摘要:本(ben)文對航空發(fā)動機試車台(tai)燃油系統渦(wō)輪流量計 的(de)工作原理進(jin)行簡單說明(míng),詳細分析了(le)漩渦流、脈動(dong)🈲流介質粘🈚度(dù).介質污染度(du)和電磁幹擾(rǎo)等的外部因(yin)素對渦輪流(liú)💯量計🔞測量精(jīng)度的影響，并(bing)逐-給出了消(xiāo)除外部影響(xiǎng)因素的方法(fǎ),對渦輪流量(liang)計使用過🤞程(cheng)中的注意事(shì)項進行了詳(xiáng)細說明,對航(háng)空發動機試(shì)車台燃油系(xi)統提升燃油(yóu)流量的測量(liang)精度具有一(yī)定的指導意(yi)義。
0引言
　　航空(kōng)發動機試車(che)台燃油系統(tǒng)是試車台工(gong)藝系統的重(zhong)🚩要組成部分(fen),用于爲發動(dong)機提供所需(xū)壓力和流量(liang)的持續不間(jian)斷的燃油供(gòng)應，一般具有(yǒu)調壓、過濾、計(ji)量等功能☂️。
　　發(fā)動機燃油耗(hào)油率作爲發(fā)動機性能評(píng)定的重要🤩參(can)數之一，要求(qiu)燃油流量測(cè)量應盡可能(néng)地降低來自(zi)外界的影響(xiang)、盡可能真實(shí)地反映發動(dòng)機實際燃🏃🏻油(you)消耗。雙轉子(zǐ)渦輪流量計(ji)作爲速度式(shi)流量測量儀(yi)表,其具⭐有測(cè)量精度高、測(cè)量範圍廣、抗(kang)幹擾能力強(qiáng)、脈沖輸出等(děng)優點,被廣泛(fan)應用于航💞空(kōng)發動機試🐕車(chē)台燃油系🤩統(tong)燃油流量測(cè)量,以滿足發(fā)動機燃油消(xiao)耗實時測量(liàng)的要求。
1渦輪(lun)流量計工作(zuò)原理
　　渦輪流(liu)量計主要由(yóu)流量計殼體(ti)、渦輪轉子、渦(wo)輪轉子前⛹🏻‍♀️後(hòu)導流器、壓緊(jin)圈、感應線圈(quān)和永久磁鐵(tiě)等組成。當燃(rán)油流經渦輪(lún)💛流量計時,管(guǎn)道内流動的(de)燃油驅動渦(wo)輪轉子軸向(xiang)轉動，渦輪⛹🏻‍♀️轉(zhuan)子轉速随燃(ran)油流❗速的增(zeng)加而增加,渦(wō)輪轉子切割(gē)永久磁鐵的(de)磁力線,感應(ying)線圈檢測到(dào)渦輪轉子的(de)電磁信号并(bing)轉換😘成可讀(dú)取的💰頻🤟率、電(dian)流或電壓信(xìn)号,并将信号(hào)✂️傳輸至後端(duan)儀表進行累(lèi)計或顯示。
 
　　在理想工作(zuò)狀态下，渦輪(lún)流量計的體(ti)積流量qv與渦(wo)輪流量🌍計輸(shū)出的信号脈(mò)沖頻率F之間(jian)呈正比關系(xi)，即:
 
式中:K爲渦(wo)輪流量計儀(yí)表系數,L-1;F爲渦(wo)輪流量計輸(shu)出的脈🌈沖‼️頻(pin)率。
　　理想工作(zuò)狀态下，渦輪(lún)流量計的儀(yí)表常數K爲定(ding)值，在使用⛹🏻‍♀️過(guò)程中渦輪流(liú)量計的儀表(biao)常數與外部(bu)流狀态、流體(ti)黏度、流體溫(wen)度、流體壓力(li)等呈函數關(guan)系,即K=f(qv、t、P、T)。
2渦輪流(liu)量計測量精(jing)度的外部影(yǐng)響因素
　　在實(shi)際使用過程(chéng)中,由于渦輪(lún)轉子的轉動(dòng)慣量、介🐆質來(lái)流旋渦、介質(zhì)來流壓力波(bo)動、流量計及(ji)管道的振動(dong)🌐、介質來流污(wu)染度、介質來(lái)流溫度變化(huà)等影響,會造(zào)成渦輪流量(liàng)計精度測量(liàng)誤差。
2.1漩渦流(liu)對渦輪流量(liàng)計測量精度(dù)的影響
