摘(zhai)要：對氣(qì)體渦輪(lún)流量計(jì) 的主要(yao)組件引(yǐn)起的壓(yā)力損失(shī)進行了(le)對比實(shí)驗測量(liàng)比較㊙️了(le)葉輪形(xíng)狀和葉(ye)片數.前(qian)導流器(qi)不同結(jié)構對壓(ya)損的影(ying)響程度(dù)。結果表(biao)明導流(liú)器和葉(yè)輪改進(jin)後流量(liàng)🌂計的壓(yā)力損失(shī)明顯降(jiang)低同時(shí)靈敏度(dù)也得以(yǐ)提高。
　　我(wǒ)國西氣(qi)東輸"以(yǐ)及南水(shuǐ)北調"工(gōng)程中各(ge)種各樣(yàng)的輸送(sòng)管道總(zong)管和支(zhī)管均需(xu)要數以(yi)萬計的(de)流量測(ce)量儀表(biǎo)即流量(liàng)計來及(ji)時提供(gòng)流動參(can)數實施(shī)動态監(jian)測。渦👣輪(lun)流量計(ji)是其中(zhong)必不⛱️可(ke)少的一(yī)種。它是(shi)葉輪式(shi)速度流(liu)量計屬(shǔ)于速度(du)式🙇🏻測量(liang),即利🌐用(yòng)測量管(guǎn)道内介(jiè)質流動(dong)速度來(lai)得到流(liu)量的測(ce)量方法(fǎ)。
　　置于流(liú)體中的(de)葉輪的(de)旋轉角(jiǎo)速度與(yǔ)流體流(liú)速成正(zhèng)比通過(guò)測量葉(ye)輪的旋(xuan)轉角速(sù)度得到(dào)流體流(liú)速從而(ér)得到⚽管(guǎn)道内的(de)流量值(zhí)。　　在選擇(zé)渦輪流(liu)量計 的(de)時候,除(chu)了要求(qiu)其具有(you)精度高(gao)、量程大(da)和起始(shi)流量小(xiǎo)的優點(diǎn)外,壓損(sun)小也是(shi)一個關(guan)鍵指标(biāo)。流體通(tong)過渦輪(lun)流量計(jì)的壓力(li)損失越(yue)小,則流(liu)體由輸(shū)入至輸(shu)出管🧡道(dao)所消耗(hao)能量就(jiu)越小,即(jí)所需總(zǒng)動力将(jiāng)減少,由(yóu)此可大(dà)大節約(yuē)能源降(jiàng)低輸送(song)成本提(tí)高利用(yòng)率。将對(duì)流量計(jì)進行實(shí)驗🤩對比(bi)測量,得(de)出主要(yao)組件對(dui)壓損的(de)影響🚩程(chéng)度,爲針(zhen)對性的(de)改進優(you)化設計(ji)提供有(yǒu)力數據(ju)。
1.結構與(yǔ)壓力損(sun)失
　　渦輪(lún)流量計(jì)結構示(shì)意圖如(ru)圖1所示(shi),主要組(zǔ)件包括(kuo)整🔞流栅(shan)、前導流(liú)器、葉輪(lun)以及後(hòu)導流器(qi)等。當流(liú)體通過(guo)管道時(shí)⭕沖擊葉(ye)輪,對葉(yè)輪産生(sheng)驅動力(li)矩使葉(ye)輪克服(fu)摩擦力(li)矩和流(liú)體❓阻力(lì)矩㊙️而旋(xuan)轉,在一(yi)定的流(liú)量範圍(wéi)内葉輪(lun)的旋轉(zhuan)角速度(du)與流體(ti)流速成(cheng)正比。　　因(yin)此,葉輪(lún)的😍轉速(su)通過裝(zhuāng)在機殼(ké)外的磁(ci)電轉換(huan)裝置轉(zhuan)換爲模(mo)拟電流(liú)量,進而(ér)顯示爲(wei)瞬時流(liú)量✨值和(hé)累積流(liú)量值。
 
