摘要:在分析(xī)氣體渦輪流量計(ji) 結構和數學模型(xíng)的基礎上,針對渦(wō)輪葉片螺旋升角(jiao)對儀✉️表性🔴能的影(yǐng)響,以安裝35°、45°和55°三種(zhong)不同葉片螺旋升(sheng)角渦輪的DN150型氣體(tǐ)渦輪流量計作爲(wèi)實驗對象,搭建儀(yí)💃🏻表負壓檢測平台(tái),分别對儀表系數(shù)、壓力損失和計量(liang)✂️精度進行實驗檢(jiǎn)定與對比分析。實(shi)驗結果表明,合理(lǐ)👌設計渦輪葉片螺(luó)旋升角能顯著改(gǎi)善🧑🏾‍🤝‍🧑🏼氣體渦輪流量(liang)計的性能,爲葉片(pian)螺旋升角進一步(bù)🐕優化及其對儀表(biǎo)性能影響規律的(de)研究提供了實驗(yàn)🚶‍♀️基礎。
0引言
　　氣體渦(wo)輪流量計是計量(liàng)天然氣、氧氣、氮氣(qì)、液化氣⛹🏻‍♀️、煤氣等氣(qì)體🙇🏻介質的速度式(shì)計量儀表1-2],如圖1所(suǒ)示。
 
　　将渦輪置于被測(ce)的氣體介質中,當(dang)氣體流經流量💘計(jì)時,在導流器的作(zuò)用下被整流并加(jiā)速,由于渦輪💚的葉(yè)🌏片與流過的氣體(tǐ)之間存在--定夾角(jiǎo),氣體對渦輪産生(sheng)🈲轉動力矩,使渦輪(lún)克服機械摩擦阻(zu)力矩、氣體流動阻(zǔ)力矩和電磁阻力(lì)矩而旋轉,在--定的(de)流量範圍内,渦輪(lun)的角速度和通過(guò)渦輪的㊙️流量成正(zhèng)比。渦輪的旋轉💔帶(dai)動脈沖發生器🛀旋(xuán)轉,産生的脈沖信(xin)号由傳感器送人(ren)智能積🔞算儀進行(hang)換算得到氣體介(jie)質的瞬時流量和(hé)累積流量。
　　其主要(yao)性能指标有始動(dong)流量、儀表系數、壓(ya)力損失和計量精(jing)度。
　　近年來旨在提(tí)高儀表性能的研(yan)究主要圍繞前、後(hou)導流裝置和渦輪(lun)等關鍵部件的結(jié)構和型式開展。劉(liú)正先等通過實驗(yàn)分析,提出改進前(qián)、後導流器結💜構能(néng)明顯減少儀表的(de)🧑🏾‍🤝‍🧑🏼壓力損🆚失,改善❤️儀(yi)表系數的線性度(du),而葉片數量的增(zeng)減對流量計壓力(lì)損失的影響可以(yi)忽略不計,但葉片(pian)數量的增加可明(ming)顯改👌善始動流量(liàng),提高儀表靈敏度(du),但數量過多會使(shǐ)重🔞疊度增大🏃‍♂️,儀表(biǎo)性能急劇⛱️惡化[4-6];鄭(zhèng)建梅等對渦輪的(de)材料和渦輪軸承(cheng)進行了改進,改善(shan)了儀表系數的穩(wěn)定性”;lIZ等利用CFD技術(shù)與🤞實驗相結合驗(yan)證了對整流器的(de)優化設計能有效(xiao)減少壓力損失[8]。在(zai)上述研究🔞中，還未(wei)涉及針對渦輪葉(yè)💋片螺旋升角對儀(yi)表性能的探🚩讨。本(běn)文利用儀表負壓(yā)檢定平台,對3種不(bú)同葉📐片螺旋升角(jiao)的DN150型氣體渦輪流(liú)量計進行⁉️了實驗(yan)對比分析,爲改善(shàn)👄儀表性能和葉片(piàn)螺旋升角的優化(hua)提供實驗依據。
1數(shu)學模型與渦輪參(cān)數選擇
1.1數學模型(xíng)
　　氣體渦輪流量計(jì)的數學模型是根(gēn)據力矩平衡原理(lǐ)建立💯起來🔅的,主要(yao)揭示流量計輸出(chu)脈沖和流量之間(jiān)的内🙇‍♀️在關🛀🏻系,其計(ji)算公式爲：
 
