周期性脈動流對渦輪流量計量表測量精度影響的介紹

發(fā)布：2018-12-18 | 點(diǎn)擊：人次

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幾乎總計的管道流動都是抵制穩(wěn)的,不論是層流狀況、照舊湍流狀況下總存在各種干擾。如果流動流體的某個參數(shù)如壓力、速度或密度等一連爆發(fā)變換,就把這種流動叫做脈動流。脈動流可以對儀表的測量精度發(fā)生影響,嚴(yán)正時會使得測量值失真,所以工業(yè)上弁急需要研討流動進(jìn)程中的脈動對流量計測量精度的影響。文章介紹了周期性脈動流對渦輪流量計測量精度影響的分析，供讀者們參考。

1、脈動流測量的空乏辦法

脈動無時無處不在,但卻出格難測量。直接測量脈動流幾乎是不行能的,我們只有測量出脈動的首要參數(shù),如幅值,頻率及波形等,然后從這些參數(shù)中闡發(fā)出這個脈動可能給儀表輸出帶來什么樣的影響。即使是測出脈動的參數(shù)也不是一件撙節(jié)的職責(zé),妄圖的辦法是利用一些尤其儀表對管道內(nèi)流動流體進(jìn)行聲學(xué)闡發(fā)來測出脈動參數(shù)。

若脈動頻率較低,不ling先管道已裝配的流量儀表或壓力變送器等能利用的頻率上限,則從壓力儀表的輸出指針的擺動就可講授脈動的存在。但要領(lǐng)悟脈動的各個參數(shù)值還需要具體的測量。經(jīng)研討發(fā)現(xiàn)脈動與流動速度有關(guān)而與靜壓無關(guān)。因此,可用測量qVrms/qV（qVrms是體積流量的zui大脈動值;qV是體積流量的平均值）來領(lǐng)悟脈動情勢。

以下是測量qVrms/qV的辦法:

①測量脈動幅值,可以假定vrms/v≈qVrms/qV,v指管內(nèi)的平均流速,vrms是管內(nèi)流速的zui大脈動量?？梢栽诠艿乐须x流量儀表很近的上游插入一個熱式風(fēng)速儀探針（熱導(dǎo)線或熱敏電阻）,再用一個在線打算機(jī)展現(xiàn)流速zui大脈動量的平方。

②當(dāng)流量儀表離脈動源很近（如在小于脈動四分之一波長的地方）脈動的幅值和脈動源一樣?？梢詮拿}動源的體積、旋轉(zhuǎn)速度等的變化估算出可能的幅值。這個辦法雖然不是很合理,但卻無須利用別的儀表。

③若流量儀表是一個差壓式儀表,要導(dǎo)出脈動的幅值,就要測出任憑撙節(jié)器件的差壓脈動的幅值Δprms/Δpps其成果將用來粗略預(yù)計脈動的幅值。這個值是隨脈動頻率的變化而變化的,從以下方程可以推出qVrms/qV的zui大可能值:qVrms/qV≤Δprms/Δpps式中:Δprms為差壓的zui大脈動量,Δpps為在穩(wěn)態(tài)流下測出的差壓。

對流量變送器輸出的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行波譜闡發(fā),從而求出脈動情勢。假定脈動頻率并沒有十全超出流量變送器的相應(yīng)范圍,那么在輸出信號的波譜中,利用傅立葉波譜闡發(fā)儀即可測出脈動頻率。

2、周期性脈動流對渦輪流量計測量精度影響的理論闡發(fā)

2.1數(shù)學(xué)模型的扶植和渦輪流量計動態(tài)特性闡發(fā)

當(dāng)脈動頻率超出某個范圍時,渦輪流量計的測量值就會發(fā)生較大的差池。差池的起源首要有以下幾個方面:旋轉(zhuǎn)葉片的共振,齒輪的嚙合（死板輸出的渦輪流量計）,轉(zhuǎn)軸和齒輪的慣性,脈動流的形狀,轉(zhuǎn)軸的摩擦阻力等。因?yàn)榭傆嫷拿}動情形都是由正弦波疊加而成,所以可以從闡發(fā)正弦脈動對渦輪流量計的測量值的影響下手來闡發(fā)周期性脈動的影響情勢。

理論和實(shí)干均表明,將正弦量參與時不變妄圖系統(tǒng),其平亂狀況下的響應(yīng)是相仿頻率的正弦輸出量,但幅值和相位則決意于具體系統(tǒng)的動態(tài)特性。

渦輪流量計是一種速度式儀表,它是以動量矩守恒原理為本原的,流體伏擊渦輪葉片,使渦輪旋轉(zhuǎn),渦輪的旋轉(zhuǎn)速度隨流量的變化而變化,終末從渦輪的轉(zhuǎn)數(shù)求出流量值,任憑磁電更換裝置（或死板輸出裝置）將渦輪轉(zhuǎn)速變化成電脈沖,送入二次儀表進(jìn)行打算和展現(xiàn),由單位時刻電脈沖數(shù)和累計電脈沖數(shù)反映出瞬時流量和累計流量（見圖1）。所以,只要得出渦輪轉(zhuǎn)圖1速與流量的干系曲線就能闡發(fā)周期性脈動流對渦輪流量計測量精度的影響。由動量矩定理可知,渦輪的運(yùn)動方程為式中:J為渦輪的轉(zhuǎn)動慣量;ω為渦輪的旋轉(zhuǎn)角速度;ΣM為功效在渦輪上的合力矩。式（1）再現(xiàn)一個一階系統(tǒng),一階系統(tǒng)在單位正弦的功效下x（t）=sinω0t（t>0）,其響應(yīng)為當(dāng)t趨向于無盡大時,

