摘要:本文(wen)對航空發(fa)動機試車(che)台燃油系(xi)統渦輪流(liu)量計 的工(gong)作原理進(jin)行簡單說(shuo)明,詳細分(fen)析了漩渦(wo)流、脈動流(liu)介質粘度(du).介質污染(ran)度和電磁(ci)幹擾等的(de)外部因素(su)對渦⁉️輪流(liu)💚量計測量(liang)精度的影(ying)響，并逐-給(gei)出了🐆消除(chu)外部影響(xiang)因素的🌈方(fang)法,對渦輪(lun)流量計使(shi)用過程中(zhong)的注意事(shi)項進行了(le)詳細說明(ming),對航空發(fa)動機試車(che)台燃油系(xi)統提升燃(ran)油流量的(de)測量精度(du)具有🈲一定(ding)的指導💘意(yi)義。
0引言
　　航(hang)空發動機(ji)試車台燃(ran)油系統是(shi)試車台工(gong)藝系統💯的(de)🧑🏽‍🤝‍🧑🏻重要組🌏成(cheng)部分,用于(yu)爲發動機(ji)提供所需(xu)壓力和㊙️流(liu)量的持續(xu)不間斷的(de)燃油供應(ying)，一般具有(you)調壓、過濾(lü)、計量等功(gong)能。
　　發動機(ji)燃油耗油(you)率作爲發(fa)動機性能(neng)評定的重(zhong)要參☂️數🏃‍♀️之(zhi)☎️一，要👄求燃(ran)油流量測(ce)量應盡可(ke)能地降低(di)來自外界(jie)的影響、盡(jin)可能真實(shi)地反映發(fa)動機實際(ji)燃油消耗(hao)。雙轉子渦(wo)輪流量計(ji)作爲速度(du)式流量測(ce)量儀表,其(qi)具有測量(liang)精度高、測(ce)量範圍廣(guang)、抗幹擾能(neng)力強、脈沖(chong)輸出㊙️等優(you)點,被廣泛(fan)應用于航(hang)空發動機(ji)試㊙️車台燃(ran)油系統燃(ran)油流量測(ce)量,以滿足(zu)發動機🌈燃(ran)油消耗實(shi)時測量的(de)要求。
1渦輪(lun)流量計工(gong)作原理
　　渦(wo)輪流量計(ji)主要由流(liu)量計殼體(ti)、渦輪轉子(zi)、渦輪轉子(zi)前後導流(liu)器、壓緊圈(quan)、感應線圈(quan)和永久磁(ci)鐵等組成(cheng)。當燃油流(liu)經渦輪流(liu)量計時,管(guan)道内流動(dong)的燃油💛驅(qu)動渦輪轉(zhuan)子軸向轉(zhuan)動，渦輪轉(zhuan)子轉速随(sui)燃油流速(su)的增加♉而(er)增加,渦🐉輪(lun)轉子切🤞割(ge)永久磁鐵(tie)的磁力線(xian),感應線圈(quan)檢測到渦(wo)輪💚轉子的(de)電磁信号(hao)并轉換💋成(cheng)可讀取的(de)❄️頻率、電流(liu)或電壓信(xin)号,并将信(xin)号傳輸至(zhi)後端儀表(biao)進行累計(ji)或🔴顯示。
 
　　在理(li)想工作狀(zhuang)态下，渦輪(lun)流量計的(de)體積流量(liang)qv與渦♻️輪流(liu)量計輸出(chu)的信号脈(mo)沖頻率F之(zhi)間呈正比(bi)關系，即:
 
式中:K爲(wei)渦輪流量(liang)計儀表系(xi)數,L-1;F爲渦輪(lun)流量計輸(shu)出✌️的脈沖(chong)頻率。
　　理想(xiang)工作狀态(tai)下，渦輪流(liu)量計的儀(yi)表常數K爲(wei)定值，在使(shi)用過⭕程🚶中(zhong)渦輪流量(liang)計的儀表(biao)常數與外(wai)部流🧑🏾‍🤝‍🧑🏼狀态(tai)、流體黏度(du)、流體📱溫度(du)、流體壓力(li)等呈函數(shu)關系🌏,即K=f(qv、t、P、T)。
