渦輪流量計的研究

1 渦輪流量計測量原理

1.1 基本原理

渦輪流量計是一種速度式儀表，它是以動量矩守恒原理為基礎(chǔ)的，流體沖擊渦輪葉片，使渦輪旋轉(zhuǎn)，渦輪的旋轉(zhuǎn)速度隨流量的變化而變化，最后從渦 輪的轉(zhuǎn)數(shù)求出流量值，通過磁電轉(zhuǎn)換裝置（或機(jī)械輸出裝置）將渦輪轉(zhuǎn)速變化成電脈沖，送入二次儀表進(jìn)行計算和顯示，由單位時間電脈沖數(shù)和累計電脈沖數(shù)反映出 瞬時流量和累計流量。

1.2 渦輪流量計的影響因素

渦輪流量計的理想特性曲線僅與儀表結(jié)構(gòu)參數(shù)有關(guān)，與流量變化無關(guān)，儀表系數(shù)K為一常數(shù)。而實際曲線并非如此，對于實際的渦輪流量計， 渦輪首先必須克服軸承的靜摩擦力后才能轉(zhuǎn)動。我們將渦輪克服靜摩擦力矩所需的最小流量值稱為該渦輪的始動流量值。當(dāng)通過流量計的流量小于始動流量值時，渦 輪不轉(zhuǎn)，無信號輸出。當(dāng)流量大于始動排量以后，隨著流量的增加，渦輪旋轉(zhuǎn)角速度也將增大。以后在測量范圍內(nèi)，流體產(chǎn)生的阻力矩將成為影響流量計特性的主要 因素。相對來說，由軸承間摩擦產(chǎn)生的機(jī)械阻力矩就比較小了。流體產(chǎn)生的阻力矩對渦輪的影響又分為兩種情況，當(dāng)流體以較低速度流經(jīng)渦輪，儀表常數(shù)是隨被測液 體的流量和運(yùn)動粘度變化而變化的；當(dāng)流體以較高速度流經(jīng)渦輪，儀表常數(shù)只與儀表本身的結(jié)構(gòu)參數(shù)有關(guān)，而與流量無關(guān)。只有這種狀態(tài)時，儀表常數(shù)才真正表示了 常數(shù)的性質(zhì)。渦輪流量計的流量范圍就是根據(jù)這一區(qū)間來確定的。

2 實驗及結(jié)果分析

2.1 實驗數(shù)據(jù)－渦輪在水中不同溫度下的響應(yīng)

不同溫度下，用水標(biāo)定渦輪k值的情況如表1，從表1中可以發(fā)現(xiàn)，由于水的溫度有所增加，渦輪的K（K=F/Q）值相對減小。

表1

2.2 實驗數(shù)據(jù)－渦輪在油中不同溫度下的響應(yīng)

不同溫度下，標(biāo)準(zhǔn)渦輪對油流量的響應(yīng)數(shù)值如下表：

表2

根據(jù)上表做出油對K值得響應(yīng)特性曲線，如圖1所示，冷油（16度）對K值的響應(yīng)特性，即F=119.7Q-46.383；熱油（60度）對K值的響應(yīng)特性，即：

F=107.04Q-20.484。

由此，我們可以推導(dǎo)出：

Q₁=（F₁+20.48）/107.04 （1）

Q₂=（F₂+46.38）/119.7 （2）

式中：Q₁-熱油流量；Q₂-冷油流量；F₁-渦輪對Q₁的頻率響應(yīng)值；F₂-渦輪對Q₂的頻率響應(yīng)值。

圖1

將公式（1）（2）組成方程組，解得：（1）當(dāng)F=F₁=F₂=142.2時，Q₁=Q₂；

（2）當(dāng)F=F₁=F₂>142.2時，K值大的渦輪流速相對較小；

（3）當(dāng)F=F₁=F₂<142.2時，K值大的渦輪流速相對較大。

如圖2為標(biāo)準(zhǔn)渦輪在不同流量、不同油溫下的K值響應(yīng)曲線。標(biāo)準(zhǔn)渦輪K值計算公式為：K=F/Q。

圖2

其中F為標(biāo)準(zhǔn)渦輪在某量范圍內(nèi)的響應(yīng)頻率。Q=V/T（m^3/D），假設(shè)V為某一固定體積容器，那么T即為以某固定流量Q充滿固定體積V所用的時間。

由上面圖表我們看到，當(dāng)Q₁=Q₂時，F(xiàn)₁2，K₁2。因此可以得出，當(dāng)流量一定時，標(biāo)定冷水的K值比熱水的K值大。如果提高流量Q1，使F1=F2，這時又出現(xiàn)下面的情況：當(dāng)F₁=F₂時，Q₁>Q₂，K₁>K₂。