氣體渦輪流量計是一種速度式流量計,在國際上已有半個世紀(jì)的工業(yè)應(yīng)用歷史,我國從60年代中期開始生產(chǎn),已形成全系列化儀表。由于其較高的精確度、良好的重復(fù)性和較寬的范圍度以及維護方便等原因.是目前流量儀表中比較成熟的高精度儀表。我們在對氣體渦輪流量計進行研制和開發(fā)過程中發(fā)現(xiàn).各型號氣體渦輪流量計儀表系數(shù)普遍存在不穩(wěn)定的問題。作為計量儀表,儀表系數(shù)穩(wěn)定是保證不同條件下計量精度的必要保證,為此,本文分析了氣體渦輪流量計儀表系數(shù)不穩(wěn)定的原因并進行了有效改進。
2流量計結(jié)構(gòu)和工作原理
氣體渦輪流量計(結(jié)構(gòu)示意如圖l所示)是將渦輪置于被測流體中,當(dāng)氣體流經(jīng)流量計時,在整流器的作用下被整流和加速,由于渦輪的葉片與流過氣體之間存在一定夾角,氣體流動對渦輪產(chǎn)生轉(zhuǎn)動力矩.使渦輪克服機械摩擦阻力矩和流動阻力矩而旋轉(zhuǎn)。試驗證明,在一定流量范圍內(nèi),渦輪的角速度和通過渦輪的流量成正比。渦輪的旋轉(zhuǎn)帶動脈沖發(fā)生器旋轉(zhuǎn),脈沖接收裝置接收脈沖發(fā)生器傳遞的脈沖,
3儀表系數(shù)的影響因素及改進
儀表系數(shù)是衡量渦輪流量計準(zhǔn)確度和量程比的一個關(guān)鍵系數(shù),系數(shù)取值的正確與否決定了信號接受、轉(zhuǎn)換結(jié)果與實際流量的誤差大小。要使渦輪流量計正常工作,其儀表系數(shù)K必須為一穩(wěn)定的常數(shù)值.即K應(yīng)不隨流量的變化而變化。但實際上渦輪流量計的工作特性并非如此,引入儀表系數(shù)計算公式:
f-一渦輪流量計所發(fā)出的脈沖總數(shù)
q一通過流量計的氣體總量
z-一渦輪的葉片個數(shù)
o一葉輪葉片與軸線的夾角
r--g十輪葉片的平均半徑
A一葉輪的流通面積
t渦輪軸與軸承之間摩擦產(chǎn)生的機械摩擦
阻力矩..
T一氣體通過渦輪時對渦輪產(chǎn)生的流動阻力
P--通過渦輪流量計流體的密度
可以看出.渦輪流量計的儀表系數(shù)與渦輪的葉片數(shù)、葉片與軸線的夾角、葉片平均半徑、葉輪流通面積、渦輪軸的機械摩擦阻力矩、氣體對渦輪產(chǎn)生的流動阻力矩以及被測氣體密度等眾多因素有直接的關(guān)系。其中氣體對葉輪產(chǎn)生的流動阻力矩很小可以忽略。其余因素的影響我們分別從以下兩方面進行分析:
(1)對某一渦輪流量計產(chǎn)品,其幾何結(jié)構(gòu)如:葉片數(shù)、葉片與軸線的夾角、葉片平均半徑、葉輪流通面積理論上應(yīng)該是固定不變的,但是由于客觀原因,如葉片加工精度影響或外界溫度變化等或多或少會使同一批次產(chǎn)品幾何參數(shù)不同。目前常用的流量計葉片材質(zhì)多為聚甲醛塑料,加工方式為注塑成型。聚甲醛的線膨脹系數(shù)為1lxl0-S/%,尺寸受外界溫度影響較大.葉片角度、葉輪流通面積很容易產(chǎn)生變化,導(dǎo)致流量計儀表系數(shù)不穩(wěn)定。
(2)渦輪軸與軸承之間摩擦產(chǎn)生的機械摩擦阻力矩對儀表系數(shù)的影響,包括兩方面:首先,軸承本身的因素。為了使渦輪獲得更好的靈敏性,通常選用微型軸承.同時考慮到儀表的維護,又大多使用雙密封自潤滑軸承,這種結(jié)構(gòu)則會增大軸承本身的摩擦阻力系數(shù).雖然在大流量工作狀態(tài)下該阻力幾乎沒有任何影響,但在小流量工作狀態(tài)下對流量計儀表系數(shù)的影響卻非常顯著。其次,裝配對軸承的影響。微型軸承本身運行受到的外界應(yīng)力必須非常小,若裝配時軸承內(nèi)圈和軸配合過緊,很容易使軸承受力過大.結(jié)果不僅影響軸承的靈敏性,還會顯著增大機械摩擦阻力矩,改變流量計原有儀表系數(shù)值。
針對上述存在問題,本文從葉輪材質(zhì)和軸承兩方面對儀表系數(shù)的影響做了大量試驗,通過綜合比較確定將葉輪材質(zhì)由聚甲醛塑料改為鋁合金,比起聚甲醛塑料,鋁合金具有尺寸穩(wěn)定性好等優(yōu)點。同時考慮到軸承的靜摩擦阻力系數(shù)、運行壽命等要求,軸承在安裝時避免受力過大,采用滑動配合的方式進行裝配。
對改進前、后的流量計進行了測試:任選3臺改進前的DNl00渦輪流量計,測量得儀表系數(shù)分別為5 285、5 270、5 200,誤差曲線如圖2所示。
再住選3臺改進后流量計,測得其儀表系數(shù)誤差曲線。
改進后流量計的儀表系數(shù)均為3275,而改進前的儀表系數(shù)的不確定性給渦輪流量計的批量生產(chǎn)帶來很大的麻煩,而改進后系數(shù)的唯一性則大大節(jié)了產(chǎn)品的檢測工作量,提高了生產(chǎn)效率。
4結(jié)論
通過對影響渦輪流量計儀表系數(shù)的因素進行分析,得出如下結(jié)論:要求渦輪流量計獲得穩(wěn)定的儀表系數(shù),從兩個方面入手可取得好的效果,消除葉輪本身的影響,即葉輪本身隨外界變化而改變量盡可能地小,同時盡量降低加工精度的影響,如本文選用鋁合金葉輪,采用數(shù)控加工成型;盡可能減少渦輪軸與軸承之間的摩擦阻力影響,與軸承選用和裝配有直接關(guān)系。