渦輪流量計(jì)脈動(dòng)流對(duì)其測量精度的影響（德圖儀表）

 1.脈動(dòng)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(dòng)流是指流體在測量區(qū)域的流速是時(shí)間的函數(shù)，但在一個(gè)足夠長的時(shí)間段內(nèi)有一個(gè)恒定的平均值，這個(gè)值決定于脈動(dòng)流的流動(dòng)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(jì)意義上的定常流，脈動(dòng)流會(huì)影響渦輪流量計(jì)的測量度，有時(shí)會(huì)使其測量值嚴(yán)重失真，所以工業(yè)上迫切需要研究脈動(dòng)流對(duì)其測量度的影響。
    我們通常只能測量出脈動(dòng)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(dòng)可能給流量計(jì)造成的影響。
2.脈動(dòng)流對(duì)渦輪流量計(jì)測量精度的影響
   特性方程及計(jì)算
    渦輪流量計(jì)以動(dòng)量矩守恒定理為基礎(chǔ)的一種速度式流量儀表，對(duì)非穩(wěn)定流由于轉(zhuǎn)子葉片和相關(guān)傳動(dòng)裝置的共振、轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量、脈動(dòng)的形狀、轉(zhuǎn)子和齒輪摩擦阻力及轉(zhuǎn)子瞬時(shí)轉(zhuǎn)矩等因素影響，使渦輪流量計(jì)產(chǎn)生很大的誤差，用機(jī)翼理論來分析作用在轉(zhuǎn)子上的驅(qū)動(dòng)力矩和阻力矩，可得到其運(yùn)動(dòng)方程:

    式中J為葉片轉(zhuǎn)動(dòng)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(dòng)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(dòng)流各參數(shù)的關(guān)系：22

其中C為穩(wěn)態(tài)時(shí)的ω值。
    對(duì)特定的渦輪流量計(jì)和不同的脈動(dòng)流，可編程計(jì)算出（2）式在脈動(dòng)周圍內(nèi)各離散點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的ω（t），據(jù)此計(jì)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(jì)算分析，發(fā)現(xiàn)導(dǎo)致流量計(jì)產(chǎn)生誤差的主要因素是脈動(dòng)流的頻率，所加的正弦脈動(dòng)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(shí)，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(dòng)流頻率、振幅參數(shù)，發(fā)現(xiàn)有時(shí)圖形失真非常厲害，通過對(duì)多幅圖形的比較，發(fā)現(xiàn)有如下規(guī)律：（見圖2、3）

當(dāng)脈動(dòng)流頻率fp大于旋轉(zhuǎn)角加速度ω時(shí)，儀表的相應(yīng)曲線開始失真，脈動(dòng)頻率導(dǎo)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(dòng)頻率越大，響應(yīng)幅值越小，脈動(dòng)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(dāng)脈動(dòng)流頻率fp大于旋轉(zhuǎn)角加速度ω時(shí)，響應(yīng)曲線的失真程度隨脈動(dòng)振幅的增大而加劇，但當(dāng)脈動(dòng)振幅小于某一振幅值時(shí)，其變化可認(rèn)為不影響渦輪流量計(jì)的精度；當(dāng)脈動(dòng)頻率fp小于旋轉(zhuǎn)角加速度ω時(shí)，響應(yīng)曲線的失真程度與脈動(dòng)振幅的變化無關(guān)聯(lián)。 對(duì)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(duì)測量誤差影響較大的參數(shù)還有葉片轉(zhuǎn)動(dòng)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(huì)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(shí)，響應(yīng)曲線，從參數(shù)分析可知，響應(yīng)曲線與輸入脈動(dòng)曲線之間有一個(gè)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(jì)算可知，脈動(dòng)流頻率對(duì)渦輪流量計(jì)的測量精度影響zui大，當(dāng)脈動(dòng)頻率fp小于旋轉(zhuǎn)角加速度ω時(shí)，流量儀表的響應(yīng)曲線與輸入脈動(dòng)曲線相似，測量結(jié)構(gòu)接近于真值；脈動(dòng)振幅對(duì)渦輪流量計(jì)的測量精度存在影響，但當(dāng)脈動(dòng)振幅小于某一振幅值時(shí)，可認(rèn)為其不影響渦輪流量計(jì)的精度；葉片轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J和葉片的初始旋轉(zhuǎn)加速度C也對(duì)渦輪流量計(jì)測量精度有影響。
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