摘要:本(běn)文對航空發(fa)動機試車台(tái)燃油系統渦(wō)輪流量計 的(de)工作原理進(jìn)行簡單說明(ming),詳細分析了(le)漩渦流、脈動(dong)流介🧡質粘度(dù).介質污染度(dù)和電磁幹擾(rǎo)等的外部因(yīn)素對渦輪流(liú)量計🚶測量精(jīng)度的影響，并(bìng)逐-給出了消(xiao)除外部影響(xiang)因素的方法(fa),對渦輪流量(liang)計使用過程(chéng)中的注意事(shì)項進行了詳(xiang)細說明,對航(háng)空發動機試(shì)車台燃油系(xi)統提升燃油(you)流量的測量(liang)精度具有🔴一(yi)定的指導意(yi)義。
0引言
　　航空(kong)發動機試車(che)台燃油系統(tong)是試車台工(gōng)藝系統的🔴重(zhong)📐要組成部分(fèn),用于爲發動(dong)機提供所需(xū)壓力和流量(liàng)的持🐪續不間(jiān)斷的燃油供(gong)應，一般具有(yǒu)調壓、過濾、計(jì)量等功能。
　　發(fa)動機燃油耗(hao)油率作爲發(fā)動機性能評(píng)定的重要參(cān)數之一，要求(qiú)燃油流量測(ce)量應盡可能(néng)地降低來自(zì)外界的影響(xiǎng)、盡可能真實(shí)地反映發動(dòng)機實際燃油(you)消耗。雙轉子(zi)渦輪流量計(jì)作爲速度式(shi)流量測量儀(yi)表,其具有測(ce)量精度高、測(ce)量範圍廣、抗(kàng)幹擾能力強(qiang)、脈沖輸出等(deng)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(ce)量👣,以滿足發(fa)動機燃油消(xiao)耗實時測量(liàng)的要求。
1渦輪(lun)流量計工作(zuo)原理
　　渦輪流(liu)量計主要由(you)流量計殼體(tǐ)、渦輪轉子、渦(wō)輪轉🐇子前後(hou)導流器、壓緊(jin)圈、感應線圈(quan)和永久磁鐵(tiě)等組成。當燃(ran)油流經渦輪(lun)流量㊙️計時,管(guǎn)道内流動的(de)燃油驅動渦(wo)輪轉子軸向(xiàng)轉動，渦輪轉(zhuan)子轉速随燃(ran)油流❗速的增(zēng)加而增加,渦(wō)輪轉子切割(ge)永久磁鐵的(de)磁力線,感應(yīng)線圈檢測到(dao)渦輪轉子的(de)電磁💰信号并(bìng)轉換成可讀(du)取的頻率、電(diàn)流或電壓🐉信(xin)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(zuo)狀态下，渦輪(lún)流量計的體(tǐ)積流量qv與渦(wo)輪流量計輸(shū)出的信号脈(mo)沖頻率F之間(jiān)呈正比關系(xi)，即:
 
式中:K爲渦(wō)輪流量計儀(yí)表系數,L-1;F爲渦(wō)輪流量計輸(shu)出的脈沖頻(pin)率🛀🏻。
　　理想工作(zuo)狀态下，渦輪(lún)流量計的儀(yí)表常數K爲定(ding)值🌈，在使🏒用❤️過(guo)程中渦輪流(liú)量計的儀表(biao)常數與外部(bu)流狀态📞、流體(tǐ)黏度、流體溫(wēn)度、流體壓力(li)等呈函數關(guān)系,即K=f(qv、t、P、T)。
2渦輪流(liú)量計測量精(jing)度的外部影(yǐng)響因素
　　在實(shi)際使用過程(cheng)中,由于渦輪(lún)轉子的轉動(dong)慣量、介質來(lái)流旋渦、介質(zhi)來流壓力波(bo)動、流量計及(jí)管道的♊振動(dòng)☁️、介質來流污(wū)染🥰度、介質來(lai)流溫度變化(hua)等影響,會造(zao)成渦輪流量(liàng)計精✌️度測量(liàng)誤差。
2.1漩渦流(liú)對渦輪流量(liang)計測量精度(dù)的影響
　　當燃(ran)油繞過障礙(ài)物如閥門、油(yóu)濾、流量計時(shí)都會産生💃🏻漩(xuán)🌐渦流動。爲保(bǎo)持渦輪流量(liang)計儀表系數(shù)K爲定值，流過(guo)渦輪流量計(ji)的‼️來流速度(dù)應保持不變(biàn)、減小來流速(su)度畸變,以消(xiāo)除漩渦流的(de)影響。爲使流(liú)經渦輪🈚流量(liang)計的介質來(lái)流速度畸變(biàn)盡可能的小(xiǎo)，在渦輪🏃‍♀️流量(liang)計上下遊均(jun1)設置一定長(zhang)度的直管段(duan),使介質‼️來流(liú)發展成爲層(céng)流或水力光(guang)滑管的流型(xing)。
