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    叶轮对涡轮流量计性能的影响
    发布时间:2020-8-20 08:37:14

    摘要:叶轮是涡轮流量计的重要组成部分,根据理论模型可知,叶轮对涡轮流量计的计量性能具有一定的影响。针对不同叶轮对涡轮流量计的影响,通过试验的方法,分析了改变叶轮倾斜角对涡轮流.量计计量性能的影响。结果表明,角度较大的叶轮B对其误差曲线影响较小;角度较小的叶轮A对其误差曲线影响较大。
      涡轮流量计具有精度高、重复性好、结构简单、测量范围广、体积小、质量轻、压力损失小、维修方便等优点,被广泛应用在石油、化工、冶金、城市燃气管网等行业中1。随着涡轮流量计的大量使用,用户对其计量准确度的要求也越来越高。
      叶轮倾斜角θ或叶片数Z是涡轮流量计设计中的重要参数,直接影响流量计的计量性能。θ角减小,当进人流量计被测流体流速相同时,叶轮速度将提高。当其它条件不变时,随着θ角减小,叶轮转速增大,提高.了仪表的灵敏度。但转速提高使阻力矩增大,被测流体的压力损失增大,轴承磨损增大,仪表寿命降低。
      在研发气休涡轮流量计的过程中,针对叶轮倾斜角θ大小的改变对涡轮流量计性能的影响进行研究。
    1涡轮流量计的测量原理与结构
    1.1基本结构
      涡轮流量计主要山整流器、叶轮、磁性联轴器、机械计数器、内轮变速器等组件组成。
    1.2 基本原理
      涡轮流量计是一-种流体测量装置,流体的动力驱使叶轮旋转,其旋转速度与体积流量近似成正比例。通过流量计的流体体积是基于叶轮的旋转数得到的,主要是运用磁电转换装置或者机械输出装置将涡轮转速转化成电脉冲,二次仪表进行计算和显示,由单位时间内电脉冲和累计电脉冲数来反映瞬时和累计流量。
    1.3 叶轮
      涡轮叶轮亦称叶轮,一般采用工程塑料、钢或铝合金材质,其作用是把流体动能转换成机械能。按照设计要求,叶轮叶片数为Z= 12~20,叶片倾斜角θ=30~45°,重叠度为1~1.2,叶片与内机光间隙为0.5~1 mn。为提高涡轮流量计的计量性能,可适当增加叶片数或调整倾斜角3)
    1.4理论依据
    涡轮流量计的数学模型为

      式中:J为涡轮的转动惯量;w为涡轮叶轮的旋转角速度;7,为流体对叶片产生的推动力矩;Tm为涡轮轴与轴承之间摩擦产生的机械摩擦阻力矩;Ts为流体通过涡轮时产生的流动阻力矩;Tm为电磁转换器对涡轮产生的电磁阻力矩;Z为涡轮叶片数;θ为叶片倾斜角;r为叶片的平均半径;A为流通截面积;p为流体的密度;f为信号脉冲频率;q为体积流量;K为仪表系数;q。为瞬时体积流量。
      根据数学模型可以定性判断出涡轮流量计的计量性能与叶轮的叶片倾斜角有关,笔者选取不同θ角的叶轮在同一台涡轮流量计上进行试验,分析其对涡轮流量计的影响。
    2试验及试验数据分析
    2.1试验介绍
      试验选取相同内径、外径的叶轮,只是叶轮的倾斜角、叶片数及质量可能不同,对涡轮流量计的性能进行研究。叶轮倾斜角的平面图如图1所示。

    2.2试验及试验数据处理
      计算流量计的相对示;值误差为:

      式中:Eij为第i检定点第j次检定被检流量计的相对示值误差,%;Vij为第i检定点第j次检定时流量计显示的累积流量值,m3;(V,)ij为第i检定点第j次检定时标准器换算到流量计处状态的累积流量值,m3。
      试验选取一台0.5级标准的TGM/G250/DN80/PN16气体涡轮流量计,选用两种不同参数的叶轮,在试验中研究叶轮对涡轮流量计计量性能的影响。
    试验所用叶轮A与B的差别见表1。

      试验之前,分别对装有不同叶轮的涡轮流量计进行空载计时,见表2。

    选用叶轮A时的试验数据见表3。
    选用叶轮B时的试验数据见表4。
      根据表3和表4作出叶轮A和叶轮B的误差曲线图,如图2和图3所示,叶轮A在流量20~400 m2/h时,0.5级是合格的,在100m3/h误差出现突变情况;叶轮B在流量12~400m*/h时,0.5级是合格的。
    根据表3和表4作出叶轮A和叶轮B的误差对比图,如图4所示。

      由图4可以看出,叶轮B的误差曲线在流量点50~400 m3/h的线性比叶轮A的线性要好;在流量点8~12 m3/h,误差大概为-1%~- -3%左右,均为不合格点。

    3结论
    通过试验,分别对不同倾斜角叶轮进行研究,得出如下结论:
    (1)叶轮B在小流量点的误差优于叶轮A;
    (2)两叶轮在流量点100m3/h都出现误差突变;
    (3)叶轮A在线性区误差更趋近零点;
    (4)叶轮B在线性区误差偏离零点,但是仍在误:差范围内;
    (5)对于量程大的涡轮流量计,应该优选倾斜角较小的叶轮;而对于量程小的涡轮流量计,应该优选倾斜角较大的叶轮;
    (6)在小流量点区域,不管是叶轮A还是叶轮B,计量误差仍然很大。
      总之,叶轮倾斜角只影响误差曲线在线性区偏离零点的幅度,但是在小流量点误差仍然很大,给贸易计量带来了不公平,因此,接下来的研究工作主要是解决小流量点误差偏大的问题。

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