shǐ)流量小的(de)優點(diǎn)外,壓損小(xiǎo)也是一個關鍵(jiàn)指标。流體通過渦輪流量計的壓力(lì)損(sǔn)失(shī)越小,則流體由輸入(rù)至輸出管(guǎn)道所(suǒ)消耗(hào)能量就越(yuè)小,即所需總動力将減(jiǎn)少,由此(cǐ)可大(dà)大節(jiē)約能源降(jiàng)低輸送成(chéng)本提高利(lì)用(yòng)率。将對流量計進行實驗對比測量,得(dé)出(chū)主要組(zǔ)件對壓損的影(yǐng)響程(chéng)度,爲(wèi)針對(duì)性的改進(jìn)優化(huà)設計(jì)提(tí)供有力(lì)數據。
1.結構(gòu)與壓(yā)力損失
　　渦輪流(liú)量計(jì)結構(gòu)示意圖如圖(tú)1所示,主(zhǔ)要組件包(bāo)括整(zhěng)流栅、前(qián)導流器(qì)、葉輪以(yǐ)及(jí)後導(dǎo)流器(qì)等。當流體(tǐ)通過管(guǎn)道時沖擊葉輪,對葉輪(lún)産生(shēng)驅動力矩使葉輪克服摩(mó)擦力矩和(hé)流體阻力(lì)矩而(ér)旋轉,在一(yī)定(dìng)的流量(liàng)範圍(wéi)内葉(yè)輪的(de)旋(xuán)轉角速度與流體流速(sù)成正(zhèng)比。　　因此,葉輪的(de)轉速通過裝在(zài)機殼外的(de)磁電(diàn)轉(zhuǎn)換(huàn)裝置轉換(huàn)爲模拟電(diàn)流量(liàng),進而顯示爲瞬(shùn)時流量值(zhí)和累(lèi)積流量(liàng)值。
 
　　流體從機(jī)殼進口流入,首(shǒu)先經(jīng)過整流栅(shān)進行穩(wěn)流再進入前(qián)導流器前(qián)導流器對(duì)流體有收斂(liǎn)作(zuò)用，防(fáng)止流(liú)體(tǐ)發(fā)生分(fèn)離産(chǎn)生大的渦旋(xuán)運(yùn)動(dòng),前導流(liú)葉片對流體起導向作用(yòng),避免(miǎn)流體(tǐ)自旋而改變對葉輪葉片的作用角度保(bǎo)證測(cè)量的精度(dù)。流體經葉輪後(hòu)将以螺線型方(fāng)式向(xiàng)前(qián)流(liú)動,加(jiā)入(rù)帶(dài)葉(yè)片(piàn)的後導流器對其(qí)進(jìn)行導流使(shǐ)流體沿管壁直線流(liú)動減(jiǎn)少各種阻(zǔ)力引(yǐn)起的能量(liàng)損失。
流(liú)體通(tōng)過(guò)流量(liàng)計的(de)壓力(lì)損失與介質的(de)密度、流速等有(yǒu)關(guān)其計算公式(shì)爲:
△p=αxρv2/2
　　其中,△p,壓力損(sǔn)失α,壓損系(xì)數ρ,介(jiè)質密度v流速。
　　由(yóu)于ρ和v爲流體流動參數(shù)不能随(suí)意增減,因(yīn)此隻能盡量減小壓(yā)損系數(shù)α,以達到降低(dī)壓損(sǔn)的目(mù)的(de)。壓損系數除(chú)了受流體粘性、管徑及管(guǎn)長等(děng)因素(sù)影響外還(hái)與流量計(jì)内部各部件(jiàn)的幾何(hé)結構有關(guān)。
2測(cè)量(liàng)
　　采用(yòng)口徑(jìng)d=100mm,量程(chéng)q=50m³/h~600m³/h的渦(wō)輪流量計(jì),在吸(xī)氣式試驗(yàn)台(tái)，上分别對常(cháng)壓、介(jiè)質爲空氣(qì)、不同結構的前(qián)導流器、不同葉(yè)片數及形狀的葉輪進(jìn)行測量(liàng)。
2.1前導流(liú)器(qì)
　　圖(tú)2和(hé)圖3分(fèn)别爲兩種(zhǒng)結構的(de)前(qián)導流(liú)器示(shì)意圖。圖2爲(wèi)渦輪(lún)流量(liàng)計常(cháng)用結構,葉片數爲6導(dǎo)流(liú).體(tǐ)形狀由流(liú)入至流出(chū)呈錐形,葉(yè)片長與錐(zhuī)體高度相(xiàng)同.圖(tú)3爲本(běn)文改進的前導流器(qì)結構示意(yì)圖其(qí)主要特點(diǎn)是将(jiāng)錐體改(gǎi)爲半橢(tuǒ)球體,葉片(piàn)數增(zēng)加到12并把(bǎ)葉片長度縮小(xiǎo)1/3.
 