　　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(qing)況研究,可知(zhi)渦輪流量計(jì)上遊直管段(duan)越長，旋渦流(liú)動對儀表常(chang)數影響就越(yue)小，在旋轉來(lái)流中的特性(xìng)研究,正旋🌂轉(zhuan)來流會使儀(yí)表常數偏大(dà),而負旋轉則(zé)會使儀表常(cháng)數偏小。如圖(tu)3所示。随着上(shang)🛀遊直管段長(zhang)👄度的增加,漩(xuán)渦流動的旋(xuán)轉流強度會(hui)随之衰減;渦(wō)輪流量計越(yue)靠近漩渦流(liú)動的源頭，渦(wō)輪流量計的(de)精度就越差(cha)。因此,在安裝(zhuāng)渦輪流量計(jì)時,在流量計(ji).上遊和下遊(yóu)分别設置一(yi)定長度的直(zhí)⭐管段可以顯(xian)著削弱漩渦(wō)流動，提高渦(wo)輪流量🔱計的(de)測量精度。
 
2.2脈動流對渦(wō)輪流量計測(cè)量精度的影(ying)響
　　脈動流指(zhi)流體在測量(liàng)區域的流速(sù)是時間的函(hán)數♈,但💁在一個(ge)足夠長的時(shi)間段内有一(yi)個相對穩定(dìng)的平均值。脈(mò)動流-般由齒(chǐ)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(mò)動🏒流産生的(de)來💔源有多種(zhǒng)，可來源于往(wǎng)複旋轉🚶‍♀️的機(ji)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(zhen)或❓支架顫振(zhen);可來🏃‍♂️源于壓(ya)力調節🤞閥或(huò)流量控制閥(fa)的快速的壓(yā)力或流量調(diao)節;也可來源(yuán)于流體管道(dao)閥🈲門、節流噴(pen)嘴的周期性(xing)作動;還可來(lai)源于👉系統節(jie)流孔闆、彎頭(tóu)等幾何特征(zheng)⁉️而引起🥵的流(liu)體振動和湍(tuan)流㊙️。如圖4燃油(you)出口閥門作(zuo)動引起的脈(mò)動流。
　　流量計(jì)來流存在脈(mò)動流，會導緻(zhì)流量計測量(liang)誤差增大💔,甚(shen)至輸出頻率(lǜ)不穩定。對特(tè)定的渦輪流(liu)量計和不🤞同(tóng)的☁️脈動流,可(kě)通過渦輪葉(ye)片旋轉角加(jiā)速度與脈動(dòng)流各參數的(de)關💋系計算出(chu)在脈🏃‍♂️動周期(qī)内各離散點(dian)所對應的渦(wo)輪葉片的旋(xuán)轉角加速度(dù)并生成脈動(dong)頻率曲線。
　　進(jìn)口脈動流會(huì)導緻渦輪流(liu)量計測量結(jie)果産生偏差(cha)，計算表明該(gai)偏差爲正偏(pian)差,即測量值(zhí)比真值偏大(da)。脈動流❄️的頻(pín)率和振幅是(shi)渦輪流量計(ji)産生測量偏(piān)差的主要影(ying)響因素☀️。當渦(wō)輪轉子葉㊙️片(pian)的角頻率與(yǔ)渦輪流量計(jì)進0脈動流的(de)脈動頻率相(xiàng)🏃🏻等時,渦輪流(liu)量計的響應(yīng)曲線與輸入(ru)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(liú)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)小，渦輪流量(liang)計測量偏差(chà)随進0脈動流(liu)的脈動振幅(fu)增大而減小(xiǎo);當渦輪流量(liang)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(liu)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(dòng)流的振動振(zhèn)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(mò)動流的脈動(dòng)振幅。
2.3黏度對(dui)渦輪流量計(jì)測量精度的(de)影響
　　被測流(liu)體黏度變化(huà)會影響渦輪(lun)流量計的儀(yí)表系數。被測(cè)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(zi)葉片的輸出(chu)頻率,造成渦(wo)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(liàng)精度🈲會略有(you)下降)。(RP-3在20℃時的(de)粘度不小于(yu)1.25mm2/s)。在被測❄️流體(ti)的溫度變化(hua)區間大時,應(yīng)考慮溫度變(bian)化對渦輪☂️流(liú)量計測量結(jié)果的影響,并(bing)進行溫度修(xiū)正。
 
2.4燃油污染(rǎn)度對渦輪流(liú)量計測量精(jing)度的影響