　　式中:K爲(wei)儀表系數;f爲脈沖(chòng)頻率,Hz;q,爲體積流量(liang),m³/s;Z爲渦輪葉片數;θ爲(wèi)葉片結構角;r爲渦(wo)輪中徑,m;A爲流通面(mian)爲流☎️體阻力矩,N.m。
　　其(qi)中,機械摩擦阻力(lì)矩T.在流量-定時隻(zhi)與軸承和軸的選(xuǎn)型設計有關，流體(tǐ)阻力矩T與流體流(liú)動狀态有❤️關,這兩(liang)個力矩在此不做(zuò)詳細介紹。當被測(cè)介質--定時,儀表系(xi)數與葉片數量、葉(yè)片角度和中徑有(you)關，所👈以設計合理(li)的渦輪結構形式(shì)✂️對改善儀表性能(neng)有😍重要意義。
1.2渦輪(lun)結構參數選擇
　　渦(wo)輪結構有焊接式(shì)和整體式,焊接式(shi)渦輪将葉片和🤟輪(lun)毂焊接,整體式渦(wo)輪利用先進的CAD/CAM技(jì)術和數控加工技(ji)術👉直接加工成型(xing)。葉片型式主要有(you)平闆式和螺旋♋式(shì),平闆式葉片主.要(yào)應用于大外徑焊(hàn)接式🤞渦輪,而螺旋(xuán)式葉片應用較爲(wei)廣泛;材料主要有(yǒu)鋁👄合金和不鏽鋼(gang),鋁合金與不鏽鋼(gang)相比具有自重較(jiao)輕,工藝性好等特(tè)點;渦輪平均⛹🏻‍♀️直徑(jìng)受流量計流通管(guan)徑即型号的限🏃🏻‍♂️制(zhì),可作爲定參數處(chu)理;葉片數量選取(qu)主要考慮重疊度(du)對儀表性能的影(ying)📞響,---般取13~20;葉片角度(dù)直接影響氣體🐇介(jiè)質.對其産生驅動(dòng)轉矩的✂️大小，氣體(tǐ)介質對渦輪的驅(qu)動轉矩公式🈲爲
 
　　式(shì)中:Td爲驅動力矩,N.m;fd爲(wèi)周向驅動力,N;u1爲介(jie)質入口速度⭐,m/s;ɷ爲渦(wō)輪角速‼️度,rad/s。
　　綜上述(shu)所述,采用整體式(shi)葉輪結構,螺旋型(xíng)葉片，葉片💁數量爲(wei)20。對于螺旋型葉片(piàn),需要确定葉片的(de)螺旋角,根🙇‍♀️據式(2),要(yao)得到最大推動力(lì)矩,葉片螺旋角應(ying)爲45°,但力矩㊙️公式是(shi)根據葉栅繞流計(jì)算得到,難免會和(he)實際工況有所偏(piān)差。參考常用葉片(piàn)角度,選取35°.45°和55°螺⛷️旋(xuan)升角渦輪作爲實(shí)驗對象,渦輪結構(gòu)參數如圖2所示。
 
2實驗平台搭建
2.1檢(jian)定裝置與實驗原(yuan)理
　　流量計的檢定(ding)采用負壓智能儀(yí)表測量系統，系統(tong)框圖如圖3所示，主(zhu)要包括硬件和軟(ruan)件兩部分。硬件包(bāo)括标準吸風裝置(zhi)、德萊塞羅茨氣體(tǐ)流量計穩壓罐和(he)直管道組成,而軟(ruǎn)🛀件是自行開發🍓的(de)智能型流量計檢(jiǎn)測程序,各組☎️成部(bu)分具體參數如表(biao)1所示。
 
　　由标準吸風(feng)裝置産生負壓使(shi)标準德萊塞羅茨(ci)流量計💘和氣體渦(wō)輪流量計被同時(shí)過流,直管段使進(jìn)入檢定儀表的氣(qi)體🌂爲充分發展的(de)湍流;穩壓罐補償(cháng)通過氣體渦🈲輪流(liú)量計後的♉氣體壓(ya)損。智能流量檢測(ce)程序接收來自兩(liang)個儀表🏃‍♂️的輸出信(xin)号，通過渦♌輪流量(liàng)計輸出的脈沖數(shu)與累積流量來計(ji)算儀表系數,通過(guò)對比相同數據采(cai)集🛀🏻點處标準羅茨(ci)流量計的輸出🈲可(kě)獲得‼️正确率⭕誤差(chà)安裝在氣體渦輪(lun)流量🈲計取壓口處(chù)的U型㊙️管可以測量(liàng)進、出口處的壓力(li),從而得到儀表的(de)壓力損失。
 