　　圖4是(shì)兩種(zhǒng)結構下,流體經過流量計(jì)後的壓力(lì)損失曲線。由圖(tú)4可看出在流量<100m³/h時,壓(yā)力損(sǔn)失不(bú)受導流(liú)器(qì)結構(gòu)的影(yǐng)響而(ér)且壓損很(hěn)小。随着流量增(zēng)大,改進的導流器的壓損(sǔn)明顯(xiǎn)低于(yú)錐體導流(liú)器在最大(dà)流量(liàng)600m³/h處錐(zhuī)體的壓損(sǔn)約爲半(bàn)橢球體(tǐ)的2倍,可見導流(liú)器的(de)結構對流量計壓(yā)力損(sǔn)失(shī)有不容忽(hū)視的影響作(zuò)用。
 
　　使半(bàn)橢球(qiú)體壓損降低的主要原因(yīn)是:半(bàn)橢球(qiú)體外(wài)形過渡(dù)更光滑(huá),降低了流(liú)體流動分(fèn)離的發生(shēng)更加符合對流(liú)動條件的要求(qiú)，從而使(shǐ)壓損大(dà)大降低(dī)。适(shì)當增(zēng)加葉片數而減(jiǎn)少葉(yè)片長度不(bú)但可以起(qǐ)到較好的(de)穩流、整流(liú)作用(yòng)減(jiǎn)少因流(liú)動渦(wō)旋産生的(de)壓力損(sǔn)失(shī)而且使流通(tōng)面積有一個(gè)逐步(bù)減小的過(guò)程(chéng)避免了(le)流體進入導流器後由(yóu)于流通(tōng)面積的突(tū)然(rán)收(shōu)縮引起的壓力(lì)損失的增(zēng)大。結果表明以上因(yīn)素的(de)綜合結果(guǒ)使流體流經導(dǎo)流器(qì)時(shí)的(de)壓損(sǔn)明顯(xiǎn)降低。
2.2葉輪
　　葉輪(lún)按照(zhào)設計(jì)要(yào)求(qiú)爲(wèi)葉片數(shù)z=12~20,葉片傾角a=30°~45°,重(zhòng)疊(dié)度爲1~1.2,葉片與内(nèi)機殼間(jiān)隙(xì)爲0.5mm~1mm。爲(wèi)提高流量計的(de)靈敏度可适當(dāng)增加葉片(piàn)數。
　　流(liú)量計(jì)常用(yòng)葉輪葉片(piàn)數(shù)爲(wèi)13,葉片形狀爲矩(jǔ)形。爲(wèi)提高(gāo)流量計的(de)靈敏度作者對(duì)葉輪(lún)作了改造(zào)，将葉片(piàn)數增爲(wèi)20,葉片(piàn)形狀設計成(chéng)葉頂寬葉根(gēn)窄的倒梯(tī)形形(xíng)狀梯形尺寸以保證相(xiàng)同重疊(dié)度爲(wèi)原則。圖5爲(wèi)分别(bié)采用(yòng)13和20葉(yè)片數(shù)的葉輪後流量計(jì)壓損曲(qǔ)線圖(tú)。可(kě)看到兩(liǎng)條曲線幾乎重(zhòng)合(hé)。說(shuō)明在(zài)允許(xǔ)範圍内,葉輪葉(yè)片數的增(zēng)減以及葉片(piàn)形狀的(de)改變(biàn)對(duì)壓力損失(shī)的(de)影響可以(yǐ)忽略。但通過對(duì)起始(shǐ)流量的測(cè)量發現(xiàn)，對13葉片(piàn)數葉(yè)輪,測得流(liú)量計(jì)起始流量(liàng)爲7.5m³/h,而對(duì)20葉片數(shù)葉輪則爲(wèi)6.5m³/h,可見(jiàn)适當增(zēng)加葉片(piàn)數和(hé)重疊度，可以在(zài)不增加壓(yā)損的前提下較明顯地提高流(liú)量計的靈(líng)敏度。
 
