內(nèi)容：摘要本文重.點(diǎn)論述了在試驗(yàn)室的條件下，串聯(lián)使用二個(gè)以上渦輪流量計(jì)側(cè)量流量時(shí)，由于前一渦輪旋轉(zhuǎn)，使液流產(chǎn)生較強(qiáng)的旋回流，使后一渦輪流量計(jì)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(gè)以上串聯(lián)流量計(jì)所測(cè)得數(shù)據(jù)不一的原因，而且找到了消除其影響的簡(jiǎn)便方法。

一、概述：
   渦輪流量計(jì)對(duì)于低粘性流體來(lái)說(shuō)，不僅測(cè)量范圍廣，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，而且測(cè)量精度高。因此被廣泛地應(yīng)用于要求測(cè)量精度高的液體流量的測(cè)量上。    渦輪流量計(jì)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(dòng)，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(shí)不能忽略機(jī)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(jì)的特性
    當(dāng)流量計(jì)的管路狀態(tài)發(fā)生變化時(shí)，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(duì)孔板的影響 (R e=105)
    因此，以往都采用在流量計(jì)1‘的人口側(cè)設(shè)置足夠長(zhǎng)的直管段來(lái)消除旋流的影響。可是旋流在管路中只能緩慢地衰減下去。有人曾研究過(guò)〔2〕在空間有三個(gè)90“的S型彎管時(shí)，在彎后會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)的旋流，而且能延長(zhǎng)至200D?？梢?，旋流對(duì)流量測(cè)量危害很大。因此，人們都在積極地進(jìn)行試驗(yàn)，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(qiáng)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(zhǎng)度，而做到更高情度的流量測(cè)量。
    某些大型設(shè)備中使用渦輪流量計(jì)較多，而且精度要求很高。隨著自動(dòng)化的發(fā)展，人們?yōu)榱丝煽康刈詣?dòng)測(cè)試流量而經(jīng)常采用幾個(gè)渦輪流量計(jì)串聯(lián)進(jìn)行測(cè)量。這樣就帶來(lái)一個(gè)間題，既然旋流對(duì)流量系數(shù)偏差影響很大，而前一個(gè)71}輪流量計(jì)又正是一個(gè)產(chǎn)生較強(qiáng)的旋渦原，實(shí)際已證明，串聯(lián)的兩個(gè)渦輪流量汁所測(cè)流I}數(shù)據(jù)是不等的，而且相差較大，人們?cè)谡f(shuō)不清其原因的情況下，往往責(zé)怪流量計(jì)有問(wèn)題或校驗(yàn)的不準(zhǔn)確。雖然有過(guò)關(guān)于渦輪流量計(jì)〔3〕人口管路斷面上的流速分布對(duì)于流量計(jì)精度的影響和關(guān)于液流的旋回成分對(duì)幾板流量計(jì)精度特性的研究〔1〕，但是至今似乎尚未做過(guò)有關(guān)旋流對(duì)渦輪流量計(jì)以及在同一管路內(nèi)串聯(lián)兩個(gè)以上渦輪流量計(jì)的清況下對(duì)其精度影響的研究。
    本文通過(guò)試驗(yàn)的方法證明串聯(lián)使用兩個(gè)渦淪.殼量計(jì)之后，對(duì)渦輪流量計(jì)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(lái)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(jì)流量范圍是以Q＞Qc(圖1)為對(duì)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(jì)精度之關(guān)系：
1、渦輪流量計(jì)的精度:
    渦輪流量計(jì)的精度是根據(jù)校驗(yàn)裝置所廁量的指示流量O’和實(shí)際使用系統(tǒng)中所測(cè)流量Q并按下式求出        E=(Q.一Q)/Q' x 100%    在流量計(jì)上流側(cè)設(shè)置長(zhǎng)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(shí)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(jì)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(jì)時(shí)，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(jì)的上流側(cè)有彎曲或其它礙障物，經(jīng)過(guò)一段長(zhǎng)的直管之后，雖然仍能逐步地變成沿管軸流動(dòng)，但是這時(shí)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(jì)上流側(cè)L=60D處橫截面上的速度分布作為校準(zhǔn)時(shí)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(shí)測(cè)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(shí)規(guī)定的b要小。本文中因流動(dòng)狀態(tài)不同而造成的測(cè)量誤差定義如下:

 2.單個(gè)彎管和孔板下游的流動(dòng)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?yàn)樗鼈兌紝?duì)管軸呈對(duì)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(dòng)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(jì)時(shí)，流量計(jì)測(cè)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(jì)前的距離。D:管路通徑)

    當(dāng)管路中有較強(qiáng)的旋流成分時(shí)，在噴咀流量計(jì)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(dòng)，其流路壁面壓力有明顯的不對(duì)稱，而流速分布也有明顯不對(duì)稱所致。

圖6噴嘴流量計(jì)前的流速分布

    3.流速分布和渦輪流量計(jì)的測(cè)量誤差    渦輪流量計(jì)的測(cè)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(zhǎng)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(jì)的測(cè)量誤差如圖8。從圖7可明顯看出，凸形流速分布的測(cè)量誤差為正而大。其它沐負(fù)，而且凹形的測(cè)量誤差大(一1.000)。

圖7管路內(nèi)的各種流速分布

  通過(guò)上述分析，可知，旋流會(huì)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(jì)測(cè)量誤差變壞。但是在流量測(cè)試中，為了可靠地進(jìn)行流量測(cè)試，而在管路中串聯(lián)兩個(gè)以上的渦輪流量計(jì)。可是由于渦輪流量計(jì)是產(chǎn)生較強(qiáng)的旋回流源，肯定對(duì)流量計(jì)的測(cè)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(guò)試驗(yàn)去找出規(guī)律，加以解決。