2渦(wo)輪流量計(ji)測量精度(du)的外部影(ying)響因素
　　在(zai)實際使用(yong)過程中,由(you)于渦輪轉(zhuan)子的轉動(dong)慣量、介質(zhi)🏃🏻來流旋渦(wo)、介質來流(liu)壓力波動(dong)、流量計及(ji)管道的振(zhen)動、介質來(lai)流污染度(du)、介質來流(liu)溫度變化(hua)等影響,會(hui)造成渦輪(lun)流👅量計精(jing)度測量誤(wu)差。
2.1漩渦流(liu)對渦輪流(liu)量計測量(liang)精度的影(ying)響
　　當燃油(you)繞過障礙(ai)物如閥門(men)、油濾、流量(liang)計時都會(hui)産生漩渦(wo)流💜動。爲保(bao)持渦輪流(liu)量計儀表(biao)系數K爲定(ding)值🐅，流過渦(wo)輪流量計(ji)的😘來流速(su)度應保持(chi)不變、減小(xiao)來流速度(du)🌍畸變,以消(xiao)除漩渦流(liu)的🌏影響。爲(wei)使流經渦(wo)輪流量計(ji)的🍓介質來(lai)流速度畸(ji)變盡可能(neng)的小，在渦(wo)輪🔴流量計(ji)上下遊均(jun)設置一🍓定(ding)長度的直(zhi)管段,使介(jie)質來流發(fa)展成爲💛層(ceng)流或水力(li)光✉️滑管的(de)流型。
　　根據(ju)渦輪流量(liang)計上遊直(zhi)管段長度(du)變化時儀(yi)表系數的(de)變化情💃🏻況(kuang)研究,可知(zhi)渦輪流量(liang)計上遊直(zhi)管段越長(zhang)，旋渦流動(dong)對儀表常(chang)數影響就(jiu)越小，在旋(xuan)轉來流中(zhong)的特性研(yan)究,正旋轉(zhuan)來流會使(shi)儀表常數(shu)偏大💃🏻,而負(fu)旋轉則會(hui)使儀表常(chang)數偏小。如(ru)圖3所示。随(sui)着上遊直(zhi)管段長🏃🏻‍♂️度(du)的增加,漩(xuan)渦流動的(de)旋轉流強(qiang)度會随之(zhi)衰減;渦輪(lun)流量計越(yue)靠近漩渦(wo)流動的源(yuan)頭，渦輪流(liu)量計🌏的精(jing)度就越差(cha)🐇。因此,在安(an)裝渦輪流(liu)量計時📐,在(zai)流量計.上(shang)遊和下遊(you)分别設置(zhi)一定長度(du)的直✏️管段(duan)可以顯著(zhe)削弱漩渦(wo)流動👌，提高(gao)渦輪流量(liang)計的測量(liang)精度。
 
2.2脈(mo)動流對渦(wo)輪流量計(ji)測量精度(du)的影響
　　脈(mo)動流指流(liu)體在測量(liang)區域的流(liu)速是時間(jian)的函數,但(dan)在一個☎️足(zu)🆚夠長的時(shi)間段内有(you)一個相對(dui)穩定的平(ping)均值。脈動(dong)流-般由齒(chi)輪❗泵、離心(xin)泵、壓力調(diao)節閥、電液(ye)伺服閥、電(dian)磁閥等的(de)作動産生(sheng)。脈動流産(chan)生的來源(yuan)有多種，可(ke)來源于往(wang)複旋轉的(de)機械部件(jian),如燃油🔞增(zeng)壓泵;可來(lai)源于管道(dao)或支架振(zhen)動,如系統(tong)共振或支(zhi)架顫振;可(ke)來源于壓(ya)力調節閥(fa)或流量控(kong)制閥的快(kuai)速的壓力(li)或流量調(diao)節;也可來(lai)源于流體(ti)管道閥門(men)、節流噴嘴(zui)的周期性(xing)作動;還可(ke)來源于🍉系(xi)統節流孔(kong)闆、彎頭等(deng)幾何特征(zheng)而引起😘的(de)流體振動(dong)和湍流。如(ru)圖4燃油出(chu)口閥門作(zuo)動引起的(de)脈動流。