　　渦(wō)輪流量計爲(wèi)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(zi)葉片與殼體(tǐ)間隙很小。燃(rán)油中的顆粒(lì)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(zeng)大轉子葉片(piàn)的轉動慣量(liang)。燃油中的遊(you)離水分子會(huì)造成流量計(ji)内部鏽蝕☎️,降(jiang)低轉子葉片(pian)和流量計内(nèi)表面的表面(miàn)粗糙度等級(jí)。增大轉子葉(yè)片的轉動慣(guàn)量以及低轉(zhuan)子葉片和🈲流(liu)量計内表面(miàn)的表面粗糙(cao)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(rǎo)對渦輪流量(liang)計測量精度(du)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(dian)機、交流電源(yuán)等強電設備(bèi)以及電力線(xiàn)🌈纜、線圈、發射(shè)器等電磁輻(fu)射裝置,常以(yǐ)電流場🥰或磁(ci)場的形式出(chū)現。強電流或(huo)😘電磁會對永(yong)久電磁🔞鐵附(fu)近的磁場産(chan)生擾動或疊(die)加，使感應線(xiàn)圈對渦🚩輪轉(zhuǎn)子的感應信(xin)号發生☔畸變(biàn),進而引起渦(wō)輪流量計輸(shū)出的頻💰率☀️、電(dian)壓或電流傳(chuán)📐輸信号發生(sheng)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(dui)外部因素對(dui)渦輪流量計(jì)測量精度的(de)影響,可以從(cong)以下五個方(fāng)面進行消除(chú):
3.1保證渦輪流(liu)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(jìng)保持--緻。
②渦輪(lun)流量計.上遊(you)直管段的長(zhang)度不應小于(yú)10倍的渦🌂輪流(liú)量計通徑。
③渦(wo)輪流量計下(xia)遊直管段的(de)長度不應小(xiao)于5倍的渦輪(lún)🏒流⚽量計通徑(jìng)。
④渦輪流量計(jì)盡量使用流(liú)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(xiǎng)
①加粗燃油管(guan)道,降低管道(dao)内流速。
②流量(liang)計遠離作動(dòng)部件,降低脈(mo)動流影響。
③流(liú)量計前後加(jia)整流器、軟管(guan)、過濾網、過濾(lǜ)器等部件,減(jian)弱🈲或消🏒除脈(mo)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(zhong)，應可靠封堵(du)開0部位，防止(zhǐ)多餘物進入(ru)渦輪流量計(ji)内部。
②渦輪流(liu)量計校準時(shi)校準介質盡(jìn)量使用滿足(zú)污染度要求(qiu)的航空煤油(yóu)。當無法使用(yong)航空煤油校(xiao)準時,應使用(yòng)粘度盡可能(néng)相近的介質(zhì)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(yā)力、校準溫度(dù)盡可能接近(jin)現場試驗👄條(tiao)件🎯。
④渦輪流量(liang)計使用前将(jiang)流量計儀表(biao)系數、壓力修(xiu)正系數🔴和溫(wen)度修正系數(shu)等,更新至數(shù)據采集軟件(jiàn)。
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(rǎn)度等級要求(qiú)和自⚽帶除水(shui)功能的油濾(lǜ)。
②定期更換油(you)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(rán)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(liàng)計應遠離電(dian)機、變壓器等(deng)工作時産生(sheng)強磁場🤟的設(she)備。
②渦輪流量(liàng)計應單獨走(zou)線,并使用屏(píng)蔽電纜。
③渦輪(lun)流量計應可(ke)靠接地,并與(yu)轉換模塊共(gòng)地。
④渦輪流量(liang)計輸出的脈(mò)沖信号應保(bǎo)持适度的信(xìn)噪比。
4渦輪流(liu)量計使用過(guò)程中的注意(yi)事項
　　爲消除(chu)外部影響對(duì)渦輪流量計(ji)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(ying)注意🔆以下五(wu)點:
4.1渦輪流量(liang)計選型
