內(nèi)容：摘要本文重.點論述了在試驗室的條件下，串聯(lián)使用二個以上渦輪流量計側(cè)量流量時，由于前一渦輪旋轉(zhuǎn)，使液流產(chǎn)生較強的旋回流，使后一渦輪流量計的僅表系數(shù)有較大的偏差。并且為了消除其旋回流的影響，而研制出一種新型的非均勻多孔板的整流裝置，效果很好。從而不但找到3二個以上串聯(lián)流量計所測得數(shù)據(jù)不一的原因，而且找到了消除其影響的簡便方法。

一、概述：
   渦輪流量計對于低粘性流體來說，不僅測量范圍廣，結(jié)構(gòu)簡單，而且測量精度高。因此被廣泛地應(yīng)用于要求測量精度高的液體流量的測量上。    渦輪流量計除了很小流量的情況之外，葉輪在很寬的流量范圍，以幾乎與流量Q成比例的轉(zhuǎn)速進(jìn)行轉(zhuǎn)動，一般其特性如圖1所示〔3]。在小流量范圍內(nèi)，其流量特性有變化，是由于這時不能忽略機械磨擦阻力以及雷諾數(shù)的減少引起葉片性能的變化所致。

圖1渦輪流量計的特性
    當(dāng)流量計的管路狀態(tài)發(fā)生變化時，其流量系數(shù)也有所變化。一般認(rèn)為，這種差異主要是由于管路中的流速分布不同，或管路狀態(tài)不同而產(chǎn)生的旋流和渦流所造成的。圖2是在旋流條件下，影響孔板流量系數(shù)變化的情況。由圖可以看出旋流所造成的流量系數(shù)的偏差是相當(dāng)大的。

圖2旋回流對孔板的影響 (R e=105)
    因此，以往都采用在流量計1‘的人口側(cè)設(shè)置足夠長的直管段來消除旋流的影響?？墒切髟诠苈分兄荒芫徛厮p下去。有人曾研究過〔2〕在空間有三個90“的S型彎管時，在彎后會產(chǎn)生強的旋流，而且能延長至200D?？梢姡鲗α髁繙y量危害很大。因此，人們都在積極地進(jìn)行試驗，希望研究出一種整流器，不但能消除旋流，而且可以用一種強流速分一市的方法，積極地造成完全的紊流速度分布，以便縮短必要的管路長度，而做到更高情度的流量測量。
    某些大型設(shè)備中使用渦輪流量計較多，而且精度要求很高。隨著自動化的發(fā)展，人們?yōu)榱丝煽康刈詣訙y試流量而經(jīng)常采用幾個渦輪流量計串聯(lián)進(jìn)行測量。這樣就帶來一個間題，既然旋流對流量系數(shù)偏差影響很大，而前一個71}輪流量計又正是一個產(chǎn)生較強的旋渦原，實際已證明，串聯(lián)的兩個渦輪流量汁所測流I}數(shù)據(jù)是不等的，而且相差較大，人們在說不清其原因的情況下，往往責(zé)怪流量計有問題或校驗的不準(zhǔn)確。雖然有過關(guān)于渦輪流量計〔3〕人口管路斷面上的流速分布對于流量計精度的影響和關(guān)于液流的旋回成分對幾板流量計精度特性的研究〔1〕，但是至今似乎尚未做過有關(guān)旋流對渦輪流量計以及在同一管路內(nèi)串聯(lián)兩個以上渦輪流量計的清況下對其精度影響的研究。
    本文通過試驗的方法證明串聯(lián)使用兩個渦淪.殼量計之后，對渦輪流量計的精度是有較大影響的，并.進(jìn)一步研究用一種新型整流裝置來消除這種影響，而且取得了較好的成果。六文中聽示的渦輪流量計流量范圍是以Q＞Qc(圖1)為對象，而流量很小以致雷諾數(shù)造成影響的情況則不在內(nèi)。

