摘要：對(dui)氣體渦輪流量計(ji)
的主要組件引起(qǐ)的壓力損失進行(háng)了對比實驗測量(liang)比較了葉⭐輪形狀(zhuàng)和葉片數.前導流(liu)器不同結構對壓(yā)損的影響程度🏒。結(jié)果表明導流器和(he)葉輪改進☀️後流量(liàng)計的壓力損失明(ming)顯降低同時靈敏(mǐn)度也得以提高。
我(wǒ)國西氣東輸"以及(jí)南水北調"工程中(zhong)各種各樣的㊙️輸💋送(sòng)管🌍道☎️總管和支管(guǎn)均需要數以萬計(jì)的流量測量儀表(biǎo)即流量計來⭕及時(shi)提供流動參數實(shi)施動态監測。渦輪(lun)流量計是其中必(bì)不可少的一種。它(tā)是葉輪式速度流(liú)量計屬于速度式(shi)測量,即利用測量(liang)管道内介質流動(dòng)速度來得到流量(liàng)的測量方法。
置于(yú)流體中的葉輪的(de)旋轉角速度與流(liu)體流速成正比通(tong)過測量葉輪的旋(xuán)轉角速度得到流(liú)體流速從而得到(dao)管道内的流量值(zhí)。 在選擇渦輪流量(liang)計
的時候,除了要(yào)求其具有精度高(gāo)、量程大和起始流(liu)量小的😘優點外,壓(ya)損小也是一個關(guān)鍵指标。流體通🐆過(guo)渦輪流量計的壓(yā)力損失越小,則流(liú)體由輸入至💁輸出(chu)管道所消♉耗能量(liàng)就越小,即所需總(zong)動力将減少,由此(ci)可大大節約💋能源(yuan)降低👈輸送成本提(tí)高利用率。将對流(liu)量計進行實驗♉對(dui)比測量,得出主要(yao)組件☂️對壓損的影(yǐng)響程度,爲針對性(xìng)的改進優化設👨❤️👨計(ji)提供有力數💃🏻據。
1.結(jié)構與壓力損失
渦(wō)輪流量計結構示(shì)意圖如圖1所示,主(zhu)要組件包括🌈整🧡流(liu)栅、前❄️導流器、葉輪(lun)以及後導流器等(deng)。當流體通過管道(dao)時🙇♀️沖擊葉輪,對葉(ye)輪産生驅動力矩(jǔ)使葉輪克服摩🏃♂️擦(cā)力矩和流體阻力(li)矩而旋轉,在一定(ding)的流量範圍内葉(ye)輪的旋轉角速度(du)與流體流速成正(zheng)比💛。 因此,葉輪的轉(zhuǎn)速通過裝在機殼(ké)外的磁電轉換裝(zhuāng)置轉換爲模拟電(dian)流量,進而顯示爲(wèi)瞬時流量值和累(lei)積流量值。
流體從機殼進口(kǒu)流入,首先經過整(zhěng)流栅進行穩流再(zai)進入前導流器前(qián)導流器對流體有(you)收斂作用，防♊止流(liu)體發⭐生分離産生(sheng)大的渦旋運動,前(qian)導流葉片對流體(tǐ)起導向作用,避免(miǎn)流體自旋而改變(biàn)對葉輪葉片的作(zuo)用角度保🈲證測量(liàng)的精度。流體👅經葉(yè)輪後🔅将以螺線型(xing)方式向前流動,加(jiā)入帶葉🏃片的後導(dǎo)流🏃♂️器對其進行導(dǎo)流使流體沿管壁(bi)直線流動減少各(gè)🐪種阻力引♻️起的能(néng)量損失。
流體通過(guò)流量計的壓力損(sun)失與介質的密度(du)、流速🙇♀️等有關其計(jì)算公式爲:
△P=αxρv2/2
其中,△P,壓(ya)力損失α,壓損系數(shù)ρ,介質密度v流速。
由(you)于ρ和v爲流體流動(dong)參數不能随意增(zeng)減,因此隻能盡🔞量(liàng)減小壓損系數α,以(yǐ)達到降低壓損的(de)目的。壓損系數除(chú)了受流體粘性、管(guan)徑及管長等因素(sù)影響外還與流量(liang)計内部各部件的(de)幾何結構🏃有關。
2測(ce)量
采用口徑D=100mm,量程(cheng)Q=50m³/h~600m³/h的渦輪流量計,在(zài)吸氣式試驗台，上(shang)😄分别對常壓、介質(zhi)爲空氣、不同結構(gòu)的前導流器、不🏒同(tóng)葉片數及形狀的(de)🌈葉輪進行測量。
2.1前(qian)導流器
圖2和圖3分(fen)别爲兩種結構的(de)前導流器示意圖(tu)。圖2爲渦輪流量計(ji)常用結構,葉片數(shù)爲6導流.體形狀由(yóu)流入至流出呈錐(zhuī)✂️形,葉片長與錐體(tǐ)高度相同.圖3爲本(ben)文改進的前導流(liu)器結🤩構示意圖其(qí)主要特點是将錐(zhui)體改爲💜半橢球體(ti),葉片數增加到12并(bìng)把葉片長度縮小(xiǎo)1/3.