　　流(liu)量計來流(liu)存在脈動(dong)流，會導緻(zhi)流量計測(ce)量誤差增(zeng)大,甚至輸(shu)出頻率不(bu)穩定。對特(te)定的渦輪(lun)流量計和(he)不同的脈(mo)動流,可通(tong)過渦輪葉(ye)片旋轉角(jiao)加速度與(yu)脈動流各(ge)參數的關(guan)系計算出(chu)在脈動周(zhou)期内各離(li)散點所對(dui)應的渦輪(lun)葉片的旋(xuan)轉角加速(su)度并生成(cheng)脈動頻率(lü)曲線。
　　進口(kou)脈動流會(hui)導緻渦輪(lun)流量計測(ce)量結果産(chan)生偏差，計(ji)算🔅表明該(gai)偏差爲正(zheng)偏差,即測(ce)量值比真(zhen)值偏大。脈(mo)動流的頻(pin)率和振幅(fu)♈是渦輪流(liu)量計産生(sheng)測量偏差(cha)的‼️主要影(ying)響因素✨。當(dang)渦輪轉子(zi)葉片的角(jiao)頻率與渦(wo)輪流量計(ji)進0脈動流(liu)的脈動頻(pin)率相等時(shi),渦輪流量(liang)計的響應(ying)曲線與輸(shu)🐆入脈動曲(qu)線相似,其(qi)測量🆚結果(guo)接近真實(shi)🔞值;當渦輪(lun)流量計轉(zhuan)子葉片角(jiao)⭐頻率大于(yu)進0脈動流(liu)的脈動頻(pin)率時,進0脈(mo)動流引起(qi)的測量偏(pian)差相對較(jiao)小，渦⭐輪流(liu)量計測量(liang)偏差随進(jin)0脈動流的(de)脈動振幅(fu)增大而減(jian)小;當渦輪(lun)流量計轉(zhuan)🔴子葉片角(jiao)頻率小于(yu)進口脈動(dong)流的脈動(dong)頻率時,進(jin)0脈動流引(yin)起的測量(liang)偏差相對(dui)♉較大,渦輪(lun)流量計測(ce)量偏♉差随(sui)進口脈動(dong)流的振動(dong)🧡振幅增大(da)而增大。當(dang)流體介質(zhi)中混入遊(you)離空氣，會(hui)進一步增(zeng)大脈動流(liu)的脈動振(zhen)幅。
2.3黏度對(dui)渦輪流量(liang)計測量精(jing)度的影響(xiang)
　　被測流體(ti)黏度變化(hua)會影響渦(wo)輪流量計(ji)的儀表系(xi)⁉️數。被測流(liu)體黏度會(hui)随流體溫(wen)度的變化(hua)而變化,其(qi)雷諾數會(hui)🏃相應變化(hua),單位流體(ti)經過渦輪(lun)流量計時(shi)流阻會相(xiang)應改變,進(jin)而改變轉(zhuan)子葉片😄的(de)輸出頻率(lü),造成渦輪(lun)🤟流量計儀(yi)表系數的(de)變化(當粘(zhan)度升高時(shi)，渦輪流量(liang)計的測量(liang)精度會略(lue)有下降🈲)。(RP-3在(zai)20℃時的粘度(du)👄不小于1.25mm2/s)。在(zai)被測♋流體(ti)的溫度變(bian)📞化區間大(da)時,應考慮(lü)溫度變化(hua)🔅對渦輪☀️流(liu)量計測量(liang)結果的影(ying)響,并進行(hang)🈲溫度修正(zheng)。
 
2.4燃油污染(ran)度對渦輪(lun)流量計測(ce)量精度的(de)影響