三、試驗(yàn)系統(tǒng)：
  圖9所示為其試驗(yàn)系統(tǒng)。這套系統(tǒng)是利用揚(yáng)程為50米，流量為60噸/小時(shí)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(guò)穩(wěn)壓后的水，，流人校驗(yàn)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(dòng)活門控制的氣動(dòng)換流器。時(shí)間測(cè)量是采用光電控制的測(cè)時(shí)計(jì)數(shù)器。該系統(tǒng)根據(jù)中國(guó)計(jì)量科學(xué)院編制的“水流量標(biāo)準(zhǔn)裝置檢定方法”測(cè)得系統(tǒng)精度為0.2%。

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

四、試驗(yàn)方法和試驗(yàn)結(jié)果：
   1.將二臺(tái)ACI,-50渦輪流量計(jì)79308*和79311，分別安在上述試驗(yàn)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(yàn)。其試驗(yàn)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(jì)的串聯(lián)特性
    2。將上述校好的二臺(tái)流量計(jì)串聯(lián)在上述系統(tǒng)中，其間距Lz = 10 D, 18D, 32D，進(jìn)行校驗(yàn)。其結(jié)果如圖10一120    3。在串聯(lián)的二臺(tái)流量計(jì)之間，安上自行研究設(shè)計(jì)的新型整流裝置，進(jìn)行試驗(yàn)，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(tái)ACL,-50渦輪流量計(jì)前后位置對(duì)換一下，進(jìn)行試驗(yàn)，看其特性的變化，如圖140    5.用上述方法對(duì)ACL,-30 78405與78408號(hào)渦輪流量計(jì)在L/D = 10的條件下進(jìn)行試驗(yàn)，其結(jié)果如圖13所示。同樣是后一臺(tái)系數(shù)b受影響。

五、對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的分析：
   1.從圖10~14可明顯看出，串聯(lián)使用兩個(gè)渦輪流量計(jì)時(shí)，前一臺(tái)儀表系數(shù)與原校驗(yàn)系數(shù)基本一致，后一臺(tái)儀表系數(shù)變化較大，這是由于前一臺(tái)渦輪流量計(jì)在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，產(chǎn)生較強(qiáng)的旋回流，使其后一臺(tái)渦輪流量計(jì)的入口流速分布發(fā)生了變化，造成后一臺(tái)渦輪流量計(jì)的儀表系數(shù)發(fā)生變化。對(duì)同一臺(tái)渦輪流量計(jì)，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(duì)換流F,計(jì)的安裝位置，仍然是后一臺(tái)渦輪流量計(jì)的儀表系數(shù)變大。

圖12  ACL., -50渦輪流量計(jì)對(duì)換串聯(lián)前后位置時(shí)的特性 圖13  ACL,-30渦輪流量計(jì)的串聯(lián)特性
    3。由圖10, 11, 12, 14可知在第二臺(tái)渦輪流量計(jì)的前邊安裝自行設(shè)計(jì)的整流裝置，可以消除旋回流成分，使流量計(jì)測(cè)量誤差恢復(fù)在原校驗(yàn)范圍內(nèi)。
    4。對(duì)于ACL，-5Q與ACL,-3Q渦輪流量計(jì)，在串聯(lián)使用之后，其后一臺(tái)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(jì)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(duì)于同一型號(hào)和I}aJ一規(guī)格如ACL,1-50的渦槍流量計(jì)同樣串聯(lián)安裝在其間管距為10一32}的狀態(tài)時(shí)，其后一臺(tái)儀表系數(shù)的變化也基本一致，這說(shuō)明旋流強(qiáng)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(jì)對(duì)換平聯(lián)前后位置時(shí)的特性
六、結(jié)論：
   通過(guò)試驗(yàn)證明：
   (1)串聯(lián)安裝兩個(gè)渦輪流量計(jì)時(shí)，一必須消除旋流的影響，否則對(duì)其流量測(cè)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(guò)去在串聯(lián)幾個(gè)曝輪流量計(jì)所測(cè)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(jì)時(shí):對(duì)于大___通徑，流量大的系統(tǒng)可以采用在個(gè)藕眺流量計(jì)后邊用整流器消除旋流的方法。對(duì)于小通徑，流量小的系統(tǒng)，可以把流量計(jì)的工作段全部拿到校驗(yàn)場(chǎng)地去校驗(yàn)。  ，本研究成果對(duì)于其它液流系統(tǒng)中也串聯(lián)使用二個(gè)以上的渦輪流量計(jì)時(shí)同樣可以采用。但是對(duì)于不同的管路狀態(tài)和不同規(guī)格的渦輪流幾鼠計(jì)的串聯(lián)使用其影響大小，尚需做進(jìn)一步試驗(yàn)研究。
    關(guān)于渦輪流量計(jì)不是水平安裝，而是垂直或45“傾斜安裝的情況，究竟對(duì)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(duì)流速分布的影響，我們參考了所介紹的.資料，用某種能夠強(qiáng)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(zhǎng)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(wèn)題。為此而設(shè)計(jì)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(gè)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(qiáng)度的大小，經(jīng)過(guò)試驗(yàn)而定，通常旋回強(qiáng)度越大，其厚度H就相應(yīng)的越大。