摘要(yao)：對氣體(ti)渦輪流(liu)量計 的(de)主要組(zu)件引起(qi)的壓力(li)損失進(jin)行了對(dui)比實驗(yan)測👉量比(bi)💘較🔴了葉(ye)輪形狀(zhuang)和葉片(pian)數.前導(dao)流器不(bu)同結構(gou)💞對壓損(sun)的🔞影響(xiang)程度❌。結(jie)果表明(ming)導流器(qi)和葉輪(lun)改進後(hou)流量計(ji)的壓力(li)損失明(ming)顯降低(di)同時靈(ling)敏度也(ye)得♉以提(ti)高。
　　我國(guo)西氣東(dong)輸"以及(ji)南水北(bei)調"工程(cheng)中各種(zhong)各樣的(de)輸❗送管(guan)道總管(guan)和支管(guan)均需要(yao)數以萬(wan)計的流(liu)量測量(liang)儀表即(ji)流量計(ji)來及時(shi)提供流(liu)動參數(shu)實施動(dong)态❤️監測(ce)。渦輪流(liu)量計是(shi)其中必(bi)不可少(shao)的一種(zhong)。它是葉(ye)輪式速(su)度流量(liang)計屬于(yu)速度式(shi)測量,即(ji)利用測(ce)量管道(dao)内介質(zhi)流動速(su)度來得(de)✍️到流量(liang)的測量(liang)方法。
　　置(zhi)于流體(ti)中的葉(ye)輪的旋(xuan)轉角速(su)度與流(liu)體流速(su)成正💞比(bi)💋通過測(ce)🙇‍♀️量葉輪(lun)的旋轉(zhuan)角速度(du)得到流(liu)體流速(su)從而得(de)到管道(dao)内的流(liu)量🚶值。　　在(zai)選擇渦(wo)輪流量(liang)計 的時(shi)候,除了(le)要求其(qi)具有精(jing)度高、量(liang)程大和(he)起始流(liu)量小的(de)優點🚶‍♀️外(wai),壓損小(xiao)也是一(yi)個關鍵(jian)指标。流(liu)體通♈過(guo)渦輪流(liu)❤️量計的(de)壓力損(sun)失越小(xiao),則流體(ti)由輸入(ru)至輸出(chu)管道所(suo)消耗能(neng)量就越(yue)小✍️,即所(suo)需總動(dong)力将減(jian)少,由此(ci)可大大(da)節約能(neng)源降低(di)輸送成(cheng)本提高(gao)利用率(lü)。将對流(liu)量💃計進(jin)行實驗(yan)對比測(ce)量,得出(chu)主要組(zu)件對壓(ya)損的影(ying)響程度(du),爲針對(dui)性的改(gai)進優化(hua)設計提(ti)供有力(li)數據。
1.結(jie)構與壓(ya)力損失(shi)
　　渦輪流(liu)量計結(jie)構示意(yi)圖如圖(tu)1所示,主(zhu)要組件(jian)包括整(zheng)流栅、前(qian)導流器(qi)、葉輪以(yi)及後導(dao)流器等(deng)。當流體(ti)通過管(guan)🆚道時♍沖(chong)擊葉輪(lun),對葉輪(lun)産生驅(qu)動力矩(ju)使葉輪(lun)克服摩(mo)擦力矩(ju)和流體(ti)阻力矩(ju)🏃‍♀️而旋轉(zhuan),在一定(ding)的流量(liang)範圍内(nei)葉輪的(de)旋轉角(jiao)速度💋與(yu)流體流(liu)💃速成正(zheng)比。　　因此(ci),葉輪的(de)轉速通(tong)過裝在(zai)機殼外(wai)的磁電(dian)轉換裝(zhuang)置轉換(huan)爲模🥰拟(ni)電流量(liang),進而顯(xian)示爲瞬(shun)時流量(liang)值和累(lei)積流量(liang)值。
 