　　當燃(rán)油繞過障礙(ài)物如閥門、油(yóu)濾、流量計時(shí)都會産生漩(xuan)渦📞流動🛀🏻。爲保(bao)持渦輪流量(liàng)計儀表系數(shù)K爲定值，流過(guò)渦輪流量計(jì)的來流速度(du)應保持不變(bian)、減小來流速(su)度畸變,以消(xiao)除漩渦流的(de)🐆影響。爲使流(liu)經渦輪流量(liang)計的😍介質來(lai)流🌏速度畸變(biàn)盡可能的小(xiao)，在渦輪🏒流量(liang)計上下遊均(jun)設置一定長(zhang)度的直管段(duàn),使介質來流(liú)發展成爲層(céng)流或水力光(guang)滑管的流型(xíng)。
　　根據渦輪流(liú)量計上遊直(zhi)管段長度變(biàn)化時儀表系(xi)❄️數的變化情(qíng)況研究,可知(zhi)渦輪流量計(jì)上遊直管段(duàn)越長，旋渦流(liú)動對儀🔞表常(chang)數影響就越(yuè)小，在旋轉來(lai)流中的特性(xìng)研究,正旋轉(zhuan)來流會使儀(yí)表常數偏大(da)👅,而負旋轉則(zé)會使儀表常(chang)數偏小。如圖(tú)3所示。随着上(shang)遊直管段長(zhang)度的增加,漩(xuán)渦流動的旋(xuan)轉流強度會(huì)🔱随之衰減;渦(wo)輪流量計越(yue)靠近漩渦流(liu)動的源🐇頭，渦(wō)輪流量計的(de)精度就越差(cha)。因此,在安裝(zhuang)渦輪流量計(ji)時,在流量計(ji).上遊和下遊(yóu)分别設置一(yi)定長度的直(zhi)管段可以顯(xiǎn)著削弱漩渦(wō)流動，提高渦(wō)輪流量計的(de)✂️測量精度。
 
2.2脈動流對渦(wō)輪流量計測(ce)量精度的影(yǐng)響
　　脈動流指(zhi)流體在測量(liàng)區域的流速(sù)是時間的函(han)數,但在一個(ge)足夠長的時(shi)間段内有一(yī)個相對穩定(dìng)的🍉平均值。脈(mo)動流-般由🧑🏽‍🤝‍🧑🏻齒(chi)輪泵、離心泵(beng)、壓力調節閥(fá)、電液伺服閥(fá)、電磁閥等的(de)✌️作動産💛生。脈(mo)動流産生的(de)來源有多種(zhǒng)，可來源于往(wang)複旋轉的機(jī)械部件,如燃(rán)油增壓泵;可(kě)來源于管道(dào)或支架振動(dong),如系統共振(zhèn)或支架顫振(zhen);可來源于壓(yā)力調節閥或(huò)流量控制閥(fa)的快速的壓(ya)力或流量調(diào)節🛀🏻;也可來源(yuán)于流體管道(dào)閥門、節流噴(pēn)嘴的周期性(xìng)作動;還可來(lai)源于系統節(jie)流孔闆、彎頭(tóu)等幾何特征(zhēng)🚶‍♀️而引起的流(liu)體振動和湍(tuan)流♌。如圖4燃油(you)出口閥門作(zuò)動引起的脈(mò)動流。
　　流量計(jì)來流存在脈(mò)動流，會導緻(zhi)流量計測量(liàng)誤差增🈲大,甚(shen)至輸㊙️出頻率(lǜ)不穩定。對特(tè)定的渦輪流(liú)量計和不同(tóng)的😘脈動💛流,可(ke)🔞通過渦輪葉(yè)片旋轉角加(jia)速度與脈動(dong)🥰流各參數的(de)關🛀系計算出(chū)在脈動周期(qi)内各離散點(dian)所對應的渦(wo)🧡輪葉片的旋(xuan)轉角加速度(du)并生♋成脈動(dòng)頻率曲線。
　　進(jin)口脈動流會(hui)導緻渦輪流(liu)量計測量結(jie)果産生偏差(cha)，計算♻️表明該(gāi)偏差爲正偏(piān)差,即測量值(zhi)比真值偏💜大(da)。脈動流的頻(pin)率和振幅🔅是(shì)渦輪流量計(jì)産生測量偏(pian)差的主要影(yǐng)⚽響因素。