對(duì)氣體渦輪流量計(jì)的主要組件引起的壓力損失進(jìn)行了對(duì)比實(shí)驗(yàn)測量，比較了葉輪形狀和葉片數(shù)、前導(dǎo)流器不同結(jié)構(gòu)對(duì)壓損的影響程度。結(jié)果表明，導(dǎo)流器和葉輪改進(jìn)后，流量計(jì)的壓力損失明顯降低，同時(shí)靈敏度也得以提高。
  我國“西氣東輸”以及“南水北調(diào)”工程中各種各樣的輸送管道（總管和支管）均需要數(shù)以萬計(jì)的流量測量儀表（即流量計(jì)）來及時(shí)提供流動(dòng)參數(shù)，實(shí)施動(dòng)態(tài)監(jiān)測。渦輪流量計(jì)是其中必不可少的一種。它是葉輪式速度流量計(jì)，屬于速度式測量，即利用測量管道內(nèi)介質(zhì)流動(dòng)速度來得到流量的測量方法。

1、結(jié)構(gòu)與壓力損失：
  渦輪流量計(jì)結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示，主要組件包括整流柵、前導(dǎo)流器、葉輪以及后導(dǎo)流器等。當(dāng)流體通過管道時(shí)，沖擊葉輪，對(duì)葉輪產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)力矩，使葉輪克服摩擦力矩和流體阻力矩而旋轉(zhuǎn)，在一定的流量范圍內(nèi)，葉輪的旋轉(zhuǎn)角速度與流體流速成正比。因此，葉輪的轉(zhuǎn)速通過裝在機(jī)殼外的磁電轉(zhuǎn)換裝置轉(zhuǎn)換為模擬電流量，進(jìn)而顯示為瞬時(shí)流量值和累積流量值。

圖1渦輪流量計(jì)結(jié)構(gòu)示意圖

    流體通過流量計(jì)的壓力損失與介質(zhì)的密度、流速等有關(guān)，其計(jì)算公式為:    DP=a"p"vZ/2    其中，DP，壓力損失;。，壓損系數(shù);p，介質(zhì)密度;v，流速。    由于p和v為流體流動(dòng)參數(shù)，不能隨意增減，因此只能盡量減小壓損系數(shù)。以達(dá)到降低壓損的目的。壓損系數(shù)除了受流體粘性、管徑及管長等因素影響外，還與流量計(jì)內(nèi)部各部件的幾何結(jié)構(gòu)有關(guān)。

2、實(shí)驗(yàn)測量：
    實(shí)驗(yàn)采用口徑D =100mm，量程Q =50m;/h600m;/h的渦輪流量計(jì)，在吸氣式試驗(yàn)臺(tái)上分別對(duì)常壓、介質(zhì)為空氣、不同結(jié)構(gòu)的前導(dǎo)流器、不同葉片數(shù)及形狀的葉輪進(jìn)行測量。
2.1、前導(dǎo)流器：
  圖2和圖3分別為兩種結(jié)構(gòu)的前導(dǎo)流器示意圖。圖2為渦輪流量計(jì)常用結(jié)構(gòu)，葉片數(shù)為6，導(dǎo)流體形狀由流入至流出呈錐形，葉片長與錐體高度相同。圖3為本文改進(jìn)的前導(dǎo)流器結(jié)構(gòu)示意圖，其主要特點(diǎn)是:將錐體改為半橢球體，葉片數(shù)增加到12，并把葉片長度縮小1/3。

圖2錐形前導(dǎo)流器

圖3半橢球體前導(dǎo)流器
    圖4是兩種結(jié)構(gòu)下，流體經(jīng)過流量計(jì)后的壓力損失曲線。由圖4可看出，在流量<100 m;/h時(shí)，壓力損失不受導(dǎo)流器結(jié)構(gòu)的影響，而且壓損很小。隨著流量增大，改進(jìn)的導(dǎo)流器的壓損明顯低于錐體導(dǎo)流器，在***大流量600 m;/h處，錐體的壓損約為半橢球體的2倍，可見導(dǎo)流器的結(jié)構(gòu)對(duì)流量計(jì)壓力損失有不容忽視的影響作用。

圖4兩種結(jié)構(gòu)下壓力損失曲線
    使半橢球體壓損降低的主要原因作者認(rèn)為是:半橢球體外形過渡更光滑，降低了流體流動(dòng)分離的發(fā)生，更加符合對(duì)流動(dòng)條件的要求，從而使壓損大大降低。適當(dāng)增加葉片數(shù)而減少葉片長度，不但可以起到較好的穩(wěn)流、整流作用，減少因流動(dòng)渦旋產(chǎn)生的壓力損失，而且使流通面積有一個(gè)逐步減小的過程，避免了流體進(jìn)入導(dǎo)流器后由于流通面積的突然收縮引起的壓力損失的增大。試驗(yàn)結(jié)果表明，以上因素的綜合結(jié)果使流體流經(jīng)導(dǎo)流器時(shí)的壓損明顯降低。

