型號(hào)為HH-HYBLWGY-40的渦輪流量計(jì)為例進(jìn)行分析。
①定常流動(dòng)時(shí)
式(1)變成:
這里把∑M分成了兩部分,即驅(qū)動(dòng)渦輪旋轉(zhuǎn)的驅(qū)動(dòng)力矩M,和阻礙渦輪旋轉(zhuǎn)的各種阻力矩∑Mi。
通過(guò)分析計(jì)算,驅(qū)動(dòng)力矩為
式中:θ為葉片與軸線(xiàn)之間的夾角;-r為渦輪平均半徑;A為管道流通面積;ρ為流體密度;ω為渦輪的旋轉(zhuǎn)角速度;q為通過(guò)管道的流量。
假定渦輪流量計(jì)工作在無(wú)阻力的理想狀態(tài)下,則渦輪的旋轉(zhuǎn)角速度為
當(dāng)流量為正弦動(dòng),即q=asinωt時(shí),渦輪旋轉(zhuǎn)加速度ω是幅值為a(tgθ/-rA)的同相位正弦動(dòng),其對(duì)渦輪流量計(jì)測(cè)量精度的響幾乎為。
②非定常流動(dòng)時(shí)
由于管內(nèi)的流動(dòng)往往不是個(gè)定常流動(dòng),且渦輪在真實(shí)情況下還會(huì)受到阻力矩的響,則式(1)為
為了處理方便,略去方程中的粘性阻力矩C1ηq,上式變?yōu)?/div>
令q=asinωt,經(jīng)過(guò)分析整理,可以得出渦輪旋轉(zhuǎn)加速度與動(dòng)流各參數(shù)的關(guān)系:
對(duì)于所研究的渦輪流量計(jì),其渦輪葉片的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J=2.889×10-6 kg·m2。則上式中的積分項(xiàng)可用以下流程圖(見(jiàn)圖2)加以計(jì)算。
2.3?結(jié)果與分析
2.3.1?動(dòng)流頻率對(duì)測(cè)量精度的響
經(jīng)過(guò)計(jì)算分析,發(fā)現(xiàn)動(dòng)流頻率是響精度的關(guān)鍵因素,所加的正弦動(dòng)流頻率與穩(wěn)態(tài)下渦輪旋轉(zhuǎn)加速度的關(guān)系為ωn=2πfp(1/-qm)-r2(-qm為平均質(zhì)量流量)時(shí),響應(yīng)曲線(xiàn)與輸入正弦曲線(xiàn)為接近,與理論分析基本吻合。多次改變動(dòng)流頻率參數(shù),發(fā)現(xiàn)有時(shí)圖形失真非常厲害,經(jīng)過(guò)對(duì)多幅圖形(如圖3和圖4)的分析,發(fā)現(xiàn)如下規(guī)律:
①當(dāng)動(dòng)流頻率fp小于角加速度ω,那么流量?jī)x表的響應(yīng)類(lèi)似于輸入沖,測(cè)量結(jié)果接近于真值;且頻率越小,結(jié)果越接近,由此可知當(dāng)沖頻率遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于渦輪旋轉(zhuǎn)的角加速度時(shí),儀表的測(cè)得值誤差幾乎為。
②當(dāng)沖頻率fp大于角加速度ω,那么儀表的響應(yīng)曲線(xiàn)開(kāi)始失真,且頻率fp與角加速度ω相差越大,其失真程度越大。
③動(dòng)流的頻率還響輸出圖形的幅值大小,經(jīng)分析發(fā)現(xiàn),頻率越大,幅值越小;頻率越小,幅值越大。
2.3.2?在動(dòng)流存在的情況下其它參數(shù)對(duì)測(cè)量精度的響
對(duì)于形狀不失真的響應(yīng)曲線(xiàn),其輸出圖形幅值還與其它參數(shù)有關(guān),經(jīng)研究,響較大的參數(shù)有渦輪流量計(jì)葉片的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J。若轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J越小,輸出圖形的幅值越大;反之,J越大,輸出圖形的幅值越小。但J太大或太小都會(huì)響輸出曲線(xiàn)的幅值失真過(guò)大,J取在(2~3)×10-6 kg·m2時(shí),其圖形輸出。
渦輪流量計(jì)葉片的初始旋轉(zhuǎn)加速度C也將響輸出曲線(xiàn)。從參數(shù)分析可知,其響應(yīng)曲線(xiàn)與輸入動(dòng)曲線(xiàn)有個(gè)位移,這個(gè)位移大小主要是與初始值C有關(guān),即穩(wěn)態(tài)流動(dòng)時(shí),旋轉(zhuǎn)加速度越小,這個(gè)位移量越小但小到定值時(shí),由于其它因素的響(如流體粘性及機(jī)械摩擦阻力的響等)又會(huì)使圖形失真,對(duì)于被研究的渦輪流量計(jì),穩(wěn)態(tài)旋轉(zhuǎn)加速度值以大于2π為好。
本文研究了周期性動(dòng)流對(duì)渦輪流量計(jì)的測(cè)量精度的響情況,結(jié)論如下:
①動(dòng)流的頻率響,當(dāng)動(dòng)流頻率fp小于角加速度ω,那么流量?jī)x表的響應(yīng)與輸入動(dòng)流圖形相似,測(cè)量結(jié)果接近于真值;
②轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J對(duì)于輸出圖形幅值有響;
③穩(wěn)態(tài)流時(shí)的旋轉(zhuǎn)加速度值可能會(huì)引起輸出圖形產(chǎn)生個(gè)向上的位移。