當渦(wō)輪✍️轉子葉片(piàn)的角頻率與(yu)渦輪流量計(jì)進0脈動流的(de)脈動頻率相(xiang)等時,渦輪流(liu)量計的響應(yīng)曲線與輸入(rù)脈動曲線相(xiang)似,其測量結(jié)果接近真實(shi)值;當渦輪流(liú)量計轉子葉(yè)片角頻率🌈大(dà)于進0脈❄️動流(liu)的脈動頻率(lü)時,進0脈動流(liu)引起的測🙇🏻量(liang)偏差相對較(jiao)小，渦🏒輪流量(liàng)計測量偏差(cha)随進0脈動🏃‍♀️流(liú)的脈動振幅(fú)增大而減小(xiǎo);當渦輪流量(liàng)計轉子葉片(pian)角頻率小于(yú)進口脈動流(liu)的脈動頻率(lǜ)時,進0脈動流(liú)引起的測量(liang)偏差相對較(jiào)大,渦輪流量(liang)計測量偏差(cha)随🏃🏻‍♂️進口脈動(dong)流的振動振(zhen)幅增大而增(zēng)大。當流體介(jiè)質中混🍉入遊(you)離空氣，會進(jìn)一步增大🌈脈(mo)動流的脈動(dòng)振幅。
2.3黏度對(duì)渦輪流量計(ji)測量精度的(de)影響
　　被測流(liu)體黏度變化(hua)會影響渦輪(lún)流量計的儀(yí)表系🔱數。被測(ce)流體黏度會(hui)随流體溫度(dù)的變化而變(biàn)化,其雷諾數(shù)會相應💋變化(huà),單位💋流體經(jing)過渦輪流量(liàng)計時流阻會(hui)相應改變,進(jin)而改變轉子(zǐ)葉片❗的輸出(chu)頻率,造成渦(wō)輪流量計儀(yí)表系數的變(biàn)化(當粘度升(shēng)高時🐉，渦輪流(liu)量計的測量(liang)精度會略有(you)下降)。(RP-3在20℃時的(de)粘度不小于(yú)1.25mm2/s)。在被測流體(tǐ)的溫度變化(hua)區間大時,應(yīng)♋考慮溫度變(bian)化對渦輪😄流(liu)量計測量結(jié)果的影響,并(bing)進行溫度修(xiu)正。
 
2.4燃油污染(rǎn)度對渦輪流(liú)量計測量精(jīng)度的影響
　　渦(wō)輪流量計爲(wei)高精度計量(liàng)儀表,轉子葉(yè)片和流量計(ji)内⛷️表面的表(biao)面粗糙度等(děng)級高。渦輪是(shi)高速機械轉(zhuan)動部件♈，轉子(zǐ)葉片‼️與殼體(ti)間隙很小。燃(ran)油中的顆粒(li)雜質會造成(cheng)🔴軸承磨🆚損及(ji)轉子卡滞,若(ruò)雜質顆粒吸(xi)附在轉子葉(yè)片表面，會增(zēng)大轉子葉片(piàn)💜的轉動慣🐕量(liang)。燃油中的遊(you)離水分子會(hui)造成流量計(jì)内部鏽蝕🏃🏻‍♂️,降(jiàng)低轉子葉片(piàn)和流量計内(nèi)表面的表面(mian)粗糙度等級(ji)。增大轉子葉(ye)片的轉動🐉慣(guàn)量以及低轉(zhuan)子葉片和流(liú)量計内表面(mian)的表❗面粗糙(cāo)度等級，會增(zēng)大流量計的(de)響應失💚真程(cheng)度。
2.5電磁幹擾(rao)對渦輪流量(liang)計測量精度(dù)的影響
　　電磁(cí)幹擾通常由(you)強電流或強(qiang)電磁設備引(yin)起,發生源通(tong)⛱️常有馬達、電(diàn)機、交流電源(yuán)等強電設備(bei)以及電力線(xian)纜、線圈、發射(she)器等電磁輻(fu)射裝置,常以(yi)電流場💋或磁(cí)場的形式出(chū)現。強電流或(huo)電磁會對永(yong)久電磁⛷️鐵附(fù)近的🙇‍♀️磁場産(chan)生擾動或疊(dié)加，使感應線(xiàn)圈對渦輪轉(zhuǎn)子的感應信(xìn)号發生畸變(biàn),進而引🌈起渦(wō)輪流量計輸(shu)出的頻率、電(dian)壓或電流傳(chuán)💘輸信号發生(shēng)畸📞變,造🥰成燃(ran)油流量顯示(shi)波動。
3消除外(wài)部因素影響(xiǎng)的方法
　　針對(duì)外部因素對(dui)渦輪流量計(jì)測量精度的(de)影響,可以從(cóng)♌以下五個方(fang)面進行消除(chu):
3.1保證渦輪流(liú)量計.上下遊(yóu)直管段長度(dù)
①渦輪流量計(jì)上遊直管段(duàn)及下遊直管(guan)段的管道通(tōng)徑與渦輪流(liu)量計的通徑(jing)保持--緻。
