渦輪流量計脈動流對其測量精度的影響（德圖儀表）

 1.脈動流特性
    幾乎所有的管道流都是不穩(wěn)定的，不論是層流狀態(tài)還是湍流狀態(tài)下都存在各種干擾。所謂脈動流是指流體在測量區(qū)域的流速是時間的函數(shù)，但在一個足夠長的時間段內(nèi)有一個恒定的平均值，這個值決定于脈動流的流動規(guī)律。
    真正的管道定常流僅出現(xiàn)在層流中，大多數(shù)工業(yè)管流均出現(xiàn)湍流現(xiàn)象，試試一種統(tǒng)計意義上的定常流，脈動流會影響渦輪流量計的測量度，有時會使其測量值嚴重失真，所以工業(yè)上迫切需要研究脈動流對其測量度的影響。
    我們通常只能測量出脈動的主要參數(shù)，如輻值、頻率和波形，然后通過這些參數(shù)分析脈動可能給流量計造成的影響。
2.脈動流對渦輪流量計測量精度的影響
   特性方程及計算
    渦輪流量計以動量矩守恒定理為基礎(chǔ)的一種速度式流量儀表，對非穩(wěn)定流由于轉(zhuǎn)子葉片和相關(guān)傳動裝置的共振、轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動慣量、脈動的形狀、轉(zhuǎn)子和齒輪摩擦阻力及轉(zhuǎn)子瞬時轉(zhuǎn)矩等因素影響，使渦輪流量計產(chǎn)生很大的誤差，用機翼理論來分析作用在轉(zhuǎn)子上的驅(qū)動力矩和阻力矩，可得到其運動方程:

    式中J為葉片轉(zhuǎn)動慣量，θ為葉與軸線之間的夾角，r為渦輪葉片的平均半徑，A為管道流量面積，ρ為流體密度，ω為渦輪的旋轉(zhuǎn)角加速度，Q為通過管道流量。
    若把脈動流表示為Q=asin2πfpt，經(jīng)過分析整理，可得出渦輪旋轉(zhuǎn)角加速度與脈動流各參數(shù)的關(guān)系：22

其中C為穩(wěn)態(tài)時的ω值。
    對特定的渦輪流量計和不同的脈動流，可編程計算出（2）式在脈動周圍內(nèi)各離散點所對應(yīng)的ω（t），據(jù)此計算可畫出ω（t）曲線，其流程圖如圖1：
2.2結(jié)構(gòu)與分析
    經(jīng)過計算分析，發(fā)現(xiàn)導致流量計產(chǎn)生誤差的主要因素是脈動流的頻率，所加的正弦脈動流的頻率與穩(wěn)態(tài)下渦輪的旋轉(zhuǎn)角加速度的關(guān)系為ω=2πfp(1/qm)r2時，相應(yīng)曲線與輸入正弦曲線zui為接近，與理論分析基本吻合，多次改變脈動流頻率、振幅參數(shù)，發(fā)現(xiàn)有時圖形失真非常厲害，通過對多幅圖形的比較，發(fā)現(xiàn)有如下規(guī)律：（見圖2、3）

當脈動流頻率fp大于旋轉(zhuǎn)角加速度ω時，儀表的相應(yīng)曲線開始失真，脈動頻率導致相應(yīng)曲線的幅值發(fā)生改變，經(jīng)過分析發(fā)現(xiàn)，脈動頻率越大，響應(yīng)幅值越小，脈動頻率越小，響應(yīng)幅值越大，即隨著頻率的增大，響應(yīng)失真程度隨著增大，但zui終有趨于穩(wěn)定的趨勢。 當脈動流頻率fp大于旋轉(zhuǎn)角加速度ω時，響應(yīng)曲線的失真程度隨脈動振幅的增大而加劇，但當脈動振幅小于某一振幅值時，其變化可認為不影響渦輪流量計的精度；當脈動頻率fp小于旋轉(zhuǎn)角加速度ω時，響應(yīng)曲線的失真程度與脈動振幅的變化無關(guān)聯(lián)。 對于形狀不失真的響應(yīng)曲線，其響應(yīng)曲線的幅值還與其它參數(shù)有關(guān)。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，對測量誤差影響較大的參數(shù)還有葉片轉(zhuǎn)動慣量J和葉片的初始旋轉(zhuǎn)角加速度C.J越小，響應(yīng)曲線的幅值越大，J越大，響應(yīng)曲線的幅值越小，但J太大或太小都會影響響應(yīng)曲線的幅值失真過大，其值取在2*10-6-3*10-6（kg.m2）之間時，響應(yīng)曲線，從參數(shù)分析可知，響應(yīng)曲線與輸入脈動曲線之間有一個位移，此位移的大小主要是與初始值C有關(guān)。

 
3.結(jié)論
   從以上分析計算可知，脈動流頻率對渦輪流量計的測量精度影響zui大，當脈動頻率fp小于旋轉(zhuǎn)角加速度ω時，流量儀表的響應(yīng)曲線與輸入脈動曲線相似，測量結(jié)構(gòu)接近于真值；脈動振幅對渦輪流量計的測量精度存在影響，但當脈動振幅小于某一振幅值時，可認為其不影響渦輪流量計的精度；葉片轉(zhuǎn)動慣量J和葉片的初始旋轉(zhuǎn)加速度C也對渦輪流量計測量精度有影響。
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