摘要：對氣(qi)體渦輪流(liu)量計 的主(zhu)要組件引(yǐn)起的壓力(li)損失進行(hang)了對比實(shi)驗測量🧡比(bi)較⚽了葉輪(lun)形狀和葉(yè)片數.前導(dao)流器不同(tóng)結構對壓(yā)損的影響(xiǎng)程度。結果(guǒ)表明導流(liú)器和葉輪(lun)改進後流(liu)量計的壓(ya)力損失明(ming)顯降低同(tong)時靈敏度(du)也得以提(tí)高。
　　我國西(xi)氣東輸"以(yǐ)及南水北(běi)調"工程中(zhōng)各種各樣(yàng)的輸送管(guǎn)道總管和(he)支管均需(xu)要數以萬(wàn)計的流量(liang)測量儀🌈表(biao)即流量🙇‍♀️計(jì)來及時提(ti)供流動參(can)數實施動(dòng)态監測。渦(wo)🐕輪流量計(jì)是其中必(bi)不🔴可少的(de)一種。它是(shi)葉輪式速(su)度💯流量計(jì)屬于速度(dù)式測量,即(ji)利用測量(liang)管道内介(jie)質流動速(su)度來得到(dao)流量的測(cè)👌量方法。
　　置(zhi)于流體中(zhong)的葉輪的(de)旋轉角速(sù)度與流體(tǐ)流速成正(zheng)比通過測(ce)量葉輪的(de)旋轉角速(su)度得到流(liú)體流速從(cong)而得到管(guǎn)道内的流(liú)量值。　　在選(xuan)擇渦輪流(liu)量計 的時(shi)候,除了要(yao)求其具有(yǒu)精度高、量(liàng)程大和起(qǐ)始流🈲量小(xiǎo)的💃🏻優點外(wài),壓損小也(ye)是一個關(guān)鍵指标。流(liú)體通過渦(wō)輪流量計(ji)的壓力損(sun)失越小,則(zé)流體由輸(shū)入至輸出(chu)管道所消(xiāo)耗能量就(jiu)越小,即所(suo)需總動力(lì)将減少,由(you)此可大大(dà)節約能源(yuán)降低輸送(sòng)成本提高(gāo)利用率。将(jiang)對流量計(jì)進行實驗(yàn)對比測量(liang),得出主要(yao)組件🈲對壓(ya)損的影響(xiang)✌️程度,爲針(zhēn)對性的改(gǎi)進優化設(she)計提⚽供有(you)力數據。
1.結(jie)構與壓力(li)損失
　　渦輪(lún)流量計結(jie)構示意圖(tu)如圖1所示(shì),主要組件(jian)包括✉️整流(liu)栅、前導流(liú)器、葉輪以(yǐ)及後導流(liu)器等。當流(liu)體通過管(guǎn)道時沖擊(ji)葉輪,對葉(yè)輪産生驅(qu)動力矩使(shi)葉輪克服(fú)摩擦力矩(ju)和流體阻(zǔ)力矩而旋(xuán)轉💯,在一定(ding)的流量範(fan)圍内葉輪(lún)的旋🚶‍♀️轉角(jiǎo)速度與流(liú)體流速成(cheng)正比🔴。　　因此(ci),葉輪的轉(zhuǎn)速通過裝(zhuang)在機殼外(wai)的磁電轉(zhuǎn)換裝☎️置轉(zhuǎn)換爲模拟(nǐ)電流量,進(jin)而顯示爲(wei)瞬時流量(liàng)🥵值和累積(ji)流量值。
 
