涡轮流量计特性分析

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  涡轮流量计特性分析

涡轮流量计的特性分析
通过上述涡轮流量计的数学模型,可以对其工作特性进行较详细的分析。
1.理想特性曲线
所谓涡轮流量计的理想特性,就是假定涡轮处于匀速运动的平衡状态,并且机械摩擦阻力矩Trm、流体对涡轮的阻力矩Trf均可忽略的条件下,仪表系数K与流量qv之间的关系,也是假定:
Tm-0; Trf=0
K=f/qv=(Z/2π)(tanθ/rA)
由该式科健,理想特性仅与仪表参数有关,与流量变化无关,仪表系数K为一常数,在K-qv图上为一平行于横轴的直线。
2.始动流量值qvmin
对于实际的涡轮流量计,涡轮首先必须克服轴承的静摩擦力矩后才能转动。我们将涡轮克服静摩擦力的最小流量力矩为qvmin.当通过流量计的流量小于始动流动值qvmin时,涡轮不转,无信号输出。
下面将通过流量计数学模型来计算始动流量值qvmin
在流量相当于始动流量值时,涡轮气动。此时它的角速度很小,所以可忽略流体阻力矩Trf的影响,即可认为此时Trf=0.其数学模型式变为

所谓始动流量,即涡轮刚被推动时的流量,此时可认为其输出脉冲频率为零,由式3-18可计算得始动流量值,即:

分析上式可知:
a.机械摩擦阻力Trm越小,流量计的始动流量值也越小,即在小流量区段量限越宽。所以,要做得好的小流量特性,首先应减少流量计的涡轮与轴承之间的摩擦力。
b.流体介质ρ越大,始动流量值qvmin也就越小。对此,在测量气体流量时必须注意温度对气体密度的影响。随着介质温度的变化,可能引起流量计特性曲线的平移。
3.实际特性曲线与流量变化的关系
当流量大于始动流量值以后,随着流量的增加,涡轮选择角速度也将增大。以后再测量范围内,流体产生的阻力矩Trf将成为影响流量计特性的主要因素。相对来说,由轴承间摩擦产生的机械阻力矩就比较小了。因此,在以下的讨论中,我们假定机械摩擦阻力矩Trm=0
由于在不同的流体状态下,流体产生阻力的机理不同,效果也不同,所以对层流流动状态和紊流流动状态将分别进行讨论。
①层流流动时的流量计特性
在层流流动状态时,流体流动阻力与流体粘度μ、涡轮旋转角速度ω成正比。而涡轮角速度又与流体流量成正比,所以,流体阻力矩Trf可以写成
Trf=C1ηqv
式中:
C1--常数
将上式代入流量计书序模型汇总可得:

分析上式可知:
a.在层流流动状态时,仪表常数K将随着流量qv的变化而变化,若粘度不变,则随着流量qv的增加而增大。
b.在层流流动状态时,仪表系数K与流体粘度η变化有关。
②紊流流动时的流量计特性
在紊流流动状态下,流体流动阻力与流体密度ρ和流量qv的平方成正比,此时可不计流体粘度的影响,所以流动阻力矩Trf可以写成
Trf=C2ρqv2
式中:
C2--常数
将上式代入数学模型可得

分析上式
a.在紊流流动状态下,仪表系数K仅与仪表本身结构参数有关,而与流量qv、流体粘度μ等参数无关。可近似为一常数。只有在这种状态下,仪表系数K才真正显示了常数的性质。仪表系数K为常数的这个区间,也就是该流量计的流量测量范围。
b.由于测量时流体阻力矩较紊流时要小一点,所以在层流与紊流的交界点上,特性曲线K有一个峰值。该峰值的位置受流体粘度影响较大。流体粘度越大,该峰值的位置越向大流量方向移动。
通过上述分析,可作出涡轮流量计的K-qv特性曲线,见图3-4所示。图中虚线为涡轮流量计的理想特性,若流量具有这种特性,不论流量如何变化,总可以使其累积流量‘瞬时流量的误差为零。图中实现为一般涡轮流量计特性曲线的大致趋势。在进入流量计测量范围(即进入紊流流动状态)以后,随流量的变化其仪表系数K也会有一点变化,其变化幅度越小,涡轮流量计的测量准确度就越高。
涡轮流量计特性曲线

 

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