　　流(liu)體從機(ji)殼進口(kou)流入,首(shou)先經過(guo)整流栅(shan)進行穩(wen)流🐉再進(jin)入前導(dao)流器前(qian)導流器(qi)對流體(ti)有收斂(lian)作用，防(fang)止流體(ti)發生分(fen)離産🌐生(sheng)大的渦(wo)旋運動(dong),前導流(liu)葉片對(dui)流體起(qi)導向✔️作(zuo)用,避免(mian)流體自(zi)旋而改(gai)變對葉(ye)輪葉片(pian)的作用(yong)角度保(bao)證測量(liang)的♌精度(du)。流體經(jing)葉輪後(hou)将以螺(luo)線型方(fang)式向前(qian)流動,加(jia)入帶葉(ye)片的後(hou)導流器(qi)對其進(jin)行導流(liu)使流體(ti)沿管壁(bi)直線流(liu)動減少(shao)各種阻(zu)力引起(qi)的能🥵量(liang)損失。
流(liu)體通過(guo)流量計(ji)的壓力(li)損失與(yu)介質的(de)密度、流(liu)速等🔞有(you)關🛀🏻其計(ji)算公式(shi)爲:
△P=αxρv2/2
　　其中(zhong),△P,壓力損(sun)失α,壓損(sun)系數ρ,介(jie)質密度(du)v流速。
　　由(you)于ρ和v爲(wei)流體流(liu)動參數(shu)不能随(sui)意增減(jian),因此隻(zhi)能盡量(liang)減小🔆壓(ya)損系數(shu)α,以達到(dao)降低壓(ya)損的目(mu)的。壓損(sun)系數除(chu)了受流(liu)體粘性(xing)、管徑及(ji)管長等(deng)因素影(ying)響外還(hai)與流量(liang)計内部(bu)各部件(jian)的幾何(he)結構有(you)關。
2測量(liang)
　　采用口(kou)徑D=100mm,量程(cheng)Q=50m³/h~600m³/h的渦輪(lun)流量計(ji),在吸氣(qi)式試驗(yan)台，上✊分(fen)🐇别😘對常(chang)壓、介質(zhi)爲空氣(qi)、不同結(jie)構的前(qian)導流器(qi)、不同葉(ye)片數及(ji)形🏃‍♂️狀的(de)葉輪進(jin)行測量(liang)。
2.1前導流(liu)器
　　圖2和(he)圖3分别(bie)爲兩種(zhong)結構的(de)前導流(liu)器示意(yi)圖。圖2爲(wei)渦⚽輪流(liu)🍓量計常(chang)用結構(gou),葉片數(shu)爲6導流(liu).體形狀(zhuang)由流入(ru)至流出(chu)呈錐形(xing),葉🌐片長(zhang)與錐體(ti)高度相(xiang)同.圖3爲(wei)本文改(gai)進的前(qian)導🌈流器(qi)結構示(shi)意📧圖其(qi)主要特(te)點是将(jiang)錐體改(gai)爲半橢(tuo)球體,葉(ye)片數增(zeng)加到12并(bing)把葉片(pian)長度縮(suo)小1/3.
 
　　圖4是(shi)兩種結(jie)構下,流(liu)體經過(guo)流量計(ji)後的壓(ya)力損失(shi)曲線。由(you)♍圖4可看(kan)出在流(liu)量<100m³/h時,壓(ya)力損失(shi)不受導(dao)流器結(jie)構的影(ying)響而且(qie)壓損很(hen)小。随着(zhe)流量增(zeng)大,改進(jin)的🌂導流(liu)器🥵的壓(ya)損明顯(xian)低于錐(zhui)體導流(liu)器🈚在最(zui)大流量(liang)🐇600m³/h處錐體(ti)的壓損(sun)約爲半(ban)橢球體(ti)的2倍,可(ke)見導流(liu)器的結(jie)構對流(liu)量計壓(ya)力損失(shi)有不容(rong)忽視的(de)影響作(zuo)用。
 
　　使半(ban)橢球體(ti)壓損降(jiang)低的主(zhu)要原因(yin)是:半橢(tuo)球體外(wai)形過🔞渡(du)更💁光👣滑(hua),降低了(le)流體流(liu)動分離(li)的發生(sheng)更加符(fu)合對流(liu)動條件(jian)的要求(qiu)，從而使(shi)壓損大(da)大降低(di)。适當增(zeng)加葉片(pian)數而減(jian)少葉片(pian)長度不(bu)但可以(yi)起到較(jiao)好的穩(wen)流💘、整流(liu)作用減(jian)少因流(liu)動渦旋(xuan)産生的(de)壓力損(sun)失而且(qie)使流通(tong)面積有(you)一個逐(zhu)步減小(xiao)的過程(cheng)避免了(le)流體進(jin)入導流(liu)器後由(you)于流通(tong)面積的(de)突然收(shou)縮引起(qi)的壓力(li)損失的(de)增大。結(jie)果表明(ming)以上因(yin)素的綜(zong)合結果(guo)使流體(ti)流經導(dao)流器時(shi)的壓損(sun)明顯降(jiang)低。
2.2葉輪(lun)
　　葉輪按(an)照設計(ji)要求爲(wei)葉片數(shu)z=12~20,葉片傾(qing)角a=30°~45°,重疊(die)度爲1~1.2,葉(ye)片與内(nei)機殼間(jian)隙爲0.5mm~1mm。爲(wei)提高流(liu)量計的(de)靈敏度(du)可👨‍❤️‍👨适當(dang)增加葉(ye)片數。
　　流(liu)量計常(chang)用葉輪(lun)葉片數(shu)爲13,葉片(pian)形狀爲(wei)矩形。爲(wei)提高流(liu)♈量計㊙️的(de)⭐靈敏度(du)作者對(dui)葉輪作(zuo)了改造(zao)，将葉片(pian)數增爲(wei)20,葉🌍片形(xing)狀設計(ji)成葉頂(ding)寬葉根(gen)窄的倒(dao)梯形形(xing)狀梯形(xing)尺寸以(yi)保證相(xiang)同重疊(die)度爲原(yuan)則。圖5爲(wei)分别采(cai)用13和20葉(ye)片數的(de)葉輪後(hou)流量計(ji)壓損曲(qu)線圖。可(ke)看到兩(liang)條曲📱線(xian)幾乎重(zhong)合。說明(ming)在允許(xu)範圍内(nei),葉輪葉(ye)片數的(de)增減以(yi)及葉片(pian)形狀的(de)改變對(dui)壓力🐪損(sun)失的影(ying)響可以(yi)忽略。但(dan)通過對(dui)起始流(liu)量的測(ce)量發現(xian)，對13葉片(pian)數葉輪(lun),測得流(liu)量計起(qi)始流量(liang)爲7.5m³/h,而對(dui)20葉片數(shu)葉輪則(ze)爲6.5m³/h,可見(jian)适當增(zeng)加葉片(pian)數和重(zhong)疊度，可(ke)以在不(bu)增加壓(ya)損的前(qian)提下較(jiao)明顯地(di)提高流(liu)量計的(de)靈敏度(du)。
 