　　流體從(cóng)機殼進口(kou)流入,首先(xian)經過整流(liú)栅進行穩(wěn)流再進入(rù)前導流器(qi)前導流器(qì)對流體有(you)收斂作用(yong)，防👉止流體(ti)發生分🔱離(li)産生大的(de)渦旋運動(dòng),前導流葉(ye)片對流體(ti)😘起導向作(zuò)用,避免流(liú)體自旋而(er)改變對葉(yè)輪葉片的(de)作用角度(du)保證測量(liàng)的精度。流(liu)體經葉輪(lún)後将以螺(luó)線型👄方式(shi)向前流動(dòng),加入帶葉(ye)片的後導(dao)流🈲器對其(qi)進行🔆導流(liu)使流體沿(yan)管壁直線(xiàn)流動減少(shao)各種阻力(li)引⛹🏻‍♀️起的能(néng)量損失。
流(liu)體通過流(liu)量計的壓(yā)力損失與(yu)介質的密(mì)度、流速等(deng)🛀🏻有關♌其計(jì)算公式爲(wei):
△P=αxρv2/2
　　其中,△P,壓力(lì)損失α,壓損(sun)系數ρ,介質(zhì)密度v流速(su)。
　　由于ρ和v爲(wèi)流體流動(dòng)參數不能(néng)随意增減(jian),因此隻能(néng)🚶‍♀️盡量減小(xiǎo)壓損系數(shu)α,以達到降(jiang)低壓損的(de)目的。壓損(sǔn)系數除了(le)受流體粘(zhan)性、管徑及(ji)管長等因(yin)素影響外(wài)還與流量(liàng)計内部各(gè)部件的幾(ji)❌何結構有(you)關。
2測量
　　采(cǎi)用口徑D=100mm,量(liàng)程Q=50m³/h~600m³/h的渦輪(lun)流量計,在(zai)吸氣式試(shì)驗台，上分(fèn)别對常壓(ya)、介質爲空(kōng)氣、不同結(jié)構的前導(dǎo)流器、不同(tóng)葉👉片數及(jí)形🐅狀的葉(yè)輪🆚進行測(ce)量。
2.1前導流(liu)器
　　圖2和圖(tu)3分别爲兩(liǎng)種結構的(de)前導流器(qì)示意圖。圖(tu)2爲渦輪流(liu)量計常用(yòng)結構,葉片(pian)數爲6導流(liu).體形狀由(you)流入至流(liu)出呈錐形(xíng),葉片長與(yu)錐體高度(dù)相同.圖3爲(wei)本文改進(jin)的前導流(liu)器結構示(shì)意圖其主(zhu)要特點是(shì)将錐體改(gǎi)爲半橢球(qiu)體,葉片數(shu)增加到12并(bing)把葉片長(zhǎng)度縮小1/3.
 
　　圖(tú)4是兩種結(jie)構下,流體(ti)經過流量(liàng)計後的壓(ya)力損失曲(qu)線👅。由圖4可(ke)看出在流(liú)量<100m³/h時,壓力(lì)損失不受(shou)導流器結(jié)構的影響(xiang)而♊且壓✌️損(sun)很小。随着(zhe)流量增大(da),改進的👨‍❤️‍👨導(dǎo)流器的壓(ya)損明顯低(dī)❌于錐體導(dǎo)流器在最(zuì)大流量600m³/h處(chù)錐體的壓(yā)損約爲半(bàn)橢球體的(de)2倍,可見導(dǎo)流器的結(jié)構對流量(liang)計壓力損(sun)失有不容(róng)忽視的影(ying)響作用。
 
　　使(shǐ)半橢球體(ti)壓損降低(di)的主要原(yuan)因是:半橢(tuo)球體外形(xing)過渡更光(guāng)❤️滑,降低了(le)流體流動(dòng)分離的發(fa)生更加符(fú)合對流動(dòng)條件的要(yào)求，從而使(shi)壓損大大(da)降低。适當(dang)增加葉片(piàn)數而減少(shǎo)葉片長🈲度(dù)不但可以(yi)起到較好(hao)的穩流、整(zhěng)流作用🈲減(jian)少因流動(dòng)渦旋産生(sheng)的壓力🌏損(sǔn)失而且使(shi)流通面積(jī)有一個逐(zhu)步減小的(de)過程避免(mian)了流體進(jin)入導流器(qi)後由于流(liú)通面積的(de)突然收縮(suō)引起的壓(ya)力損⭐失的(de)增大。結果(guo)表明以上(shàng)因素的綜(zong)✍️合結果使(shǐ)流體流經(jing)導流器時(shi)的壓🙇‍♀️損明(ming)顯降低。
2.2葉(yè)輪
　　葉輪按(an)照設計要(yao)求爲葉片(pian)數z=12~20,葉片傾(qīng)角a=30°~45°,重疊度(du)爲1~1.2,葉☔片與(yǔ)😍内🌏機殼間(jiān)隙爲0.5mm~1mm。爲提(ti)高流量計(jì)的靈敏度(dù)可适當增(zēng)加葉片數(shu)。
　　流量計常(cháng)用葉輪葉(yè)片數爲13,葉(ye)片形狀爲(wei)矩形。爲提(ti)高💯流量👣計(ji)的⛱️靈敏度(dù)作者對葉(ye)輪作了改(gǎi)造，将葉片(pian)🐇數增爲20,葉(yè)片形狀設(shè)計成葉頂(ding)寬葉根窄(zhǎi)的倒梯形(xíng)形狀梯形(xíng)尺寸以保(bǎo)證相同重(zhòng)🥵疊度爲原(yuán)則。圖5爲分(fen)别采用13和(hé)20葉片數的(de)葉輪後流(liú)量計壓損(sǔn)曲線圖。可(ke)看到兩條(tiao)曲線幾乎(hū)重合。說明(ming)在允許範(fàn)圍内,葉輪(lun)葉片數的(de)增減🎯以及(jí)葉片形狀(zhuang)的改變對(dui)壓力損失(shī)的影響可(kě)🏃以忽略📧。但(dàn)通過對起(qǐ)始流量的(de)測量發現(xiàn)，對13葉片數(shù)葉輪,測得(dé)流量計起(qi)始流量爲(wèi)7.5m³/h,而對20葉片(piàn)數葉輪則(ze)🔞爲6.5m³/h,可見适(shi)當🔞增加葉(ye)片數和重(zhong)疊度，可以(yi)在不增加(jiā)壓損的前(qian)提下較明(ming)顯地提高(gāo)流量計的(de)🏃🏻‍♂️靈敏度。
 