②渦輪(lun)流量計.上遊(you)直管段的長(zhǎng)度不應小于(yu)10倍的渦輪🏒流(liú)量計💘通徑。
③渦(wō)輪流量計下(xià)遊直管段的(de)長度不應小(xiǎo)于5倍的渦輪(lun)🔅流量㊙️計通徑(jing)。
④渦輪流量計(ji)盡量使用流(liu)量計廠家推(tui)薦的上下遊(you)直管段。
3.2消除(chú)脈動流影響(xiang)
①加粗燃油管(guan)道,降低管道(dao)内流速。
②流量(liàng)計遠離作動(dòng)部件,降低脈(mo)動流影響。
③流(liu)量計前後加(jiā)整流器、軟管(guǎn)、過濾網、過濾(lǜ)器等部件,減(jian)📐弱或消🌈除脈(mò)動流影響。
④系(xì)統作動部件(jian)和流量計可(kě)靠固定，減小(xiao)振幅,消除系(xi)統共振🥵。
3.3校準(zhun)過程控制
①渦(wō)輪流量計在(zai)送檢過程中(zhōng)，應可靠封堵(dǔ)開0部位，防止(zhi)多餘物💁進入(rù)渦輪流量計(ji)内部。
②渦輪流(liú)量計校準時(shí)校準介質盡(jìn)量使用滿足(zu)污染度要求(qiu)的航空煤油(yóu)。當無法使用(yòng)航空煤油校(xiao)準時🈲,應使用(yong)粘度盡🈚可能(néng)相近的介質(zhi)進行校準,流(liu)量計使用前(qián)先進行内部(bù)沖😘洗。
③渦輪流(liú)量計校準壓(ya)力、校準溫度(dù)盡可能接近(jin)現場試♋驗條(tiáo)👈件🐪。
④渦輪流量(liang)計使用前将(jiāng)流量計儀表(biǎo)系數、壓力修(xiū)正系數和溫(wēn)度修正系數(shu)等,更新至數(shu)據采集軟件(jian)。
3.4保證燃油污(wu)染度等級
①在(zai)渦輪流量計(ji)來流管路增(zēng)加滿足污染(ran)度等級要🔅求(qiu)和自帶除水(shuǐ)功能的油濾(lǜ)。
②定期更換油(yóu)濾濾芯。
③定期(qi)化驗燃油系(xì)統内燃油的(de)污染度等級(ji)。
④使用前在燃(ran)油系統的高(gāo)點進行放氣(qi)。
3.5降低電磁幹(gàn)擾
①渦輪流量(liang)計應遠離電(dian)機、變壓器等(děng)工作時産生(shēng)強磁場的設(shè)備。
②渦輪流量(liang)計應單獨走(zou)線,并使用屏(píng)蔽電纜。
③渦輪(lun)流量計應可(kě)靠接地,并與(yu)轉換模塊共(gòng)地。
④渦輪流量(liang)計輸出的脈(mo)沖信号應保(bao)持适度的信(xin)噪📞比。
4渦輪流(liu)量計使用過(guo)程中的注意(yi)事項
　　爲消除(chu)外部影響對(duì)渦輪流量計(jì)測量精度的(de)影響,保🏃‍♀️證渦(wo)輪流量計測(cè)量精度,在使(shǐ)用過程中應(yīng)注意以下五(wǔ)點🙇🏻:
4.1渦輪流量(liàng)計選型
　　渦輪(lun)流量計在選(xuan)型時,應綜合(hé)考慮測量介(jiè)質、流量、流速(sù)㊙️、使用場景、測(ce)量精度等因(yīn)素。測量介質(zhi)的粘度在渦(wō)輪流量計的(de)測量粘度區(qu)間内。測量介(jie)質的最大流(liú)量應在渦🌈輪(lun)流量計最大(dà)測量範🌐圍的(de)60%-80%之間，必♊要時(shi)在渦輪流量(liang)計及前後直(zhi)管段位置進(jìn)行縮徑♊。測量(liàng)介質的工作(zuo)溫度和環境(jìng)溫度在渦輪(lún)流量計🏃🏻的介(jie)質溫度🐆和環(huan)境溫度範圍(wei)内,并留有一(yi)定裕度。渦輪(lún)流量計(殼體(tǐ)、前後導🌈流器(qì)、渦輪轉子組(zǔ)件)的選材能(néng)耐受測量介(jiè)質的腐蝕。試(shi)車台燃❤️油系(xì)統渦輪流量(liàng)計應🈚使用防(fang)爆型渦輪流(liú)量計。渦輪流(liú)量計精度與(yu)測量系統精(jing)度的綜合不(bu)确定度能滿(man)足測量介質(zhi)測量的不确(què)定度要求📐,并(bìng)留有一定裕(yu)度。