二、流速分布和流量計精度之關(guān)系：
1、渦輪流量計的精度:
    渦輪流量計的精度是根據(jù)校驗裝置所廁量的指示流量O’和實際使用系統(tǒng)中所測流量Q并按下式求出        E=(Q.一Q)/Q' x 100%    在流量計上流側(cè)設(shè)置長的直管段，以造成流入葉輪的液流成為充分的紊流速度分布的情況下，實際流量O和葉輪轉(zhuǎn)速n的關(guān)系按下述公式表示Q=bn式中b為儀表系數(shù)。
    一般流量計都是在紊流速度分布情況下進(jìn)行校準(zhǔn)的。在使用流量計時，假如葉輪前的流速分布發(fā)生變化，葉輪轉(zhuǎn)速與流量的關(guān)系也就發(fā)生變化(即b- Q/n發(fā)生變化)。根據(jù)資料〔2〕介紹，在流量計的上流側(cè)有彎曲或其它礙障物，經(jīng)過一段長的直管之后，雖然仍能逐步地變成沿管軸流動，但是這時即使完全消除了渦流或旋流，也只能變成比紊流速度分布更平坦或尖的速度分布。根據(jù)資料〔3〕介紹，渦輪流量計上流側(cè)L=60D處橫截面上的速度分布作為校準(zhǔn)時的標(biāo)準(zhǔn)紊流速度分布，當(dāng)紊流速度分布變成尖的情況下，儀表系數(shù)就比校準(zhǔn)時測定的b/要大，當(dāng)紊流速度分布變成更平坦的情況下，儀表系數(shù)比校準(zhǔn)時規(guī)定的b要小。本文中因流動狀態(tài)不同而造成的測量誤差定義如下:

 2.單個彎管和孔板下游的流動狀態(tài)    關(guān)于彎管下游的液流狀態(tài)，根據(jù)資料〔3〕介紹如圖3。該圖表示:在和彎管同一平面(水平r%方向)及垂直平面(ry方向)各直徑上的軸向速度Vr/Vz。而節(jié)流孔板下游的流速分布如圖4。    因為它們都對管軸呈對稱分布，所以只表示出r，方向的V Z/V:情況。

圖3彎后的流動特性 圖4節(jié)流孔板下游的速度分布
    在上述液流中安裝流量計時，流量計測量誤差△E就隨著L/D而變化(圖5)〔3〕。

圖5  L/D與△E的關(guān)系(L:彎管或節(jié)流板后到流量計前的距離。D:管路通徑)

    當(dāng)管路中有較強的旋流成分時，在噴咀流量計前的流速分布呈凸形而中心有凹形分布如圖6 。這是由于有旋回成分的流動，其流路壁面壓力有明顯的不對稱，而流速分布也有明顯不對稱所致。

圖6噴嘴流量計前的流速分布

    3.流速分布和渦輪流量計的測量誤差    渦輪流量計的測量誤差隨著流人葉輪的流速分布從其正常狀態(tài)發(fā)生變化而有所不同。一般除了有足夠長直管段情況下的正常流速分布之外，還有凸形、偏流形、扁平形和凹形等流速分布。如圖7〔3〕。
   由于流速狀態(tài)發(fā)生變化所造成的流量計的測量誤差如圖8。從圖7可明顯看出，凸形流速分布的測量誤差為正而大。其它沐負(fù)，而且凹形的測量誤差大(一1.000)。

圖7管路內(nèi)的各種流速分布

  通過上述分析，可知，旋流會使管內(nèi)流速分布有明顯的不均，而且使孔板、標(biāo)準(zhǔn)噴咀流量計測量誤差變壞。但是在流量測試中，為了可靠地進(jìn)行流量測試，而在管路中串聯(lián)兩個以上的渦輪流量計?？墒怯捎跍u輪流量計是產(chǎn)生較強的旋回流源，肯定對流量計的測量誤差有影響，但是這種影響有多大，能否用整流的方法消除這種影響呢了必須通過試驗去找出規(guī)律，加以解決。

三、試驗系統(tǒng)：
  圖9所示為其試驗系統(tǒng)。這套系統(tǒng)是利用揚程為50米，流量為60噸/小時的水泵，將J l!米3水池中的水抽出輸人10米3的穩(wěn)壓水箱，經(jīng)過穩(wěn)壓后的水，，流人校驗系統(tǒng)的工作段后，再流人稱重水槽中進(jìn)行稱重。水流量的大小是由安裝在工作段后面的流量調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)。流量的稱重是用稱量為500公斤、精度為千分之一的磅稱。換流器是用電動活門控制的氣動換流器。時間測量是采用光電控制的測時計數(shù)器。該系統(tǒng)根據(jù)中國計量科學(xué)院編制的“水流量標(biāo)準(zhǔn)裝置檢定方法”測得系統(tǒng)精度為0.2%。

圖9試驗系統(tǒng) 圖10  ACL,-50渦輪流量汁的串聯(lián)特性

四、試驗方法和試驗結(jié)果：
   1.將二臺ACI,-50渦輪流量計79308*和79311，分別安在上述試驗系統(tǒng)的工作段上，上流側(cè)安有液流調(diào)正器，土流直管段L1 = 30D，下流側(cè)直管段L3=10D，進(jìn)行校驗。其試驗結(jié)果:雷諾數(shù)與儀表系數(shù)特性如圖10。