2..3儀(yí)表系數
　　渦(wō)輪流量計(ji)性能的另(ling)外一個重(zhong)要指标是(shì)儀表系🌈數(shù)K。儀表系數(shu)可理解爲(wèi)流量計儀(yi)表的輸出(chū)流量值與(yǔ)通過流量(liang)計的實際(jì)流量值之(zhi)比。因儀表(biao)的輸出流(liú)量值與儀(yi)表内磁電(diàn)轉換器輸(shu)出頻率成(cheng)正比,故K也(yě)表示爲輸(shu)出頻率與(yǔ)實際流量(liang)之比即:
 
　　由(yóu)式可見，理(li)想的儀表(biǎo)系數K與結(jié)構參數有(yǒu)關與流量(liàng)變化無關(guān)。對某一流(liu)量計K爲一(yi)常數在K-qv圖(tú)上爲-平行(hang)橫軸的直(zhí)線。但對實(shi)際🚶的流體(tǐ)流動,由于(yu)葉輪要克(ke)服軸承的(de)機💞械阻力(lì)🐪矩.流體産(chǎn)生的阻力(lì)矩并受流(liú)動狀态等(děng)因素的影(ying)響使K不可(ke)能保持直(zhi)線而在量(liàng)程範圍内(nèi)盡量保證(zhèng)K爲🔴一常數(shu)是保證流(liú)量計精⁉️度(du)的前提條(tiáo)件。
　　對半橢(tuo)球體導流(liu)器和梯形(xíng)葉輪對流(liu)量計儀表(biǎo)系數的♻️影(ying)🔞響進行了(le)實驗測試(shì),考察改變(bian)結構組件(jian)後🔞對儀表(biǎo)性能的影(ying)響。
　　圖6爲分(fen)别采用錐(zhuī)體和半橢(tuo)球體導流(liu)器,流量計(jì)儀表系數(shù)的測試結(jie)果。由圖可(ke)看出采用(yong)改進的導(dao)流器後流(liú)量計儀表(biao)系數比🙇‍♀️改(gǎi)進前有較(jiao)好地改善(shàn)在量程範(fan)❄️圍内50m³/h~600m³/h),K很好(hao)地體現常(cháng)系數的特(te)性甚至在(zài)超過最大(da)量程後能(néng)繼續保持(chí)水❌平直線(xiàn)狀态。改進(jìn)前的流量(liang)計K值也較(jiào)好,但随着(zhe)流量增大(da)直線略向(xiang)下傾斜偏(piān)離了水平(píng)位置。
 
3結論(lùn)
　　通過對氣(qi)體渦輪流(liú)量計主要(yao)組件性能(neng)的實驗測(cè)量♌得出:1）前(qián)導📱流器是(shì)引起流量(liang)計壓力損(sǔn)失的主要(yao)因素之一(yi)。當采用改(gǎi)進的半橢(tuǒ)球體導流(liú)結構後流(liu)量計的壓(ya)損被大幅(fu)度降低。2）對(duì)葉輪葉片(piàn)進行适當(dāng)改造後,可(ke)明顯降低(di)起始流量(liang)值提高流(liú)量計靈敏(min)度。3）采用改(gǎi)進的組件(jian)後流量計(ji)具有更加(jia)穩定的儀(yí)表系數值(zhí)流量計的(de)精度得到(dào)提高。

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