摘(zhāi)要：對氣體渦(wo)輪流量計 的(de)主要組件引(yin)起的壓力損(sǔn)失進行了對(dui)比實驗測量(liang)比👌較了葉輪(lun)形狀和葉片(piàn)數.前導流器(qi)不同結構對(duì)壓損的影響(xiǎng)程度。結果表(biao)明導流器和(he)葉輪改進後(hou)流量🙇🏻計的壓(ya)🍉力損失明顯(xian)降低同時靈(ling)敏度也得🔴以(yi)提高。
　　我國西(xī)氣東輸"以及(ji)南水北調"工(gong)程中各種各(ge)樣的輸送管(guǎn)道總管和支(zhi)管均需要數(shu)以萬計的流(liu)量測🏃🏻‍♂️量儀表(biao)即流量計來(lái)及時提供流(liú)動參數實施(shī)動态監測。渦(wō)輪流量計是(shi)其中必不📞可(ke)少的一種。它(ta)是葉輪式速(su)度流量計屬(shǔ)于速度式測(cè)量,即利用測(ce)量管道内介(jie)質流🔞動速度(dù)來得到流量(liàng)的測量方法(fǎ)。
　　置于流體中(zhong)的葉輪的旋(xuán)轉角速度與(yu)流體流速成(cheng)正比通過測(ce)量葉輪的旋(xuán)轉角速度得(de)到流體流速(su)❤️從而得到管(guan)道内的流量(liàng)值。　　在選擇渦(wō)輪流量計 的(de)時候,除了要(yào)求其具有精(jing)度高、量程大(dà)和起始流量(liàng)小🔱的優點外(wai),壓損小也是(shi)一個關鍵指(zhǐ)标。流體通過(guo)渦輪流量計(jì)的壓力損失(shi)越小,則流體(tǐ)由輸入至輸(shū)出管道所消(xiāo)耗能量就越(yuè)小,即所需總(zǒng)動力将減少(shao),由此可㊙️大大(dà)節約㊙️能源降(jiang)低輸送成本(běn)提高利用✉️率(lü)。将對流量計(jì)進行實驗對(dui)比測量,得出(chū)主要組件⛱️對(duì)壓損的影響(xiang)程度,爲針對(duì)性❗的改進優(yōu)化設🐆計提供(gong)有力數據。
1.結(jie)構與壓力損(sǔn)失
　　渦輪流量(liàng)計結構示意(yi)圖如圖1所示(shì),主要組件包(bao)括🏃🏻‍♂️整流栅📞、前(qian)導流器、葉輪(lún)以及後導流(liu)器等。當流體(tǐ)通過管道時(shí)沖擊葉輪,對(duì)葉輪産生驅(qu)動力矩使葉(yè)輪克服摩擦(cā)力矩和流體(ti)阻力矩而旋(xuán)轉,在一定的(de)流量範圍内(nei)葉輪的旋轉(zhuǎn)角速度💃🏻與流(liú)體流速成正(zheng)比。　　因此,葉輪(lún)的🔞轉速通過(guò)裝在機殼外(wài)的磁電轉換(huàn)裝置轉換爲(wei)模拟電流量(liàng),進而顯示爲(wei)瞬時流量值(zhí)和累積流量(liàng)值。
 