2.2、葉輪：
  葉輪按照設(shè)計(jì)要求為葉片數(shù)z=12~20，葉片傾角a=300}450，重疊度為1一1.2，葉片與內(nèi)機(jī)殼間隙為0.5mm~1mm。為提高流量計(jì)的靈敏度，可適當(dāng)增加葉片數(shù)。    流量計(jì)常用葉輪葉片數(shù)為13，葉片形狀為矩形。為提高流量計(jì)的靈敏度，作者對(duì)葉輪作了改造，將葉片數(shù)增為20，葉片形狀設(shè)計(jì)成葉頂寬葉根窄的倒梯形形狀，梯形尺寸以保證相同重疊度為原則。圖5為分別采用13和20葉片數(shù)的葉輪后流量計(jì)壓損曲線圖?？煽吹?，兩條曲線幾乎重合。說明在允許范圍內(nèi)，葉輪葉片數(shù)的增減以及葉片形狀的改變對(duì)壓

圖5不同葉片數(shù)的壓力損失曲線

力損失的影響可以忽略。但通過對(duì)起始流量的測量發(fā)現(xiàn)，對(duì)13葉片數(shù)葉輪，測得流量計(jì)起始流量為7.5m;/h，而對(duì)20葉片數(shù)葉輪，則為6.5m;/h，可見，適當(dāng)增加葉片數(shù)和重疊度，可以在不增加壓損的前提下，較明顯地提高流量計(jì)的靈敏度。
2.3、儀表系數(shù)：
  考查渦輪流量計(jì)性能的另外一個(gè)重要指標(biāo)是儀表系數(shù)K。儀表系數(shù)可理解為流量計(jì)儀表的輸出流量值與通過流量計(jì)的實(shí)際流量值之比。因儀表的輸出流量值與儀表內(nèi)磁電轉(zhuǎn)換器輸出頻率成正比，故K也表示為輸出頻率與實(shí)際流量之比，即:

    式中，f輸出頻率;，:實(shí)際流量;
Z:葉輪葉片數(shù);r:葉輪平均半徑;
F:流通截面積e:葉片與軸線夾角。
由式可見，理想的儀表系數(shù)x與結(jié)構(gòu)參數(shù)有關(guān)，與流量變化無關(guān)。對(duì)某量計(jì)，x為一常數(shù)，在x-q、圖上為一平行橫軸的直線。但對(duì)實(shí)際的流體流動(dòng)，由于葉輪要克服軸承的機(jī)械阻力矩、流體產(chǎn)生的阻力矩，并受流動(dòng)狀態(tài)等因素的影響，使x不可能保持直線，而在量程范圍內(nèi)，盡量保證x為一常數(shù)是保證流量計(jì)精度的前提條件。
    本文對(duì)半橢球體導(dǎo)流器和梯形葉輪對(duì)流量計(jì)儀表系數(shù)的影響進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)測試，考察改變結(jié)構(gòu)組件后對(duì)儀表性能的影響。    圖6為分別采用錐體和半橢球體導(dǎo)流器，流量計(jì)儀表系數(shù)的測試結(jié)果。由圖可看出，采用改進(jìn)的導(dǎo)流器后，流量計(jì)儀表系數(shù)比改進(jìn)前有較好地改善，在量程范圍內(nèi)50m3/h~600m3/h ) K很好地體現(xiàn)常系數(shù)的特性，甚至在超過***大量程后，能繼續(xù)保持水平直線狀態(tài)。改進(jìn)前的流量計(jì)K值也較好，但隨著流量增大，直線略向下傾斜，偏離了水平位置。

圖6儀表系數(shù)曲線

3、結(jié)論：
  通過對(duì)氣體渦輪流量計(jì)主要組件性能的實(shí)驗(yàn)測量，得出:
1)前導(dǎo)流器是引起流量計(jì)壓力損失的主要因素之一。當(dāng)采用改進(jìn)的半橢球體導(dǎo)流結(jié)構(gòu)后，流量計(jì)的壓損被大幅度降低。
2)對(duì)葉輪葉片進(jìn)行適當(dāng)改造后，可明顯降低起始流量值，提高流量計(jì)靈敏度。
3)采用改進(jìn)的組件后，流量計(jì)具有更加穩(wěn)定的儀表系數(shù)值，流量計(jì)的準(zhǔn)確度得到提高。