渦輪流量計壓力變化與流量變化與儀表精度之間的關(guān)系，本文針對新研制的低能耗高精度渦輪流量計,就其變送器前后壓力變化與流量變化研究了其與儀表精度之間的關(guān)系,并量化了這一因果關(guān)系,提出了改善該型流量計精度的途徑。
渦輪流量計雖然自誕生也已20多年了,但對這種流量計的研究始終停留在起始階段。人們一直認(rèn)為這種流量計精度高、測量范圍廣、壓力損失少、惰性小。但渦輪流量計的測量信號受到多種參數(shù)的影響,在使用中不予足夠的重視就會嚴(yán)重影響測量精度[1]。常規(guī)考慮了以下幾個因素。
1.壓力變化導(dǎo)致液體發(fā)生氣蝕而使精度下降,為此規(guī)定了每種流量計的防止流量計氣蝕的最小壓力。
2.溫度變化導(dǎo)致流量計金屬材料熱脹冷縮,幾何尺寸隨之變化而引起轉(zhuǎn)速的變化。
3.流體粘度影響到變送器葉輪的阻尼力,即影響到葉輪的轉(zhuǎn)速。
4.由特性曲線可知流量測量范圍必須在流量計的測量范圍之內(nèi),才能保證測量精度,否則,因儀表常數(shù)不恒定而產(chǎn)生誤差。
5.因為渦輪流量計為速度式儀表,流體的密度狀態(tài)不同,必然影響到質(zhì)量流量的計量。
2 ΔP、Q與ΔQ的關(guān)系
目前,廠商提供的渦輪流量計,均規(guī)定了變送器前端的流體壓力等于或大于(δP+P1+PV)。其中δP為流體通過渦輪流量計,以驅(qū)動變送器渦輪旋轉(zhuǎn),達(dá)到一定轉(zhuǎn)速所需的進(jìn)口壓力;PV為被計量介質(zhì)在最高溫度、最大流量下液體的汽化壓力。顯然,這個關(guān)系式是為了保證介質(zhì)在通過變送器時,不發(fā)生氣化,防止氣蝕現(xiàn)象。
這里P入、P出分別為變送器前后兩側(cè)壓力,
∴ΔP=P入-P出≥(1-A)δP+P1+(1-B)PV
A、B為系數(shù),由制造廠家對自己的產(chǎn)品通過實驗測定,而對線性度的要求,A、B兩值的保守估計應(yīng)為3.0和1.5[3]。
由以上可以看出,對具體制造廠家提供的渦輪流量計,A、B均為常數(shù),當(dāng)介質(zhì)一定時,PV也為常數(shù),而δP與流量計的結(jié)構(gòu)特性有關(guān)。
由于δP=KQ2(K為系數(shù),Q為儀表顯示流量),在流量較大時,尤其在接近特性曲線的線性段上端B點附近,這時標(biāo)定出來的儀表常數(shù)已經(jīng)與實際流量的出入較大。因為Q增大,δP以平方正比關(guān)系增加,ΔP也會依附增加。假定葉輪為一與管道同心的圓柱面,則葉輪旋轉(zhuǎn)時,頂端的軸向速度分量對漏流量也有影響。
設(shè)計柵的流通面積為S0,渦輪轉(zhuǎn)速為n,葉輪的平均半徑為r0,葉片對渦輪軸線的傾角為α,則有
流量 Q為顯示流量
設(shè)葉輪外廓直徑尺寸為d,管道內(nèi)徑為D,葉輪在軸線方向尺寸為L,單側(cè)間隙為δ=
由于同心環(huán)狀縫隙的非計量流量為
式中 d——葉輪外徑
μ——流體動力粘度
ΔΡ——變送器前后的壓力差
L——變送器葉輪軸向尺寸
δ——葉輪頂端到管內(nèi)徑的單側(cè)間隙
由于葉片的旋轉(zhuǎn)位移方向在軸線方向上的分量將影響到縫隙中液流的速度,因此影響了縫隙的流量。故在上式中應(yīng)考慮這一影響。
按圖2—1,葉片上任意點(半徑為r)處其切向速度和法向速度分別為
將δ=D-d2及儀表常數(shù)關(guān)系式代入上式,則:
上式中 ΔQ——誤差流量
Q——顯示流量
d——葉輪最大直徑
D——管道口內(nèi)徑
μ——液體的運動粘度
L——葉輪的軸向尺寸
N——葉輪上葉片的個數(shù)
ξ——儀表常數(shù)
對于給定的儀表,上式即為:ΔQ=K1ΔP+K2Q
綜上所述,流量計所計量的液體的流量難以反映液體的真實流量,為此,應(yīng)將漏液流量加在上式中。
即有:Q真=Q示+ΔQ
3 結(jié)論
1.渦輪流量計的測量精度受其葉輪幾何參數(shù)精確度的影響;
2.當(dāng)流量Q較大并接近特性曲線線性段上端點時,變送器兩側(cè)的壓差會增大,導(dǎo)致顯示值較實際流量偏小。
3.所造成的誤差為
當(dāng)已知ΔP及儀表所顯示流量時,便可通過上式求出漏顯的流量。
4.如果壓力變化ΔP′,則:ΔP←ΔP+ΔP′
故ΔP=K1ΔP+K1ΔP′+K2Q=K+K1ΔP′+K2Q
上式即為本文所反映的壓力變化K1ΔP′與流量Q與誤差ΔQ之間的關(guān)系式,如圖2-2所示。
5.為提高精度,一方面應(yīng)提高變送器的設(shè)計精度及制造精度,另一方面應(yīng)當(dāng)穩(wěn)定變送器兩側(cè)的壓力差及限制流量在特性曲線線性段部分的中點附近。