　　渦輪(lun)流量計爲(wei)高精度計(ji)量儀表,轉(zhuan)子葉片和(he)流量計内(nei)表面的表(biao)面粗糙度(du)等級高。渦(wo)輪是高速(su)機械轉動(dong)部件，轉子(zi)🌂葉片與殼(ke)❓體間隙很(hen)小。燃油中(zhong)的顆粒雜(za)質會造成(cheng)軸承磨損(sun)及轉子卡(ka)滞,若雜質(zhi)顆粒吸附(fu)在轉子葉(ye)片表面，會(hui)增大💃轉子(zi)葉片的轉(zhuan)動慣🐆量。燃(ran)油中的遊(you)離水分子(zi)會造成流(liu)量計内部(bu)鏽蝕💯,降低(di)轉子葉片(pian)和流量計(ji)内表面的(de)表面粗糙(cao)度等級。增(zeng)大轉子葉(ye)片的轉動(dong)慣量以及(ji)低轉子葉(ye)片和流量(liang)計内表面(mian)的表🈲面粗(cu)糙度等級(ji)，會增大流(liu)量計的響(xiang)應失真程(cheng)度。
2.5電磁幹(gan)擾對渦輪(lun)流量計測(ce)量精度的(de)影響
　　電磁(ci)幹擾通常(chang)由強電流(liu)或強電磁(ci)設備引起(qi),發生源通(tong)常有馬達(da)、電機、交流(liu)電源等強(qiang)電設備以(yi)及電力線(xian)纜、線圈、發(fa)射器⭐等電(dian)磁輻射裝(zhuang)置,常以電(dian)流場或磁(ci)場的形式(shi)💛出現。強電(dian)流或電磁(ci)會對永久(jiu)電磁鐵附(fu)近的磁場(chang)産生🌈擾動(dong)或疊加，使(shi)感應線圈(quan)對渦🏃‍♂️輪轉(zhuan)子的感應(ying)信号發生(sheng)畸變,進而(er)引起渦輪(lun)流量計輸(shu)出的頻率(lü)、電壓或電(dian)流傳輸信(xin)号發生畸(ji)變,造成燃(ran)油流量顯(xian)示波動。
3消(xiao)除外部因(yin)素影響的(de)方法
　　針對(dui)外部因素(su)對渦輪流(liu)量計測量(liang)精度的影(ying)響,可以從(cong)👄以下五個(ge)方面進行(hang)消除:
3.1保證(zheng)渦輪流量(liang)計.上下遊(you)直管段長(zhang)度
①渦輪流(liu)量計上遊(you)直管段及(ji)下遊直管(guan)段的管道(dao)通徑與渦(wo)輪流量計(ji)的通徑保(bao)持--緻。
②渦輪(lun)流量計.上(shang)遊直管段(duan)的長度不(bu)應小于10倍(bei)的渦🙇‍♀️輪流(liu)量計通徑(jing)。
③渦輪流量(liang)計下遊直(zhi)管段的長(zhang)度不應小(xiao)于5倍的渦(wo)輪流量計(ji)通📐徑。
④渦輪(lun)流量計盡(jin)量使用流(liu)量計廠家(jia)推薦的上(shang)下遊直管(guan)段。
3.2消除脈(mo)動流影響(xiang)
①加粗燃油(you)管道,降低(di)管道内流(liu)速。
②流量計(ji)遠離作動(dong)部件,降低(di)脈動流影(ying)響。
③流量計(ji)前後加整(zheng)流器、軟管(guan)、過濾網、過(guo)濾器等部(bu)件🙇🏻,減弱或(huo)消除脈動(dong)流影響。
④系(xi)統作動部(bu)件和流量(liang)計可靠固(gu)定，減小振(zhen)幅,消除系(xi)統🏃‍♂️共振🌈。
3.3校(xiao)準過程控(kong)制
①渦輪流(liu)量計在送(song)檢過程中(zhong)，應可靠封(feng)堵開0部位(wei)，防止多餘(yu)物💃進入渦(wo)輪流量計(ji)内部。
②渦輪(lun)流量計校(xiao)準時校準(zhun)介質盡量(liang)使用滿足(zu)污染度要(yao)求的航空(kong)煤油。當無(wu)法使用航(hang)空煤油校(xiao)準時,應使(shi)用粘💃度盡(jin)可能相近(jin)的介質進(jin)行校準,流(liu)量計使用(yong)前⁉️先進行(hang)内部沖洗(xi)。