　　流體從(cong)機殼進(jin)口流入(rù),首先經(jing)過整流(liu)栅進行(hang)穩流再(zài)🔞進入前(qián)導流器(qi)前導流(liu)器對流(liu)體有收(shou)斂作用(yòng)，防止流(liu)體發💞生(shēng)分離産(chǎn)生大的(de)渦旋運(yun)動,前導(dǎo)流葉片(pian)對流體(tǐ)起導向(xiàng)🐪作用,避(bi)免流體(ti)♉自旋而(ér)改變對(duì)葉輪葉(ye)片的作(zuo)用角度(du)保證測(ce)量的精(jīng)度。流體(ti)經葉輪(lún)後将以(yǐ)螺線型(xíng)方式向(xiang)前流😍動(dong),加入帶(dài)葉片的(de)後導流(liú)☎️器對其(qi)進行導(dao)🐇流使流(liu)體沿管(guǎn)壁直線(xian)流動減(jiǎn)少各🍉種(zhong)阻力引(yin)起的能(néng)量損失(shī)✔️。
流體通(tōng)過流量(liàng)計的壓(yā)力損失(shī)與介質(zhi)的密度(du)、流速等(deng)有關其(qi)計算公(gong)式爲:
△P=αxρv2/2
　　其(qí)中,△P,壓力(li)損失α,壓(yā)損系數(shu)ρ,介質密(mi)度v流速(su)。
　　由于ρ和(hé)v爲流體(tǐ)流動參(can)數不能(néng)随意增(zeng)減,因此(ci)隻能盡(jìn)量減小(xiǎo)❄️壓損系(xì)數α,以達(da)到降低(dī)壓損的(de)目的。壓(yā)損系數(shu)除了受(shou)流❄️體粘(zhan)性、管徑(jing)及管長(zhang)等因素(sù)影響外(wai)還與流(liú)量計内(nèi)部各部(bu)件的幾(jǐ)何結構(gou)有關。
2測(cè)量
　　采用(yòng)口徑D=100mm,量(liàng)程Q=50m³/h~600m³/h的渦(wō)輪流量(liàng)計,在吸(xi)氣式試(shì)驗台，上(shang)分别對(duì)常👣壓、介(jie)質爲空(kong)氣、不同(tong)結構的(de)前導流(liú)器、不同(tóng)葉片數(shù)及形狀(zhuang)的葉輪(lun)進行測(cè)量。
2.1前導(dǎo)流器
　　圖(tu)2和圖3分(fèn)别爲兩(liǎng)種結構(gou)的前導(dao)流器示(shi)意圖。圖(tu)2爲😍渦輪(lún)✨流量計(ji)🐉常用結(jie)構,葉片(pian)數爲6導(dǎo)流.體形(xing)狀由流(liu)入至🐉流(liú)出🏃🏻‍♂️呈錐(zhuī)形,葉片(piàn)長與錐(zhui)體高度(dù)相同.圖(tu)3爲本文(wen)改進的(de)前導流(liu)器結構(gou)示意圖(tú)其主要(yào)特點是(shì)将錐體(tǐ)改爲半(bàn)橢球體(tǐ),葉片數(shù)增加到(dào)12并把葉(yè)片長度(du)❌縮小1/3.
 
　　圖(tu)4是兩種(zhǒng)結構下(xia),流體經(jīng)過流量(liàng)計後的(de)壓力損(sun)失曲線(xiàn)。由圖4可(ke)♌看出在(zai)流量<100m³/h時(shi),壓力損(sun)失不受(shou)導流器(qi)結構的(de)影響而(ér)且壓損(sun)很小。随(suí)着流量(liàng)增大,改(gǎi)進的🎯導(dao)流器的(de)壓損明(ming)顯低于(yu)錐體導(dao)流器在(zài)最大流(liu)量600m³/h處錐(zhui)體的壓(ya)損約爲(wei)半橢球(qiu)體的2倍(bèi),可見🔞導(dǎo)流器的(de)結構對(duì)流量計(jì)壓力損(sun)失有不(bu)容忽視(shì)的影響(xiang)作用🔞。
 
　　使(shi)半橢球(qiu)體壓損(sun)降低的(de)主要原(yuan)因是:半(bàn)橢球體(tǐ)外形過(guo)渡㊙️更光(guāng)滑,降低(di)了流體(ti)流動分(fèn)離的發(fa)生更加(jia)符合對(dui)流動條(tiao)件的要(yào)求❤️，從而(ér)使壓損(sǔn)大大降(jiàng)低。适當(dāng)增加葉(yè)片數而(er)減少葉(yè)片長度(du)不但可(ke)以起到(dao)較好的(de)穩流、整(zheng)流作用(yong)📞減少因(yin)流動渦(wō)旋産生(sheng)的壓力(lì)👅損失而(er)且使流(liú)通面積(ji)有一個(ge)逐步減(jian)小的過(guò)程避👅免(miǎn)了流體(tǐ)進入導(dǎo)流器後(hou)由于✨流(liú)通面積(ji)的突然(rán)收縮引(yin)起的♻️壓(yā)力損失(shī)的增大(da)。結果表(biǎo)明以上(shang)因素的(de)綜合結(jié)果使流(liu)體流經(jīng)導流器(qì)時的壓(ya)損明顯(xian)降低。
2.2葉(yè)輪
　　葉輪(lun)按照設(she)計要求(qiu)爲葉片(piàn)數z=12~20,葉片(pian)傾角a=30°~45°,重(zhòng)疊度爲(wei)1~1.2,葉片📧與(yǔ)🧡内機殼(ke)間隙爲(wèi)0.5mm~1mm。爲提高(gāo)流量計(ji)的靈敏(mǐn)度可适(shi)當增加(jia)葉片數(shu)。
　　流量計(jì)常用葉(yè)輪葉片(piàn)數爲13,葉(yè)片形狀(zhuang)爲矩形(xing)。爲提高(gāo)流量計(jì)🐕的靈敏(min)度作者(zhě)對葉輪(lún)作了改(gai)造，将葉(yè)片數增(zēng)爲20,葉片(piàn)形狀設(shè)計成葉(yè)頂寬葉(yè)根窄的(de)倒梯形(xing)形狀梯(ti)形尺寸(cun)以保證(zheng)相同重(zhong)疊度爲(wèi)原則。圖(tu)5爲分别(bie)采用13和(he)20葉片數(shù)的葉輪(lun)後流量(liàng)計壓損(sun)曲線圖(tú)。可🏃🏻看到(dào)兩條曲(qǔ)線幾乎(hu)重合🔆。說(shuo)明在允(yǔn)許🐪範圍(wéi)内,葉輪(lun)☎️葉片數(shù)的增減(jian)以及葉(ye)片形狀(zhuang)的改變(biàn)對壓力(lì)⛱️損失的(de)影響可(ke)以忽略(lue)。但通過(guo)對起始(shi)流量的(de)測量發(fa)現，對13葉(yè)片數葉(ye)輪,測得(de)✍️流量計(ji)起始流(liú)量爲7.5m³/h,而(ér)對20葉片(piàn)數葉輪(lun)則爲6.5m³/h,可(ke)見适當(dāng)增加葉(ye)片數和(hé)重疊度(dù)，可以在(zai)不增加(jiā)壓損的(de)前提下(xia)較明顯(xian)地提高(gāo)流量計(ji)的靈敏(mǐn)度。
 