　　流體從機(ji)殼進口流入(rù),首先經過整(zhěng)流栅進行穩(wěn)流再✌️進入前(qian)導流器前導(dǎo)流器對流體(tǐ)有收斂作用(yong)，防止流體發(fa)生分離産生(sheng)大📞的渦旋運(yun)動,前導流葉(ye)片對流體起(qǐ)導向作用,避(bi)免流體自旋(xuan)而改變對葉(ye)輪葉片的作(zuò)🔴用角度保證(zhèng)測量的精度(dù)。流體經葉輪(lún)後将以螺線(xian)型方式向前(qian)流⛷️動,加入帶(dai)葉片的後導(dao)流🔴器對其進(jìn)行導流使流(liú)體沿管壁直(zhi)線流動減少(shao)各種阻力引(yin)起的能量損(sǔn)失。
流體通過(guò)流量計的壓(yā)力損失與介(jiè)質的密度、流(liú)速🔞等有關其(qí)計算公式爲(wei):
△P=αxρv2/2
　　其中,△P,壓力損(sun)失α,壓損系數(shu)ρ,介質密度v流(liú)速。
　　由于ρ和v爲(wei)流體流動參(cān)數不能随意(yì)增減,因此隻(zhī)能盡量減小(xiao)壓損系數α,以(yi)達到降低壓(ya)損的目的。壓(yā)損系數除了(le)受流體粘性(xing)、管徑及管長(zhǎng)等因素影響(xiǎng)外💘還與流㊙️量(liang)計内部各部(bu)件的幾何結(jié)構有關。
2測量(liang)
　　采用口徑D=100mm,量(liang)程Q=50m³/h~600m³/h的渦輪流(liu)量計,在吸氣(qi)式試驗台，上(shàng)分别對常🐆壓(yā)、介質爲空氣(qì)、不同結構的(de)前導流器、不(bú)同葉片數及(jí)形🔞狀的葉輪(lún)進行測量。
2.1前(qian)導流器
　　圖2和(hé)圖3分别爲兩(liǎng)種結構的前(qian)導流器示意(yì)圖。圖2爲渦輪(lún)流量計常用(yong)結構,葉片數(shu)爲6導流.體形(xing)狀由流入至(zhì)流出呈錐形(xíng),葉片長與錐(zhuī)體高度相同(tóng).圖3爲本🛀文改(gai)進的前導流(liu)器結構示意(yì)圖其主🧡要特(te)點是将錐體(tǐ)改爲半橢球(qiu)體,葉片數增(zēng)加到12并把葉(yè)片長度縮小(xiǎo)1/3.
 
　　圖4是兩種結(jie)構下,流體經(jing)過流量計後(hou)的壓力損失(shī)曲♋線。由💔圖4可(ke)看出在流量(liang)<100m³/h時,壓力損失(shi)不受導流器(qì)結構的影響(xiang)而且壓損很(hěn)小。随着流量(liang)增大,改進的(de)⭐導流器的壓(ya)損明顯低于(yu)錐體導流器(qì)在最大流量(liang)600m³/h處錐體的壓(yā)損約爲半橢(tuǒ)球體的2倍,可(ke)見導流器的(de)結構對流量(liang)計壓力損失(shi)有不容忽視(shi)✨的影響作用(yong)🌍。
 
　　使半橢球體(ti)壓損降低的(de)主要原因是(shì):半橢球體外(wai)形過渡更🔴光(guang)滑,降低了流(liu)體流動分離(li)的發生更加(jia)符合對流動(dòng)條🈲件的要求(qiu)，從而使壓損(sun)大大降低。适(shì)當增加👄葉片(pian)數而減少葉(yè)片長度不但(dàn)可以起到較(jiao)好的穩流☎️、整(zhěng)流作用減少(shao)因流動渦旋(xuán)産生的壓力(lì)損失而且使(shǐ)流通面積有(you)一個逐步減(jiǎn)小的過程避(bì)免了流體進(jin)🔞入導流器後(hou)由于流通面(miàn)積的突然收(shou)📐縮引起的壓(ya)力損失的增(zeng)大。結果表🈲明(míng)以上因素的(de)綜合結果使(shǐ)流體流♌經導(dao)流器時的壓(yā)損💃🏻明顯降低(dī)。
2.2葉輪
　　葉輪按(an)照設計要求(qiú)爲葉片數z=12~20,葉(ye)片傾角a=30°~45°,重疊(dié)度爲1~1.2,葉片🏃🏻與(yu)内機殼間隙(xi)爲0.5mm~1mm。爲提高流(liu)量計的靈敏(min)度可适當增(zeng)加🚶葉片數。
　　流(liu)量計常用葉(yè)輪葉片數爲(wei)13,葉片形狀爲(wèi)矩形。爲提高(gao)流量計的靈(líng)敏度作者對(duì)葉輪作了改(gǎi)造，将葉片數(shù)增爲20,葉片形(xing)狀設計成葉(ye)頂寬葉根窄(zhǎi)的倒梯形形(xíng)狀梯🏃形尺寸(cùn)以保證🛀相同(tong)重疊度爲原(yuan)則。圖5爲分别(bié)采用13和20葉片(piàn)數的☂️葉輪後(hou)流量計壓損(sǔn)曲線圖。可看(kan)到兩條曲線(xian)幾乎重合。說(shuo)明在允許範(fàn)圍内,葉輪葉(yè)片數的增♊減(jian)以及葉片形(xíng)狀的改變對(duì)壓力損失的(de)影響可以忽(hū)略。但通過對(duì)起始流量的(de)測量發現，對(dui)13葉片數葉輪(lun),測得🛀流量計(ji)起始流量✏️爲(wei)7.5m³/h,而對20葉片📞數(shu)葉輪則爲6.5m³/h,可(kě)見适當增加(jiā)葉🈲片數和重(zhong)疊度，可以㊙️在(zai)不增加壓損(sun)的💞前提下🐅較(jiào)明顯地提高(gāo)流量計的✉️靈(ling)敏度。
 