2.2實驗流(liu)程
　　自開始測量時(shi)刻起,選取50~1300m³/h範圍内(nèi)6個流量監測點。在(zài)每個流量😍監測點(dian)随機采集3個不同(tong)時刻的數據,包括(kuò)某一時刻标準羅(luó)茨流量計和氣體(tǐ)渦輪流量計的累(lei)積流量及其輸出(chu)脈沖數。檢測程序(xù)對這些數據進行(hang)處🌏理獲得流量計(jì)系數和基本誤差(cha)。監測每一-流量點(dian)處U型管壓差裝置(zhi)的指示值，獲得不(bu)同監測點處的壓(ya)力⚽損失，檢定現場(chǎng)如圖4所示。
 
3實驗測量與(yu)數據對比分析
3.1實(shi)驗測量
　　利用上述(shu)實驗方法,分别對(duì)安裝35°、45°和55°渦輪的流(liu)量計進🌈行了實驗(yàn)檢定,表2列出了安(an)裝35°葉片螺旋升角(jiao)表渦輪🧑🏾‍🤝‍🧑🏼流量計的(de)檢定📞數據,平均流(liu)量是随機設定标(biao)準吸風⁉️裝置的💯輸(shu)出流量,平均🚩系數(shu)和誤差按公式(3)和(he)(4)計算。
 
　　表3列出了安(an)裝3種不同螺旋角(jiao)渦輪流量計在儀(yí)表取壓口處🔞的壓(ya)力損失。
 
注:儀表系(xi)數K=899.06m-3;基本誤差爲0.841%;大(dà)氣壓力爲102.40kPa;環境濕(shi)度爲45%。
 
3.2數據對比分(fen)析
　　對實驗數據進(jin)行二次多項式插(chā)值獲得20組數據點(dian),對數據點進㊙️行拟(ni)合得到各方案在(zai)檢測流量範圍内(nèi)的👉儀表系數曲線(xiàn)、誤差曲線和壓力(lì)損失曲線。
3.2.1儀表系(xi)數
　　如圖5所示,采用(yòng)螺旋升角爲35°渦輪(lún)的流量計的儀表(biao)系數曲線在工作(zuo)區内波動較大,對(dui)儀表計量的穩⛷️定(ding)性産生很大的負(fu)🍉面影🆚響。而45°和55°的渦(wō)輪流量計的儀表(biǎo)系數曲線在工作(zuò)區内波動較小，線(xian)性度較理想，儀表(biǎo)在工作區内的計(jì)量穩定性較好。
3.2.2計(ji)量精度
　　如圖6所示(shi),采用螺旋升角爲(wei)55°渦輪的流量計誤(wù)差基本穩定在0.4%左(zuo)🔅右,45渦輪在0.5%左右,而(er)35°葉輪流量計誤差(chà)曲線存在較大波(bo)👉動,而且最大誤差(cha)超過0.8%,計量精度較(jiào)差。
3.2.3壓力損失
　　如圖(tú)7所示,35°渦輪流量計(ji)的最大壓損達到(dào)了3500Pa以上，而🚶‍♀️55°渦輪則(ze)隻💚有1500Pa左右,可明顯(xian)看出55°葉輪的過流(liú)性最好.壓力損失(shi)相比其他兩種角(jiao)度的渦輪最小。
 
4結(jie)束語
　　采用實驗檢(jian)定的方法對螺旋(xuan)升角爲35°.45°和55°的DN150氣體(tǐ)渦輪流量計進❓行(háng)了實驗對比分析(xī),實驗數據表明葉(yè)片螺旋角🛀🏻度直🌏接(jiē)影響儀表的性能(néng)參數。其中，35°渦輪流(liu)量計存在着儀表(biǎo)系🐅數不穩🔞定、壓力(lì)損失大以及精度(dù)差等弊端，建議不(bu)在産品中應用;45°渦(wō)輪流量計,儀表系(xì)數曲線呈現良好(hǎo)⛱️的線性特征,但壓(ya)力損失🈲與55°渦輪相(xiang)比較大;559渦輪流量(liàng)計⛱️儀表系數穩定(dìng)、壓力損失小,精度(dù)較高,比較适合對(duì)壓力損失和精度(dù)要求較高的工況(kuàng)。此外,實驗結果表(biǎo)明對葉片螺旋角(jiao)的進一-步優化能(néng)明顯🧑🏽‍🤝‍🧑🏻改善儀表性(xìng)能。

以上内容源于(yu)網絡，如有侵權聯(lián)系即删除!