2..3儀表(biǎo)系數(shù)
　　渦輪(lún)流量計性能的另外一個重要(yào)指标是儀(yí)表系數k。儀(yí)表系數可(kě)理解爲流量計儀(yí)表(biǎo)的輸出流(liú)量值與通過流(liú)量計(jì)的(de)實際流(liú)量值(zhí)之比。因儀表的輸出流量(liàng)值與儀表内磁(cí)電轉(zhuǎn)換器(qì)輸出(chū)頻率(lǜ)成正(zhèng)比,故(gù)k也表示(shì)爲輸出(chū)頻率(lǜ)與實際流(liú)量之(zhī)比即:
 
　　由式(shì)可見，理想(xiǎng)的(de)儀(yí)表系數(shù)k與結構參數有關(guān)與流量變化無關。對某一(yī)流量計k爲一常(cháng)數在k-qv圖(tú)上(shàng)爲-平行橫軸的(de)直線。但對(duì)實際的流(liú)體流動,由(yóu)于葉輪要克服(fú)軸承的(de)機械阻(zǔ)力矩.流(liú)體(tǐ)産生的阻力矩(jǔ)并受(shòu)流動(dòng)狀态等因(yīn)素(sù)的影響使k不(bú)可能保(bǎo)持直線(xiàn)而在量程範圍内盡(jìn)量保證k爲(wèi)一常數(shù)是保證流量計精度的(de)前提條件。
　　對(duì)半橢球體導(dǎo)流器(qì)和梯形葉輪對(duì)流量(liàng)計儀表系(xì)數的影響進行(háng)了實(shí)驗測試,考(kǎo)察改變(biàn)結(jié)構組件後(hòu)對儀表性(xìng)能的(de)影響。
　　圖6爲(wèi)分(fèn)别采用錐體(tǐ)和半橢球體導(dǎo)流器,流(liú)量(liàng)計儀(yí)表系(xì)數的(de)測試(shì)結果(guǒ)。由圖可看(kàn)出采用改(gǎi)進的(de)導流(liú)器後流量計儀表系數比(bǐ)改進前(qián)有(yǒu)較好(hǎo)地改(gǎi)善在量程範圍内50m³/h~600m³/h),k很好地(dì)體現常系數的特性甚(shèn)至(zhì)在超過最大(dà)量(liàng)程後(hòu)能繼(jì)續(xù)保(bǎo)持水(shuǐ)平(píng)直線狀态。改(gǎi)進前(qián)的(de)流(liú)量計(jì)k值也(yě)較好(hǎo),但随着流量(liàng)增(zēng)大直(zhí)線略向下傾斜(xié)偏(piān)離(lí)了水平位(wèi)置。
 
3結論
　　通過對(duì)氣體渦輪流量(liàng)計主(zhǔ)要組(zǔ)件性(xìng)能的(de)實(shí)驗(yàn)測量得出(chū):1）前導(dǎo)流器(qì)是引起流量(liàng)計(jì)壓力損(sǔn)失(shī)的主要因(yīn)素之一。當采用改(gǎi)進的半橢球體導(dǎo)流結(jié)構後流(liú)量計(jì)的(de)壓損被大幅度(dù)降低。2）對葉輪葉片進(jìn)行适當改造後,可明顯降(jiàng)低起(qǐ)始(shǐ)流量值(zhí)提高(gāo)流量計靈(líng)敏度(dù)。3）采用改進(jìn)的組(zǔ)件(jiàn)後(hòu)流量計具有(yǒu)更加穩(wěn)定的儀(yí)表(biǎo)系數(shù)值流(liú)量(liàng)計(jì)的精度得到(dào)提高。

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