2..3儀表系(xi)數
　　渦輪(lun)流量計(ji)性能的(de)另外一(yi)個重要(yao)指标是(shi)儀表系(xi)⛱️數♻️K。儀表(biao)系數可(ke)理解爲(wei)流量計(ji)儀表的(de)輸出流(liu)量值💔與(yu)通過流(liu)⛱️量計的(de)實♻️際流(liu)量值之(zhi)比。因儀(yi)表的輸(shu)出流量(liang)值與儀(yi)表内磁(ci)電轉換(huan)器🌈輸出(chu)頻率成(cheng)正比,故(gu)K也表示(shi)爲輸出(chu)頻率與(yu)實際流(liu)量之比(bi)即:
 
　　由式(shi)可見，理(li)想的儀(yi)表系數(shu)K與結構(gou)參數有(you)關與流(liu)量變化(hua)無關。對(dui)某一流(liu)量計K爲(wei)一常數(shu)在K-qv圖上(shang)爲-平行(hang)橫軸的(de)直線。但(dan)對實際(ji)的流體(ti)流動,由(you)于葉輪(lun)要克服(fu)軸承的(de)機械阻(zu)力矩.流(liu)體🛀産生(sheng)的阻力(li)矩并受(shou)流動狀(zhuang)态等因(yin)素的影(ying)響使K不(bu)❄️可能保(bao)持直線(xian)而在🧑🏾‍🤝‍🧑🏼量(liang)程範圍(wei)内盡量(liang)保證K爲(wei)一常數(shu)是保證(zheng)流量計(ji)精🈲度的(de)前提條(tiao)件。
　　對半(ban)橢球體(ti)導流器(qi)和梯形(xing)葉輪對(dui)流量計(ji)儀表系(xi)🈲數的影(ying)響進行(hang)了實驗(yan)測試,考(kao)察改變(bian)結構組(zu)件後對(dui)儀表性(xing)能的影(ying)響。
　　圖6爲(wei)分别采(cai)用錐體(ti)和半橢(tuo)球體導(dao)流器,流(liu)量計儀(yi)表系數(shu)的✂️測🏃‍♀️試(shi)結果。由(you)圖可看(kan)出采用(yong)改進的(de)導流器(qi)後流量(liang)計儀表(biao)系數比(bi)改進前(qian)有較好(hao)地改善(shan)在量程(cheng)範圍内(nei)50m³/h~600m³/h),K很好地(di)體現常(chang)系數的(de)特性甚(shen)至在超(chao)過最大(da)量程後(hou)能繼續(xu)保持水(shui)🏃‍♂️平直線(xian)狀态。改(gai)進前㊙️的(de)流量計(ji)K值也較(jiao)好,但随(sui)🌍着流量(liang)增大直(zhi)線略向(xiang)下🏃🏻‍♂️傾斜(xie)偏離了(le)水平位(wei)置。
 
3結論(lun)
　　通過對(dui)氣體渦(wo)輪流量(liang)計主要(yao)組件性(xing)能的實(shi)驗測量(liang)❄️得出:1）前(qian)導流器(qi)是引起(qi)流量計(ji)壓力損(sun)失的主(zhu)要因素(su)之一。當(dang)采🏃🏻用改(gai)進的半(ban)橢球體(ti)導流結(jie)構後流(liu)量計的(de)壓損被(bei)大幅度(du)降低。2）對(dui)☁️葉輪葉(ye)片進行(hang)适當改(gai)造後,可(ke)明顯降(jiang)低起始(shi)流量☎️值(zhi)提高流(liu)❓量計靈(ling)敏🥰度。3）采(cai)用改進(jin)的組件(jian)後流量(liang)計具有(you)更加穩(wen)定的儀(yi)❓表系數(shu)值流量(liang)計的精(jing)度得到(dao)提高。

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