2..3儀表系(xi)數
　　渦輪流量(liàng)計性能的另(ling)外一個重要(yào)指标是儀表(biǎo)系數K。儀🌈表系(xi)數可理解爲(wèi)流量計儀表(biǎo)的輸出流量(liàng)值與通過流(liú)量計的實際(ji)流量值之比(bǐ)。因儀表的輸(shu)出流量值與(yǔ)儀表内磁電(diàn)轉換器輸出(chu)頻率成正比(bi),故K也表示爲(wei)輸出頻率與(yu)實際流量之(zhī)比即:
 
　　由式可(kě)見，理想的儀(yí)表系數K與結(jie)構參數有關(guān)與流量變化(huà)⭕無關。對某一(yī)流量計K爲一(yī)常數在K-qv圖上(shàng)爲-平行橫軸(zhou)的直線。但對(dui)🈲實際㊙️的流體(ti)流動,由于葉(yè)輪要克服軸(zhóu)承的機械阻(zu)力矩.流體❓産(chǎn)生的阻力矩(ju)并受流動狀(zhuàng)态等因素的(de)影響使K不可(kě)能保持直線(xiàn)而在🐇量程範(fan)圍内🛀🏻盡量保(bao)證K爲一常數(shu)是保證流量(liang)計精🛀🏻度的前(qián)提條件。
　　對半(bàn)橢球體導流(liú)器和梯形葉(yè)輪對流量計(jì)儀表系🔆數的(de)影響進行了(le)實驗測試,考(kǎo)察改變結構(gòu)組件後對儀(yí)表性能的💰影(ying)響。
　　圖6爲分别(bié)采用錐體和(hé)半橢球體導(dao)流器,流量計(ji)儀表系數♍的(de)⭐測試結果。由(yóu)圖可看出采(cai)用改進的導(dǎo)流器後流量(liang)計儀表系數(shu)比改進前有(yǒu)較好地改善(shàn)在量程範圍(wei)内50m³/h~600m³/h),K很好地體(tǐ)🏃‍♂️現常系數的(de)特性甚至在(zai)超過最大量(liang)程後能繼續(xù)保持水♈平直(zhí)線狀态。改進(jin)前的流量計(jì)K值也較好,但(dàn)随着流量增(zēng)大直線略向(xiang)下傾斜偏離(li)了水平位置(zhì)。
 
3結論
　　通過對(dui)氣體渦輪流(liú)量計主要組(zǔ)件性能的實(shi)驗測量得出(chū):1）前導流器是(shi)引起流量計(ji)壓力損失的(de)主要因素之(zhi)一。當采用改(gǎi)進的半橢球(qiu)體導流結構(gòu)後流量計的(de)壓損被大幅(fu)度🌏降低。2）對🧡葉(ye)輪葉片進行(hang)适當改造後(hou),可明顯降低(dī)起始流量值(zhi)提高流量計(ji)靈敏🤩度。3）采用(yong)改進的組件(jian)後流量計具(jù)有更加穩定(dìng)的儀表系數(shu)值流🎯量計的(de)精度得到提(tí)高。

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