摘要：在一(yi)個體積管标準(zhun)裝置上對一種(zhong)新型渦輪流量(liang)計 的計量性能(neng)進行了試驗研(yan)究。和傳統渦輪(lún)流量計不同,該(gai)🌈新💚型渦輪流量(liang)計的葉輪采用(yong)3葉片長螺旋形(xing)結構,且沒有軸(zhou),軸💞承直🔞接套在(zai)葉輪罩上。試驗(yan)結果表明,通過(guò)葉輪結構.上的(de)改進.流量計的(de)抗流動幹擾能(néng)力明顯增強,不(bu)過由于該流量(liàng)計的葉輪較大(dà)，小流量時流量(liang)計儀表系數受(shou)到流體黏性阻(zu)力和軸承摩擦(cā)阻力影響要比(bǐ)大🐅流量時的影(yǐng)響大因此.在量(liàng)程🙇‍♀️範圍内依據(ju)檢定規程計算(suàn)得到流量計的(de)最大示值誤差(cha)爲0.2069,但重複性非(fei)常好,爲0.077%。利用分(fèn)段插值方法🍓對(duì)流量計的🥵儀表(biao)系數進行修正(zheng)後重新♍進行試(shì)驗.試驗結果表(biǎo)明該修正方法(fǎ)取得較好的效(xiao)果,流量計💘的相(xiàng)對示值誤差在(zài)+0.3%内。
0引言.
　　渦輪流(liu)量計 屬于速度(dù)式流量計,具有(yǒu)測量準确度高(gāo)、複現性和穩定(ding)性均好💰等優點(dian),而廣泛應用于(yu)石油、化工、電力(lì)等領域,并被應(ying)✌️用于貿易計量(liang)”。但是渦輪流量(liang)計的計量特性(xing)易受到來流的(de)速度分布和旋(xuan)轉流的影響(3-61,限(xiàn)制了其在安裝(zhuang)空間受限的場(chǎng)合使用。
　　筆者在(zai)傳統渦輪流量(liang)計的基礎上,通(tong)過對葉輪的改(gai)進設計，采用3葉(yè)片長的螺旋形(xíng)葉輪結構,使流(liú)量計的抗流動(dong)幹💔擾能力得到(dao)了極大的改善(shàn)。本文對該新型(xing)渦輪流量計的(de)計量性⛹🏻‍♀️能在一(yī)一個用于檢定(dìng)容積式🔴流量計(ji)的體積管标準(zhǔn)裝置上🌂進行了(le)試驗研究,并對(dui)試驗結果進👉行(hang)了分析。
1新型渦(wō)輪流量計結構(gòu)
　　渦輪流量計内(nèi)的葉輪是流量(liang)信号檢測部件(jiàn),其作用是把流(liú)✌️體🔞動能轉換成(chéng)機械能，通過葉(yè)輪旋轉，在葉片(pian).上取出與流量(liàng)成正🔞比的頻率(lǜ)信号。與傳統渦(wo)輪流量計不同(tóng),該新型渦輪流(liu)量計的葉輪采(cai)用的是3葉片長(zhǎng)螺旋型結構,葉(yè)輪外加一一個(gè)葉輪罩;葉♊輪罩(zhao)加工成爲兩端(duan)對稱的台階形(xíng)式,其中間部分(fèn)和流量計内💃殼(ké)之間的間隙非(fei)常小，隻有0.1~0.2mm;葉輪(lún)♌輪毂兩端采用(yòng)🈲半橢球🛀🏻形結構(gou)⛷️,以緩和流量計(ji)進、出口速度分(fèn)布的急劇變化(hua)，提高葉輪旋轉(zhuǎn)穩定性以及降(jiàng)低壓力損失。另(lìng)外,該流量計沒(mei)有轉軸,軸承直(zhí)接套在葉輪罩(zhào)上,軸承的定位(wei)通過前、後導流(liú)架和葉輪罩上(shang)的台階來實現(xian)。這種結構設計(jì)的優點是簡單(dān)、便于安裝維護(hu),在加工工藝上(shàng)易♻️于實現既定(ding)的公差要求，從(cóng)🙇‍♀️而确保葉輪在(zai)殼體内平穩轉(zhuan)動。由于葉輪結(jié)構的改進💃🏻.新型(xing)渦輪流量計的(de)計量特性上🌏也(yě)💘表現出了與傳(chuán)統渦輪流量計(ji)的不同🌈之處。一(yi)是由于該♈流量(liàng)計的葉輪尺寸(cun)較大,葉輪需要(yào)較大流量‼️推動(dòng)才開始轉動，故(gù)始動流量✨較大(da);而且小流量時(shi),作用在葉輪上(shàng)的流體粘性阻(zu)力矩和軸承摩(mo)擦力矩對流量(liàng)計葉輪的旋轉(zhuǎn)速度的影響要(yào)比大流量時嚴(yan)重得多,因此,流(liu)💃🏻量計的儀表系(xì)數在整個量程(chéng)範圍内的線性(xìng)度不好,需要對(dui)儀表系數進行(hang)修正。二是葉輪(lun)具有很強的“整(zhěng)流”作用因,主要(yao)是由于螺旋形(xíng)❓葉輪結構能産(chǎn)生很強的漩渦(wō)作用.加速和增(zeng)大了葉輪結構(gou)内的紊流混合(hé)作用,實現了能(neng)在較短距離内(nei)将含💔有不同流(liu)動幹擾量的流(liú)速整流成爲相(xiang)同的流💃速分布(bu)。三是流量計的(de)流通能力降低(dī)，因此,壓力損失(shi)也要比傳統渦(wo)輪流量計的壓(yā)力損失大。新型(xing)渦輪流✌️量計結(jie)構示意圖如✏️圖(tú)1所示