4.2渦輪流量(liang)計安裝位置(zhi)确定
　　渦輪流(liu)量計确定安(an)裝位置時,應(yīng)綜合考慮介(jiè)質使用部位(wei)作動🛀部件、周(zhōu)邊環境等因(yīn)素。渦輪流量(liang)計的安裝位(wèi)置應盡可能(néng)地靠近試車(chē)台在試發動(dòng)機，降低流體(ti)🌍介質傳導時(shi)間、降低系統(tǒng)響應時間;應(yīng)盡可能遠離(lí)系統作動部(bù)件(如增壓泵(beng)、調壓器、伺服(fú)作動閥等)并(bing)可靠固定,降(jiang)低脈動流、部(bu)件振動可能(neng)産生的影響(xiǎng);應預🈲留系統(tǒng)維護空間，方(fāng)便渦輪流量(liàng)計的拆裝和(he)系統巡檢;應(ying)盡可能遠離(li)電磁線圈等(děng)強磁場🧡設備(bei)、電機等大功(gōng)率用電設備(bèi),降低電📱磁場(chang)對渦輪流量(liàng)計輸出信号(hao)的幹擾。
4.3介質(zhi)流體充分放(fang)氣
　　爲消除燃(ran)油系統介質(zhì)中遊離空氣(qì)産生的脈動(dòng)流,試車台燃(ran)油系統應在(zai)油庫來油位(wei)置設置自動(dong)放氣的燃油(you)濾,并在試🈲車(che)台靠近在試(shi)發動機的最(zuì)高點設置放(fang)氣點,以消除(chú)系統中的遊(you)離空氣;系統(tǒng)設置增壓泵(bèng)的,應保證泵(bèng)前來油壓力(lì)和管道通徑(jing)以降低油泵(bèng)抽吸過程造(zào)成🛀🏻局部燃油(yóu)介質的飽和(hé)蒸氣壓低于(yu)系統工作壓(ya)力,以避免燃(rán)油介質中🈲産(chan)生遊離空氣(qì)。
4.4渦輪流量計(ji)校準
　　渦輪流(liú)量計校準運(yun)輸過程中應(yīng)對開0部位密(mì)封，防止多餘(yú)物進入渦輪(lun)流量計内部(bù);整體可靠包(bao)裹，防止轉㊙️運(yùn)過程中的磕(ke)🌈碰造🔞成渦輪(lun)流量計損傷(shāng)。渦輪流量計(jì)在校準時，應(ying)選用航空🏒煤(méi)油進行校準(zhǔn),當條件不具(jù)備時應盡可(kě)能選用粘度(du)與航空煤油(you)相近的介質(zhi)進行校準,以(yi)避免因校準(zhun)介質不同引(yǐn)入測量精度(du)誤差。
4.5其他
　　燃(rán)油系統設計(jì)時應綜合考(kao)慮密封型式(shi)、管徑和管道(dao)🐇布♌局。管道及(jí)渦輪流量計(ji)連接部位應(yīng)選取适配的(de)密✏️封型式和(he)密封材料進(jìn)行可靠密封(fēng);管道閥門選(xuǎn)用球🧑🏾‍🤝‍🧑🏼閥、閘閥(fá)等密封🔞性能(neng)良好的閥門(men)型式和密封(feng)材料，以避免(mian)系統的外漏(lou)和内漏産生(shēng)系統測量誤(wù)差。根據經濟(jì)流速确定主(zhǔ)管道管徑,渦(wō)輪流量計和(he)前後直管🚩段(duàn)的變徑部位(wei)選用錐形擴(kuò)口型式且錐(zhui)度角盡可能(neng)小。定期進行(háng)燃油系統污(wu)染度檢查,确(què)保介質流體(tǐ)潔淨可用。
5結(jie)束語
　　通過上(shàng)述分析，漩渦(wo)流、脈動流、介(jie)質粘度、介質(zhì)污染度和電(dian)磁🔆幹擾等是(shì)渦輪流量計(ji)測量精度的(de)主要影響⚽因(yīn)素,在使用過(guò)程中應從渦(wo)輪流量計選(xuǎn)型、渦輪流量(liang)計安裝🌈位置(zhi)确定、介質流(liú)體充分放氣(qi)等方面進行(háng)控制，以消除(chú)外部因素的(de)影響，确🍓保渦(wo)輪流量計測(ce)量精度。

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