③渦輪流量(liang)計校準壓(ya)力、校準溫(wen)度盡可能(neng)接近現場(chang)🌂試驗條件(jian)✍️。
④渦輪流量(liang)計使用前(qian)将流量計(ji)儀表系數(shu)、壓力修正(zheng)系數和溫(wen)度👨‍❤️‍👨修正系(xi)數等,更新(xin)至數據采(cai)集軟件。
3.4保(bao)證燃油污(wu)染度等級(ji)
①在渦輪流(liu)量計來流(liu)管路增加(jia)滿足污染(ran)度等級要(yao)🏃🏻‍♂️求和🈲自帶(dai)除水功能(neng)的油濾。
②定(ding)期更換油(you)濾濾芯。
③定(ding)期化驗燃(ran)油系統内(nei)燃油的污(wu)染度等級(ji)。
④使用前在(zai)燃油系統(tong)的高點進(jin)行放氣。
3.5降(jiang)低電磁幹(gan)擾
①渦輪流(liu)量計應遠(yuan)離電機、變(bian)壓器等工(gong)作時産生(sheng)強磁場🔅的(de)設備。
②渦輪(lun)流量計應(ying)單獨走線(xian),并使用屏(ping)蔽電纜。
③渦(wo)輪流量計(ji)應可靠接(jie)地,并與轉(zhuan)換模塊共(gong)地。
④渦輪流(liu)量計輸出(chu)的脈沖信(xin)号應保持(chi)适度的信(xin)噪比。
4渦輪(lun)流量計使(shi)用過程中(zhong)的注意事(shi)項
　　爲消除(chu)外部影響(xiang)對渦輪流(liu)量計測量(liang)精度的影(ying)響,保🈲證渦(wo)輪流量計(ji)測量精度(du),在使用過(guo)程中應注(zhu)意以下五(wu)點:
4.1渦輪流(liu)量計選型(xing)
　　渦輪流量(liang)計在選型(xing)時,應綜合(he)考慮測量(liang)介質、流量(liang)、流速、使用(yong)場景、測量(liang)精度等因(yin)素。測量介(jie)質的粘度(du)在渦輪流(liu)量計的測(ce)量粘🐅度區(qu)間内。測量(liang)介質的最(zui)💘大流量🏃🏻應(ying)在渦輪流(liu)量計最大(da)👉測量範圍(wei)的60%-80%之間，必(bi)要時在渦(wo)🏃🏻‍♂️輪流量計(ji)及前後直(zhi)👅管段位置(zhi)🧡進行縮徑(jing)。測量介質(zhi)的工作溫(wen)度和環境(jing)溫度在渦(wo)輪流量計(ji)✊的介質溫(wen)度和環境(jing)溫度範圍(wei)内,并留有(you)一定裕度(du)。渦輪流量(liang)計(殼體、前(qian)後導流器(qi)、渦輪轉子(zi)組件)的選(xuan)材能耐受(shou)測量介質(zhi)💃的腐蝕。試(shi)車台燃油(you)系統渦輪(lun)流量計應(ying)使用防爆(bao)型渦輪流(liu)量計。渦輪(lun)流量計精(jing)度與測量(liang)系統精度(du)的綜合不(bu)确定度能(neng)滿足測量(liang)介質測量(liang)的🛀🏻不确定(ding)度要求,并(bing)留有一定(ding)裕度。
4.2渦輪(lun)流量計安(an)裝位置确(que)定
　　渦輪流(liu)量計确定(ding)安裝位置(zhi)時,應綜合(he)考慮介質(zhi)使用✔️部位(wei)作動部件(jian)、周邊環境(jing)等因素。渦(wo)輪流量計(ji)的安裝位(wei)置應盡可(ke)能地靠近(jin)試車台在(zai)試發動機(ji)，降低流體(ti)介質傳導(dao)時間、降低(di)系🔞統響應(ying)時間;應盡(jin)可能遠離(li)系統作動(dong)部件(如增(zeng)壓😍泵、調壓(ya)器、伺服作(zuo)動閥等)并(bing)可靠固定(ding),降低脈動(dong)流、部件振(zhen)動可能産(chan)生的影響(xiang);應預留系(xi)統維護空(kong)間，方便渦(wo)輪流量計(ji)的🔱拆裝和(he)系統巡檢(jian);應盡可能(neng)遠離電磁(ci)線圈等強(qiang)磁場設備(bei)、電機等大(da)功🔅率用電(dian)設備,降低(di)電磁場對(dui)渦輪流量(liang)計輸出信(xin)号的幹擾(rao)。