圖11   ACL,-50渦搶流量計的串聯(lián)特性
    2。將上述校好的二臺流量計串聯(lián)在上述系統(tǒng)中，其間距Lz = 10 D, 18D, 32D，進(jìn)行校驗。其結(jié)果如圖10一120    3。在串聯(lián)的二臺流量計之間，安上自行研究設(shè)計的新型整流裝置，進(jìn)行試驗，其結(jié)果如圖10^"120其新型整流裝置的結(jié)構(gòu)圖見附圖1。    4.在L2=32D的條件下，將二臺ACL,-50渦輪流量計前后位置對換一下，進(jìn)行試驗，看其特性的變化，如圖140    5.用上述方法對ACL,-30 78405與78408號渦輪流量計在L/D = 10的條件下進(jìn)行試驗，其結(jié)果如圖13所示。同樣是后一臺系數(shù)b受影響。

五、對試驗結(jié)果的分析：
   1.從圖10~14可明顯看出，串聯(lián)使用兩個渦輪流量計時，前一臺儀表系數(shù)與原校驗系數(shù)基本一致，后一臺儀表系數(shù)變化較大，這是由于前一臺渦輪流量計在運轉(zhuǎn)時，產(chǎn)生較強的旋回流，使其后一臺渦輪流量計的入口流速分布發(fā)生了變化，造成后一臺渦輪流量計的儀表系數(shù)發(fā)生變化。對同一臺渦輪流量計，在Q n二常數(shù)的流量范圍內(nèi)，其}b的變化也基本一致。    2.由圖12可知在同樣的條件下對換流F,計的安裝位置，仍然是后一臺渦輪流量計的儀表系數(shù)變大。

圖12  ACL., -50渦輪流量計對換串聯(lián)前后位置時的特性 圖13  ACL,-30渦輪流量計的串聯(lián)特性
    3。由圖10, 11, 12, 14可知在第二臺渦輪流量計的前邊安裝自行設(shè)計的整流裝置，可以消除旋回流成分，使流量計測量誤差恢復(fù)在原校驗范圍內(nèi)。
    4。對于ACL，-5Q與ACL,-3Q渦輪流量計，在串聯(lián)使用之后，其后一臺的b系數(shù)變大為0.6一0.8%并不一致，這是由于渦輪流量計的結(jié)構(gòu)不同，特別是其旋回角切(導(dǎo)向葉片與半徑方向之間的夾角)不同所致。
     5.對于同一型號和I}aJ一規(guī)格如ACL,1-50的渦槍流量計同樣串聯(lián)安裝在其間管距為10一32}的狀態(tài)時，其后一臺儀表系數(shù)的變化也基本一致，這說明旋流強度是很大的，單靠用直管段去消除其影響是很困難的。

圖1A  ACL,-5Q渦輪流量計對換平聯(lián)前后位置時的特性
六、結(jié)論：
   通過試驗證明：
   (1)串聯(lián)安裝兩個渦輪流量計時，一必須消除旋流的影響，否則對其流量測髦耀度有影響;我們研究出一種先進(jìn)的整流裝}r能夠較好的消除旋流的影響。本研究成果找出了為什么過去在串聯(lián)幾個曝輪流量計所測得數(shù)字不一的原因，并找出了解決的方法。
   (2)串聯(lián)使用渦輪流量計時:對于大___通徑，流量大的系統(tǒng)可以采用在個藕眺流量計后邊用整流器消除旋流的方法。對于小通徑，流量小的系統(tǒng)，可以把流量計的工作段全部拿到校驗場地去校驗。  ，本研究成果對于其它液流系統(tǒng)中也串聯(lián)使用二個以上的渦輪流量計時同樣可以采用。但是對于不同的管路狀態(tài)和不同規(guī)格的渦輪流幾鼠計的串聯(lián)使用其影響大小，尚需做進(jìn)一步試驗研究。
    關(guān)于渦輪流量計不是水平安裝，而是垂直或45“傾斜安裝的情況，究竟對其性能影響如何在研究一旦有結(jié)果，再和有關(guān)革位商討。非均勻分布多孔板整流裝置為了消除旋回流對流速分布的影響，我們參考了所介紹的.資料，用某種能夠強秘流速分布積極地造成完全紊流速度分布的方法(而不是單純采用足夠長的直管段的方法)，這關(guān)鍵在于正確選擇從管壁到管中心的流阻系數(shù)梯度分布的問題。為此而設(shè)計了如附圖1的非均勻分布多孔板的整流裝置。多孔板是在一塊不銹鋼板上開有35個同孔徑的小孔，孔的分布不均，中心處孔的分布密，周邊處孔的分布稀;小孔的人口端的尖角要倒棱，其厚度H的大小要根據(jù)其旋回強度的大小，經(jīng)過試驗而定，通常旋回強度越大，其厚度H就相應(yīng)的越大。