圖4是兩種結構下(xia),流體經過流量計(ji)後的壓力損失曲(qu)線。由圖4可看出在(zài)流量<100m³/h時,壓力損失(shī)不受導流器結構(gòu)的影♋響而且壓損(sǔn)很小。随着流量增(zeng)大,改進的導流器(qi)🤩的壓損明顯低于(yu)錐體導流器在最(zuì)大流量🏒600m³/h處錐體的(de)壓損約爲半橢球(qiu)體的2倍,可見🚶♀️導流(liu)器的結構對流量(liàng)計壓力損失有不(bu)容忽視👣的影響作(zuo)用。
使半橢球體壓(yā)損降低的主要原(yuan)因是:半橢球體外(wài)🈲形過渡更光🔴滑,降(jiang)低了流體流動分(fèn)離的發生更加符(fu)合對流動條♉件的(de)要求，從而使壓損(sun)大大降低。适當增(zēng)加🔞葉片數🐆而減少(shǎo)葉片長度不但可(kě)以起到較好的穩(wěn)流、整流作用減少(shǎo)因流動渦旋産生(shēng)的壓力損失而且(qiě)使❗流通面積有一(yi)個逐步減小的過(guò)程避免了流體進(jin)入導流器後由于(yú)流通面積的突然(ran)收縮引起的壓力(li)損🌂失的增大。結果(guǒ)表明以上因素的(de)綜合結果使流體(ti)流經導流器時的(de)壓損明顯降低。
2.2葉(ye)輪
葉輪按照設計(jì)要求爲葉片數z=12~20,葉(ye)片傾角a=30°~45°,重疊度爲(wèi)✨1~1.2,葉片與内機殼間(jian)隙爲0.5mm~1mm。爲提高流量(liang)計的靈敏度可适(shì)當增加👉葉片數。
流(liú)量計常用葉輪葉(yè)片數爲13,葉片形狀(zhuang)爲矩形。爲提高流(liú)量計🧑🏽🤝🧑🏻的💃🏻靈敏度作(zuo)者對葉輪作了改(gai)造，将葉片數增爲(wei)20,葉💋片形狀設計成(cheng)葉頂寬葉根窄的(de)倒梯形⭐形狀梯形(xíng)尺寸以保證相同(tong)重疊度爲原則。圖(tu)5爲分别采用13和🔞20葉(yè)片數的葉輪後流(liu)量計壓損✍️曲線圖(tú)。可看到兩條曲💚線(xiàn)幾乎重合。說明在(zài)允許範圍内,葉輪(lún)葉片數的增減✉️以(yǐ)及葉片形狀的改(gai)變對壓力損失的(de)影響可以忽略。但(dan)通過對起始流量(liang)的測量發現，對13葉(ye)片數葉輪,測得🌈流(liú)量計起始流量爲(wei)7.5m³/h,而對20葉片數葉輪(lún)則爲6.5m³/h,可見适當增(zeng)加葉片數和重疊(dié)度，可以🧑🏽🤝🧑🏻在不增加(jia)壓損的🌐前提下🔴較(jiào)明顯地提高🥰流量(liang)計的靈敏度。
2..3儀表(biao)系數
渦輪流量計(jì)性能的另外一個(gè)重要指标是儀表(biao)系數K。儀表㊙️系數可(kě)理解爲流量計儀(yi)表的輸出流量值(zhi)與通過流量計的(de)實際流量值之比(bi)。因儀表的輸出流(liu)量值與儀表内磁(ci)電轉換器輸出頻(pin)率成正比,故K也表(biǎo)示爲💰輸出頻率🏃🏻♂️與(yu)實際流量之比即(jí):
由式可見，理想的(de)儀表系數K與結構(gòu)參數有關與流量(liang)變化㊙️無關。對某一(yi)流量計K爲一常數(shu)在K-qv圖上爲-平行橫(heng)軸的直線。但對實(shi)際的流體流動,由(you)于葉輪要克服軸(zhóu)承的機械阻力矩(ju).流體産生的阻力(li)矩并受流動狀态(tài)等因素的影響使(shi)K不可能保持🌈直線(xian)而在🏃🏻♂️量程範圍内(nei)盡量保證K爲🈚一常(cháng)數是保證流量計(ji)精度的前提條件(jian)。
對半橢球體導流(liu)器和梯形葉輪對(duì)流量計儀表系數(shu)的👌影響進行了實(shí)驗測試,考察改變(biàn)結構組件後🔴對儀(yí)表性能的影響🎯。
圖(tu)6爲分别采用錐體(ti)和半橢球體導流(liu)器,流量計儀表系(xì)數的測試結果。由(you)圖可看出采用改(gai)進的導流器後流(liu)量👅計儀表系數比(bǐ)🌍改進前有較好地(dì)改善在量程範圍(wéi)内50m³/h~600m³/h),K很🐇好地體🚩現常(cháng)系💯數的特性甚至(zhi)在超過最大量程(cheng)後能繼♍續保持水(shuǐ)平直線狀态。改進(jin)前🏃🏻的流量計K值🛀🏻也(ye)較好,但随着流量(liàng)增大💋直線略向下(xià)傾斜偏離了水🚶♀️平(píng)位置。
3結論
通過對(duì)氣體渦輪流量計(jì)主要組件性能的(de)實驗測🌈量得出:1）前(qian)導流器是引起流(liú)量計壓力損失的(de)主要因素之一。當(dāng)采用改☁️進的半橢(tuo)球體導流結構後(hou)流量計的壓損被(bèi)大幅度降低。2）對葉(yè)輪葉片進行适當(dang)♉改造後,可明顯降(jiang)低起始流量值提(tí)高流量計靈敏度(dù)。3）采用改進的組件(jiàn)後流量計具有更(gèng)加穩定的儀🔞表系(xì)數值流量計的精(jīng)度得到提高。
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