2..3儀表(biǎo)系數
　　渦(wo)輪流量(liang)計性能(neng)的另外(wài)一個重(zhong)要指标(biao)是儀表(biao)系數K。儀(yi)表系數(shu)⭐可理解(jie)爲流量(liang)計儀表(biao)的輸出(chu)流量值(zhí)🔴與通過(guo)流量計(ji)的實際(ji)流量值(zhí)之比。因(yin)儀表的(de)輸出流(liú)量值🈲與(yu)儀表😍内(nei)磁電🧑🏽‍🤝‍🧑🏻轉(zhuan)換器輸(shū)出頻率(lǜ)成正比(bǐ),故K也表(biao)示爲輸(shū)出頻率(lü)🔱與實際(ji)流🙇‍♀️量之(zhi)比即:
 
　　由(you)式可見(jian)，理想的(de)儀表系(xi)數K與結(jié)構參數(shù)有關與(yu)流量變(bian)🧡化👉無關(guan)。對某一(yi)流量計(ji)K爲一常(cháng)數在K-qv圖(tu)上爲-平(ping)行橫⭕軸(zhóu)的直線(xiàn)📱。但對實(shí)際的流(liú)體流動(dòng),由于葉(yè)輪要克(kè)服軸承(cheng)的機械(xiè)阻力矩(ju).流體産(chǎn)生的✏️阻(zu)力矩并(bing)受流動(dòng)狀态等(deng)因素的(de)影響使(shi)K不可能(néng)保持直(zhí)線而在(zai)量程範(fan)圍内💃盡(jin)量保證(zheng)K爲一常(chang)數是保(bao)證流量(liàng)計精🏃🏻度(du)的前提(tí)條件。
　　對(duì)半橢球(qiú)體導流(liu)器和梯(ti)形葉輪(lun)對流量(liàng)計儀表(biǎo)系數的(de)影響進(jìn)行了實(shí)驗測試(shi),考察改(gai)變結構(gòu)組件後(hòu)對儀表(biao)性能的(de)影響。
　　圖(tu)6爲分别(bie)采用錐(zhuī)體和半(ban)橢球體(ti)導流器(qì),流量計(jì)儀表系(xì)數的測(ce)試結果(guo)。由圖可(kě)看出采(cai)用改進(jin)的導流(liu)器後流(liú)量計儀(yí)表系數(shù)比改進(jin)前有較(jiào)好地改(gai)善在量(liang)程範圍(wéi)内50m³/h~600m³/h),K很好(hao)地體現(xiàn)常系數(shu)的特性(xìng)甚至在(zai)超過最(zuì)大量程(chéng)後能繼(jì)續保持(chi)水平直(zhí)線狀态(tài)。改進前(qian)的流量(liang)計K值也(yě)較好,但(dàn)随着流(liú)量增大(dà)🌂直線略(lue)向下🌏傾(qīng)斜偏離(li)了水平(píng)位置。
 
3結(jie)論
　　通過(guò)對氣體(tǐ)渦輪流(liú)量計主(zhǔ)要組件(jiàn)性能的(de)實驗測(cè)量得出(chū):1）前🈲導流(liu)器是引(yin)起流量(liang)計壓力(li)損失的(de)主要因(yin)素之一(yi)。當采用(yong)改進的(de)半橢球(qiu)體導流(liu)結構後(hòu)流量計(ji)的壓損(sǔn)被大幅(fú)度降低(dī)。2）對葉輪(lun)葉🔆片進(jìn)行适當(dang)改造後(hòu),可明顯(xian)降低起(qi)始流量(liàng)值提高(gāo)流量計(ji)靈敏度(du)。3）采用改(gǎi)進的組(zu)件後流(liú)量計具(ju)有更加(jia)穩定的(de)儀表系(xi)數值流(liu)量🏃🏻計的(de)精度得(de)到提高(gāo)。

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