气体涡轮流量计的改进及实验测量

　　1　引言

　　涡轮流量计是叶轮式速度流量计,属于速度式测量,即利用测量管道内介质流动速度来得到流量。置于流体中的叶轮的旋转角速度与流体流速成正比,通过测量叶轮的旋转角速度得到流体流速,从而得到管道内的流量值。在选择涡轮流量计的时候,除了要求其具有准确度高、量程大和起始流量小的优点外,压损小也是一个关键指标。流体通过涡轮流量计的压力损失越小,则流体由输入至输出管道所消耗能量就越小,由此可大大节约能源,降低输送成本。本文将对流量计进行实验对比测量,找出引起压损的主要因素,为针对性地改进设计提供基本实验依据。

　　2　结构与压力损失

　　涡轮流量计结构示意如图1所示,主要组件包括整流栅、前导流器、叶轮以及后导流器等。当流体通过管道时,冲击叶轮,对叶轮产生驱动力矩,使叶轮克服摩擦力矩和流体阻力矩而旋转,在一定的流量范围内,叶轮的旋转角速度与流体流速成正比。因此,叶轮的转速通过装在机壳外的磁电转换装置转换为模拟电流量,进而显示为瞬时流量值和累积流量值。

　　流体从机壳进口流入,首先经过整流栅进行稳流,再进入前导流器,前导流器对流体有收敛作用,防止流体发生分离产生大的涡旋运动,前导流叶片对流体起导向作用,避免流体自旋而改变对叶轮叶片的作用角度,保证测量的准确度。流体经叶轮后将以螺线型方式向前流动,加入带叶片的后导流器对其进行导流,使流体沿管壁直线流动,减少各种阻力引起的能量损失。

　　流体通过流量计的压力损失与介质的密度、流速等有关,其计算公式为:

　　式中　ΔP———压力损失,Pa

　　α———压损系数

　　ρ———介质密度,kg/m3

　　v———流速,m/s

　　由于ρ和v为流体流动参数,不能随意增减,因此只能尽量减小压损系数α,以达到降低压损的目的。压损系数除了受流体粘性、管径及管长等因素影响外,还与流量计内部各部件的几何结构有关。

　　3　实验测量

　　实验采用口径DN=100mm,量程Q=60~600m3/h的涡轮流量计,在吸气式试验台上分别对介质为空气(常压)、不同形状整流栅、不同叶片数叶轮和不同结构的后导流器进行测量。

　　3.1　整流栅

　　图2为圆孔和方孔两种形状整流栅,整流栅直径为100mm,宽为15mm。方孔流通面积约为圆孔流通面积的4/3。中间实体为固定整流栅螺钉位置。

　　图3是只改变整流栅条件下,流体经过流量计的压力损失曲线。由图知,尽管方孔整流栅比圆孔增大了1/3的通流面积,但对流体压损的影响并不明显。在小于300m3/h的范围内,两者几乎没有差别,在Q=700m3/h处,方孔整流栅最大使压损降低300Pa,比圆孔整流栅改善约10%,在工作范围60~600m3/h内,方孔比圆孔平均改进约2%,但方孔加工难度大于圆孔,因此,应根据实际情况选择整流栅。