4.3介質流體(ti)充分放氣(qi)
　　爲消除燃(ran)油系統介(jie)質中遊離(li)空氣産生(sheng)的脈動流(liu),試車台燃(ran)🎯油系統應(ying)在油庫來(lai)油位置設(she)置自動放(fang)氣的燃油(you)濾,并🔴在試(shi)車台靠近(jin)在試發動(dong)機的最高(gao)點設置放(fang)氣點,以消(xiao)除系統中(zhong)的遊離空(kong)氣;系統設(she)置增壓泵(beng)的,應保證(zheng)泵前來油(you)壓力和管(guan)道通徑以(yi)降低油泵(beng)抽吸過程(cheng)造成局部(bu)燃油介質(zhi)的飽和蒸(zheng)氣壓低于(yu)系🏒統💋工作(zuo)壓力,以避(bi)免燃油介(jie)質中産生(sheng)遊離空氣(qi)🤩。
4.4渦輪流量(liang)計校準
　　渦(wo)輪流量計(ji)校準運輸(shu)過程中應(ying)對開0部位(wei)密封，防止(zhi)多👄餘🧑🏾‍🤝‍🧑🏼物❄️進(jin)入渦輪流(liu)量計内部(bu);整體可靠(kao)包裹，防止(zhi)轉㊙️運過程(cheng)中的磕碰(peng)造成渦輪(lun)流量計損(sun)傷。渦輪流(liu)量計在校(xiao)準時，應選(xuan)🤩用航空煤(mei)油進行校(xiao)準,當條件(jian)不具備時(shi)應盡可能(neng)選用粘度(du)與航空🌏煤(mei)油相近💞的(de)介質進行(hang)校準,以避(bi)免因校準(zhun)介質不同(tong)引入測量(liang)精度誤差(cha)。
4.5其他
　　燃油(you)系統設計(ji)時應綜合(he)考慮密封(feng)型式、管徑(jing)和管道布(bu)局。管道‼️及(ji)渦輪流量(liang)計連接部(bu)位應選取(qu)适配的密(mi)封型式和(he)密封材料(liao)進行可靠(kao)密封;管道(dao)閥門選用(yong)球閥、閘閥(fa)等密封性(xing)能良好的(de)閥門型式(shi)和密封材(cai)料，以避免(mian)系統的外(wai)漏和㊙️内漏(lou)産生系統(tong)測量誤差(cha)。根據經🛀濟(ji)流速确定(ding)主管道管(guan)徑,渦輪流(liu)量計和前(qian)後直管段(duan)的變徑部(bu)位選用錐(zhui)形擴口型(xing)❓式且錐度(du)角盡可能(neng)小。定期進(jin)行燃油系(xi)統污染度(du)檢查,确保(bao)介質流體(ti)潔淨可用(yong)。
5結束語
　　通(tong)過上述分(fen)析，漩渦流(liu)、脈動流、介(jie)質粘度、介(jie)質污染度(du)和電磁☔幹(gan)擾等是渦(wo)輪流量計(ji)測量精度(du)的主要⚽影(ying)響♻️因素,在(zai)使用過程(cheng)中應從渦(wo)輪流量計(ji)選型、渦輪(lun)流量♈計安(an)裝🔞位置确(que)定、介質流(liu)體充分放(fang)氣等方面(mian)進行控制(zhi)，以消除外(wai)部因素的(de)影響，确保(bao)渦輪流量(liang)計測量精(jing)度。

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