2試驗裝置(zhì)
　　液體标準流量(liàng)裝置爲LJG41型球式(shì)雙向體積管檢(jian)定裝置。該标準(zhǔn)體積管的流量(liang)範圍爲1~50m3/h,重複性(xing)優于0.2%,準确度爲(wèi)0.035%,标準體積爲99.1344L。需(xu)要說明的是該(gāi)檢定裝置主要(yào)是用于容積式(shi)流量計的檢定(ding)🛀🏻,因此,在安裝被(bèi)檢流量計管段(duan)上遊并沒有足(zu)夠長的直管段(duan),其上遊直接.連(lian)接一個球閥，緊(jin)接着連接一個(gè)T型管路。主要是(shi)想利用這樣的(de)流量檢定裝置(zhi)🐇來檢驗該新型(xíng)渦輪流量計是(shi)否具有容積式(shì)流量計的🐪計量(liàng)特點，即其♌上、:下(xia)遊無需直管段(duan)☔。
　　該試驗裝置檢(jian)定流量計的流(liu)程如圖2所示。進(jin)行流量計檢‼️定(dìng)時,根據JJG1037--2008《渦輪流(liu)量計檢定規程(chéng)》9)的要求，在流量(liang)計的✍️上遊安裝(zhuāng)壓力傳感器,在(zài)流量計的下遊(yóu)🐪安裝溫⭐度傳感(gǎn)器。渦輪變送器(qi)與計算機采用(yòng)屏蔽電纜連接(jiē)。爲了便于調節(jie)流量,同時把變(bian)送器與流🈲量積(ji)算儀連✌️接,根據(ju)積算👌儀的瞬時(shi)流量顯示，調節(jiē)📞每個檢定點流(liú)量的大小，保證(zheng)每個檢定點的(de)流量符合檢定(ding)規程的要求。
3試(shì)驗結果及分析(xī)
3.1基本性能試驗(yàn)研究
　　該新型渦(wō)輪流量計的設(shè)計技術指标如(rú)下:公稱直徑🐕爲(wèi)50mm,流量範圍爲6~30m'/h,計(ji)量準确度爲0.3級(ji),重複性優于0.1%試(shi)驗介📞質爲0号柴(chái)油,其運動🔴粘度(du)爲3.6×10-6m2/s(20℃),環境溫度爲(wei)9℃,相對濕度爲65%。依(yi)據渦🆚輪流量計(ji)檢定🐆規程中的(de)要求選擇了6個(gè)流量點進行試(shì)❓驗,每個流量點(dian)的試驗次數爲(wei)☂️6次。試驗時同時(shí)記錄每個😍流量(liang)點的檢🏃🏻‍♂️定條件(jiàn)。例如,對試驗流(liu)量爲21m3/h時記錄的(de)試驗條件如下(xià):體積📱管液溫平(ping)均值爲10.2℃,體積管(guǎn)表壓平均值爲(wei)0.26MPa,流量計處液溫(wen)平💋均值爲10.0℃,流量(liang)計處🤟表壓平均(jun1)值爲0.2MPa。
　　結合試驗(yàn)數據,流量計的(de)儀表系數、示值(zhí)誤差.和重複✉️性(xing)🌐的計算過程如(rú)下.
1)檢定條件下(xia)體積管的實際(jì)體積的計算:

　　式(shi)中:Vij爲第i檢定點(dian)第j次檢定時标(biāo)準體積管處的(de)實☎️際🔅體🐆積🌈;Va爲标(biao)✨準體積管的标(biāo)準體積;D爲标準(zhǔn)體積管的内徑(jing);e爲标準體積管(guǎn)的厚度;E爲标準(zhun)體積管材料的(de)彈性模量;(pa)ij爲✔️第(di)i檢定點第j次檢(jian)定時标準體積(ji)管處液體壓力(li);β。爲标準體積管(guǎn)的體膨脹系數(shù),(?s)ij爲第i檢定點第(di)j次檢定時标準(zhun)體積管處液體(ti)溫度。
2)每個檢定(dìng)點每次檢定時(shí)儀表系數的計(jì)算:

　　式中:Kij爲第i檢(jiǎn)定點第j次檢定(dìng)時所得的儀表(biǎo)系數;N;爲💃第i檢定(dìng)點第🔆j次檢定時(shí)流量計顯示儀(yi)表測得的脈沖(chòng)數;(?m)ij爲第i檢定點(diǎn)第j次檢定時流(liú)量計處的液體(tǐ)溫☂️度;(pm)ij爲第i檢定(dìng)點第j次檢定時(shi)流量計處的液(yè)體表壓🚶‍♀️力;β爲檢(jian)定用液體在檢(jiǎn)定狀态下的體(tǐ)膨脹系數;κ爲檢(jian)定用液體在檢(jiǎn)定狀态🈲下的壓(ya)縮系數。
3)每個檢(jian)定點儀表系數(shù)的計算:

　　表1爲6個(gè)流量檢定點的(de)試驗數據依據(ju)式(1)至式(4)最後計(jì)算得到的每個(gè)檢定點的儀表(biǎo)系數和重複性(xing)。然後分别依據(ju)式(6)計算得到該(gai)流量計的最大(da)示值誤差爲0.2069。試(shì)驗結果說明該(gai)🏃‍♂️新型渦輪流量(liàng)計的線性度非(fei)常不好,但流量(liang)計的重複性非(fei)常好,爲0.077%,故可對(duì)該💋流量計的儀(yi)表系數進行非(fēi)線性修正🌈,以擴(kuo)大其量🔞程範圍(wéi)0。另外,較好的測(ce)量重複性說明(míng)了該新型渦㊙️淪(lún)流量計具有較(jiao)好的抗流動幹(gàn)擾能力,與文獻(xian)[7]中的研究結論(lùn)是相一🐕緻的。

3.2儀(yí)表系數修正
　　現(xiàn)有速度式流量(liàng)計的儀表系數(shu)非線性修正常(chang)用的方法有線(xiàn)🐉性插值法、三次(ci)樣條插值法和(hé)最小二乘法:1-12]。考(kǎo)慮到新💰型渦輪(lun)流量計流量Q與(yu)儀表系數K的🌐關(guan)系曲線爲單調(diao)遞增關系，較适(shi)合采用線性插(cha)值方法進行☁️修(xiu)正。以流量計檢(jian)定點作爲插值(zhi)函數的🍉節點，即(ji)各檢定流量點(dian)Qi(i=0,1,.5)對應的儀表系(xì)數爲Ki(i=0,1,.5),采取分段(duan)插值對其他流(liu)量點的儀表系(xì)數進行修正，具(jù)體的計算表式(shì)爲:

　　爲了考察流(liú)量計儀表系數(shu)修正效果,将6個(gè)檢定點的儀表(biao)系數🌐現場寫人(rén)流量積算儀，然(ran)後,在體積管标(biāo)準裝置上選擇(zé)10個非檢定流量(liang)點進行試驗,所(suo)得到的試驗結(jie)果💚如表2所示。Q表(biao)是流量積算儀(yí)的顯示值,Q标是(shì)标準裝置的示(shi)值,8。是兩者的相(xiàng)對💔誤差,具體的(de)計算公式爲:

　　結(jie)果表明,通過儀(yí)表系數非線性(xìng)修正，流量計.的(de)相對示值誤差(cha)在+0.3%之内,故實現(xiàn)了既定的設計(jì)要求。
4結論
　　在體(tǐ)積管标準裝置(zhi)上對一新型渦(wō)輪流量計的計(ji)量性能進行🐅了(le)試驗研究。試驗(yan)結果表明，由于(yú)該新型渦🆚輪流(liú)量計的葉輪采(cai)用了3葉片長螺(luo)旋形結構,使流(liu)量計在抵抗來(lai)流速度畸變對(dui)計量特性的影(yǐng)響方面得到了(le)明顯的改善,不(bu)過也導緻了流(liu)量計的線性度(du)非常差,但流量(liàng)計的重複性非(fei)常好。試驗結果(guo)同時也表明,通(tōng)過采用非線性(xing)修正後在全量(liang)程範圍内👣該新(xīn)型渦淪流量計(jì)的計量準确度(dù)等級可達0.3級,從(cóng)而爲安裝🏃🏻空間(jiān)受限場合,例如(ru)機動油料裝備(bèi)上,提供了高精(jing)度的流量💃計量(liang)裝置。

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