摘要:葉輪是渦輪流量計的重要組成部分,根據(jù)理論模型可知，葉輪對渦輪流量計的計量性能具有一定的影響。針對不同葉輪對渦輪流量計的影響,通過試驗的方法,分析了改變?nèi)~輪傾斜角對渦輪流.量計計量性能的影響。結(jié)果表明,角度較大的葉輪B對其誤差曲線影響較小;角度較小的葉輪A對其誤差曲線影響較大。
渦輪流量計具有精度高、重復(fù)性好、結(jié)構(gòu)簡單、測量范圍廣、體積小、質(zhì)量輕、壓力損失小、維修方便等優(yōu)點,被廣泛應(yīng)用在石油、化工、冶金、城市燃氣管網(wǎng)等行業(yè)中1。隨著渦輪流量計的大量使用，用戶對其計量準確度的要求也越來越高。
葉輪傾斜角θ或葉片數(shù)Z是渦輪流量計設(shè)計中的重要參數(shù),直接影響流量計的計量性能。θ角減小，當進人流量計被測流體流速相同時，葉輪速度將提高。當其它條件不變時,隨著θ角減小,葉輪轉(zhuǎn)速增大,提高.了儀表的靈敏度。但轉(zhuǎn)速提高使阻力矩增大,被測流體的壓力損失增大,軸承磨損增大，儀表壽命降低。
在研發(fā)氣休渦輪流量計的過程中，針對葉輪傾斜角θ大小的改變對渦輪流量計性能的影響進行研究。
1渦輪流量計的測量原理與結(jié)構(gòu)
1.1基本結(jié)構(gòu)
渦輪流量計主要山整流器、葉輪、磁性聯(lián)軸器、機械計數(shù)器、內(nèi)輪變速器等組件組成。
1.2 基本原理
渦輪流量計是一-種流體測量裝置，流體的動力驅(qū)使葉輪旋轉(zhuǎn),其旋轉(zhuǎn)速度與體積流量近似成正比例。通過流量計的流體體積是基于葉輪的旋轉(zhuǎn)數(shù)得到的,主要是運用磁電轉(zhuǎn)換裝置或者機械輸出裝置將渦輪轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)化成電脈沖,二次儀表進行計算和顯示，由單位時間內(nèi)電脈沖和累計電脈沖數(shù)來反映瞬時和累計流量。
1.3 葉輪
渦輪葉輪亦稱葉輪，一般采用工程塑料、鋼或鋁合金材質(zhì),其作用是把流體動能轉(zhuǎn)換成機械能。按照設(shè)計要求,葉輪葉片數(shù)為Z= 12~20,葉片傾斜角θ=30~45°,重疊度為1~1.2,葉片與內(nèi)機光間隙為0.5~1 mn。為提高渦輪流量計的計量性能，可適當增加葉片數(shù)或調(diào)整傾斜角3)
1.4理論依據(jù)
渦輪流量計的數(shù)學模型為
式中:J為渦輪的轉(zhuǎn)動慣量;w為渦輪葉輪的旋轉(zhuǎn)角速度;7,為流體對葉片產(chǎn)生的推動力矩;Tm為渦輪軸與軸承之間摩擦產(chǎn)生的機械摩擦阻力矩;Ts為流體通過渦輪時產(chǎn)生的流動阻力矩;Tm為電磁轉(zhuǎn)換器對渦輪產(chǎn)生的電磁阻力矩;Z為渦輪葉片數(shù);θ為葉片傾斜角;r為葉片的平均半徑;A為流通截面積;p為流體的密度;f為信號脈沖頻率;q為體積流量;K為儀表系數(shù);q。為瞬時體積流量。
根據(jù)數(shù)學模型可以定性判斷出渦輪流量計的計量性能與葉輪的葉片傾斜角有關(guān)，筆者選取不同θ角的葉輪在同一臺渦輪流量計上進行試驗，分析其對渦輪流量計的影響。
2試驗及試驗數(shù)據(jù)分析
2.1試驗介紹
試驗選取相同內(nèi)徑、外徑的葉輪,只是葉輪的傾斜角、葉片數(shù)及質(zhì)量可能不同,對渦輪流量計的性能進行研究。葉輪傾斜角的平面圖如圖1所示。
2.2試驗及試驗數(shù)據(jù)處理
計算流量計的相對示;值誤差為:
式中:Eij為第i檢定點第j次檢定被檢流量計的相對示值誤差,%;Vij為第i檢定點第j次檢定時流量計顯示的累積流量值,m3;(V,)ij為第i檢定點第j次檢定時標準器換算到流量計處狀態(tài)的累積流量值,m3。
試驗選取一臺0.5級標準的TGM/G250/DN80/PN16氣體渦輪流量計，選用兩種不同參數(shù)的葉輪,在試驗中研究葉輪對渦輪流量計計量性能的影響。
試驗所用葉輪A與B的差別見表1。
試驗之前，分別對裝有不同葉輪的渦輪流量計進行空載計時,見表2。
選用葉輪A時的試驗數(shù)據(jù)見表3。
選用葉輪B時的試驗數(shù)據(jù)見表4。
根據(jù)表3和表4作出葉輪A和葉輪B的誤差曲線圖,如圖2和圖3所示,葉輪A在流量20~400 m2/h時,0.5級是合格的，在100m3/h誤差出現(xiàn)突變情況;葉輪B在流量12~400m*/h時,0.5級是合格的。
根據(jù)表3和表4作出葉輪A和葉輪B的誤差對比圖,如圖4所示。
由圖4可以看出，葉輪B的誤差曲線在流量點50~400 m3/h的線性比葉輪A的線性要好;在流量點8~12 m3/h，誤差大概為-1%~- -3%左右，均為不合格點。
3結(jié)論
通過試驗，分別對不同傾斜角葉輪進行研究,得出如下結(jié)論:
(1)葉輪B在小流量點的誤差優(yōu)于葉輪A;
(2)兩葉輪在流量點100m3/h都出現(xiàn)誤差突變;
(3)葉輪A在線性區(qū)誤差更趨近零點;
(4)葉輪B在線性區(qū)誤差偏離零點,但是仍在誤:差范圍內(nèi);
(5)對于量程大的渦輪流量計,應(yīng)該優(yōu)選傾斜角較小的葉輪;而對于量程小的渦輪流量計，應(yīng)該優(yōu)選傾斜角較大的葉輪;
(6)在小流量點區(qū)域,不管是葉輪A還是葉輪B,計量誤差仍然很大。
總之，葉輪傾斜角只影響誤差曲線在線性區(qū)偏離零點的幅度,但是在小流量點誤差仍然很大,給貿(mào)易計量帶來了不公平，因此,接下來的研究工作主要是解決小流量點誤差偏大的問題。
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