當(dāng)渦輪流量計的型號一守時,其幅值A(chǔ)（ω0）就是一個常數(shù),但相位角<=-arctgω0J不呈線性干系,所以輸出可能會引起相位失真。我們需要領(lǐng)悟在什么條件下,可以較切確地測出輸出量。令ω0=2πfp,fp為脈動頻率,由此可知,隨著脈動頻率和轉(zhuǎn)動慣量的添補(bǔ),幅值越來越小,而相位角越來越大,即滯后時刻越來越長。可見,渦輪流量計所能測量的脈動頻率有一定的范圍,否則,就會導(dǎo)致展現(xiàn)較大的差池。

2.2正弦脈動流對測量精度影響的理論闡發(fā)

以型號為LW240的渦輪流量計為例進(jìn)行闡發(fā)。

①定常流動時式

（1）變成:ΣM=M-ΣMi=0這里把ΣM分成了兩部分,即驅(qū)動渦輪旋轉(zhuǎn)的驅(qū)動力矩M,和障礙渦輪旋轉(zhuǎn)的各種阻力矩ΣMi。

任憑闡發(fā)打算,驅(qū)動力矩為式中:θ為葉片與軸線之間的夾角;€r為渦輪平均半徑;A為管道風(fēng)行面積;ρ為流體密度;ω為渦輪的旋轉(zhuǎn)角速度;q為任憑管道的流量。

假定渦輪流量計管事在無阻力的妄圖狀況下,則渦輪的旋轉(zhuǎn)角速度為當(dāng)流量為正弦脈動,即q=asinωt時,渦輪旋轉(zhuǎn)加速度ω是幅值為A）的同相位正弦脈動,其對渦輪流量計測量精度的影響幾乎為零。

②非定常流動時

由于管內(nèi)的流動頻頻不是一個定常流動,且渦輪在真原形況下還會受到阻力矩的影響,則式（1）為了處理省事,略去方程中的粘性阻力矩C1ηq,上式變?yōu)榱顀=asinωt,經(jīng)過闡發(fā)整理,可以得出渦輪旋轉(zhuǎn)加速度與脈動流各參數(shù)的干系:式中:C為平守時的ω值對于所研討的渦輪流量計,其渦輪葉片的轉(zhuǎn)動慣量J=21889×10-6kg·m2。則上式中的積分項(xiàng)可用以下流程圖（見圖2）加以打算。

2.3成果與闡發(fā)

2.3.1脈動流頻率對測量精度的影響

經(jīng)過謀區(qū)闡發(fā),發(fā)現(xiàn)脈動流頻率是影響精度的zui關(guān)鍵因素,所加的正弦脈動流頻率與穩(wěn)態(tài)下渦輪旋轉(zhuǎn)加速度的干系為ωn=2πfp（1/…qm）€r2（…qm為平均質(zhì)量流量）時,響應(yīng)曲線與輸入正弦曲線zui為切近,與理論闡發(fā)本原切合。頻繁變換脈動流頻率參數(shù),發(fā)現(xiàn)間或圖形失真出格厲害,經(jīng)過對多幅圖形（如圖3和圖4）的闡發(fā),發(fā)現(xiàn)如下循序:

①當(dāng)脈動流頻率fp小于角加速度ω,那么流量儀表的響應(yīng)近似于輸入脈沖,測量成果切近于真值;且頻率越小,成果越切近,由此可知當(dāng)脈沖頻率遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于渦輪旋轉(zhuǎn)的角加速度時,儀表的測得值差池幾乎為零。

②當(dāng)脈沖頻率fp大于角加速度ω,那么儀表的響應(yīng)曲線起原失真,且頻率fp與角加速度ω相差越大,其失真程度越大。

③脈動流的頻率還影響輸出圖形的幅值大小,經(jīng)闡發(fā)現(xiàn)察,頻率越大,幅值越小;頻率越小,幅值越大。

2.3.2在脈動流存在的情勢下其它參數(shù)對測量精度的影響

對于形狀不失果真響應(yīng)曲線,其輸出圖形幅值還與其它參數(shù)有關(guān),經(jīng)研討,影響較大的參數(shù)有渦輪流量計葉片的轉(zhuǎn)動慣量J。若轉(zhuǎn)動慣量J越小,輸出圖形的幅值越大;反之,J越大,輸出圖形的幅值越小。但J太大未必太小都市影響輸出曲線的幅值失真過大,J取在（2～3）×10-6kg·m2時,其圖形輸出zui好。

渦輪流量計葉片的初始旋轉(zhuǎn)加速度C也將影響輸出曲線。從參數(shù)闡發(fā)可知,其響應(yīng)曲線與輸入脈動曲線有一個位移,這個位移大小主若是與初始值C有關(guān),即穩(wěn)態(tài)流動時,旋轉(zhuǎn)加速度越小,這個位移量越小,但小到一定值時,由于其它因素的影響（如流體粘性及死板摩擦阻力的影響等）又會使圖形失真,對于被研討的渦輪流量計,穩(wěn)態(tài)旋轉(zhuǎn)加速度值以大于2π為好。

3、結(jié)論

本文研討了周期性脈動流對渦輪流量計的測量精度的影響情勢,結(jié)論如下:

①脈動流的頻率影響zui大,當(dāng)脈動流頻率fp小于角加速度ω,那么流量儀表的響應(yīng)與輸入脈動流圖形相通,測量成果切近于真值;

②轉(zhuǎn)動慣量J對于輸出圖形幅值有影響;

③穩(wěn)態(tài)流時的旋轉(zhuǎn)加速度值可能會引起輸出圖形發(fā)生一個向上的位移。

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