　　渦輪(lún)流量計在選(xuan)型時,應綜合(hé)考慮測量介(jiè)質、流量、流速(su)、使用場景、測(ce)量精度等因(yin)素。測量介質(zhì)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(lún)流量計最大(da)測量範圍的(de)60%-80%之間，必要時(shí)在渦輪流量(liang)計及前後直(zhí)管段位置進(jin)行縮徑🤞。測量(liàng)介質的工作(zuò)溫度和環境(jing)溫度在㊙️渦輪(lún)流量計㊙️的介(jie)質溫度和環(huán)境溫度範圍(wei)内,并留有一(yī)定裕度🏃‍♀️。渦輪(lún)流量計(殼體(ti)、前後導流器(qì)、渦輪轉子組(zu)件)的選材能(néng)耐受測量介(jie)質🔴的腐蝕。試(shì)車台燃油系(xì)統渦輪流量(liàng)計應使用防(fáng)爆型渦輪流(liú)量計。渦輪流(liu)量計精☁️度與(yu)測量系統精(jīng)度的綜📧合不(bú)确定度能⭕滿(man)足測量介質(zhì)測量的不确(que)定度要求,并(bing)留有一定裕(yu)度。
4.2渦輪流量(liàng)計安裝位置(zhi)确定
　　渦輪流(liu)量計确定安(ān)裝位置時,應(ying)綜合考慮介(jiè)質使用👅部位(wei)作動部件、周(zhou)邊環境等因(yin)素。渦輪流量(liang)計的安裝位(wei)置應盡可能(neng)✍️地靠近試車(che)台在試發動(dòng)機，降低流體(tǐ)介質傳導時(shí)間、降低系統(tǒng)響應時間;應(yīng)盡可能遠離(li)系統作動部(bu)件(如增壓🐪泵(bèng)、調壓器、伺服(fú)作動閥等)并(bing)可靠固定,降(jiàng)低脈👄動流、部(bù)件振動可能(neng)産生的影響(xiǎng);應預留系統(tong)維護空間👈，方(fāng)便渦輪流量(liàng)計的🌈拆裝和(hé)系✏️統巡檢⛹🏻‍♀️;應(yīng)盡可能遠離(lí)電磁線圈等(deng)強磁場設備(bèi)、電機等大功(gong)率用電設備(bei),降低電磁場(chǎng)對渦輪流量(liang)計輸出信号(hào)的幹擾。
4.3介質(zhì)流體充分放(fàng)氣
　　爲消除燃(rán)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(zài)油庫來油位(wèi)置設置自動(dòng)放⚽氣的燃油(yóu)濾,并在試車(che)台靠近在試(shi)發動機的最(zui)高點設置放(fàng)氣點,以消除(chú)系統中👣的遊(you)離空氣;系統(tong)設置增壓泵(bèng)的,應保證泵(beng)前來油壓力(lì)和管道通徑(jìng)以降低油泵(bèng)抽吸過程造(zao)成局部燃油(yóu)介質的飽和(hé)蒸氣壓低于(yu)系統🚩工作壓(yā)力,以避⭐免燃(ran)油介質中産(chǎn)生遊離空氣(qi)。
4.4渦輪流量計(jì)校準
　　渦輪流(liu)量計校準運(yun)輸過程中應(yīng)對開0部位密(mi)封，防止多餘(yú)物進入渦輪(lún)流量計内部(bu);整體可靠包(bāo)裹，防止轉運(yùn)過程中的磕(kē)碰造成渦輪(lun)流量計損傷(shang)。渦輪流量計(ji)🈚在校準時，應(yīng)選用航空煤(méi)油進☔行校準(zhun),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(zhì)進行💋校準,以(yǐ)避免因校準(zhun)介質不同引(yin)入測📧量精度(du)誤差☁️。
4.5其他
　　燃(ran)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(jì)連接部位應(ying)選取适配的(de)密封型✍️式和(he)密封材料進(jin)行可靠密封(fēng);管道閥門選(xuǎn)用球⭐閥、閘閥(fa)🏒等密封性能(neng)良好的閥門(men)型式和密封(feng)材料，以避免(miǎn)系統的外漏(lòu)和内漏産生(sheng)系統測量誤(wu)差。根據經濟(ji)流速确定主(zhǔ)管道管徑,渦(wo)輪流量計☁️和(he)前後直管段(duan)💞的變徑部位(wèi)選🌈用錐形擴(kuò)口型式且錐(zhui)度角盡可能(neng)小。定期進行(hang)燃油系統污(wu)染度檢查,确(què)保介質流體(tǐ)潔淨可用。
5結(jié)束語
　　通過上(shàng)述分析，漩渦(wo)流、脈動流、介(jie)質粘度、介質(zhi)污染度和電(diàn)磁❓幹擾等是(shi)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(wō)輪流量計選(xuan)型、渦輪流量(liang)計安裝位置(zhì)确🈲定、介質流(liú)體充分放氣(qì)等方面進行(hang)控制，以消除(chú)🌈外部因素的(de)影響，确保渦(wō)輪流量計測(cè)量精度。

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