在傳統(tǒng)機翼理論的基礎上，提出了一種能夠預測雙葉片氣體渦輪流量計性能的理論模型。理論計算結果與實驗數據吻合良好。
1、引言：
    與液體渦輪流量計相比，傳統(tǒng)的氣體渦輪流量計不僅驅動力矩小，而且其線性度也較差，這是由于氣體密度遠低于液體，并易受壓力和溫度變化的影響所致。為了增大葉輪所受驅動力矩，氣體渦輪流量計在結構上通常采用較多數目的葉片，同時通過減小葉輪的環(huán)形通流面積，即采用較短的葉片來提高氣體流經葉輪的速度。此外，還往往選用阻力矩較小的軸承以改善其線性范圍。因而傳統(tǒng)的氣體渦輪流量計結構較為復雜，且存在著范圍度不夠寬和壓損較大等不足之處。
    近年來，國際上開始探索新的氣體渦輪流量計構思。雙葉片氣體渦輪流量計便是其中之一，其結構特點是葉片長度大而數目少(只有2片)，采用阻力矩很小的軸尖軸承，因此具有壓損小、響應快(轉子慣性小)、范圍度寬和裝拆維修方便等優(yōu)點。然而，盡管這種流量計已有產品進入市場并受到用戶注意，但其理論研究成果尚未見發(fā)表。本文提出一種可以預測此類新型氣體渦輪流量計儀表系數的理論模型，以期更為深入地掌握其性能并為進一步改善其設計提供理論依據。
2、理論分析：
   當雙葉片氣體渦輪流量以恒定角速度。旋轉時，作用于葉輪上的各種力矩達到平衡，其力矩平衡方程為：
                              Td一Tr一T‘一T。一Tr, = 0                           (1)式中:Td—作用于葉輪的驅動力矩,N " m;Tr—葉片表面流體阻力矩,N " m;T,—葉頂流體阻力矩，N·m;Tb—軸承阻力矩，N·m;Tr.—葉片根部流體阻力矩，N·mo式(1)中未計入信號讀出裝置所產生的阻力矩，這是因為雙葉片氣體渦輪流量計葉片數少，

  轉速較高，故相比之下，此項阻力矩很小，可以忽略。下面對式(1)中各項力矩逐一進行分析。

2. 1、驅動力矩Ta：
   圖1所示為葉輪半徑r處的速度矢量和受力分析圖。圖中u為來流(軸向)速度;“。為相對速度;B為“與:、r之間的夾角;a為沖角;。為葉片弦長;B為葉片軸向寬度;月為葉片安裝角。    根據機翼理論，作用在葉輪半徑r處高度為dr的葉片面積上的升力為

2.2、葉片表面流體阻力矩T,：
  根據機翼理論.作用在葉片微元面積cd二上的阻力可表示為

式中::。—流道半徑,m;v—流體運動粘度，mz/So    暫不考慮氣體壓縮性影響，即假定流體密度P為常數，將上式乘以:并取其周向分量，沿葉片徑向積分，得

圖2雙葉片轉子示愈圖
2. 3、葉頂流體阻力矩T, ：
  本文直接引用文獻[3]的研究結果，取葉頂流體阻力矩T,=pcuZC}ctr矛(5)式中:t—葉片厚度，m ; C}—葉頂阻力系數，其確定方法參考文獻[3]，本文不復贅述。

2. 4、軸承阻力矩Tb：
   雙葉片氣體渦輪流量計一般采用軸尖軸承，不僅可以減小軸承摩擦阻力矩，而且其結構簡單緊湊，由軸尖和支承兩部分所組成，如圖2所示。根據赫芝理論，在軸向力凡的作用下，軸尖與支承的接觸面是半徑為R的半球面積。尺可由下式給出[4]

2. 5、葉片根部流體阻力矩T：
   雙葉片氣體渦輪流量計的葉輪結構較特殊，其輪軸很細且實際上并無輪殼，平板型的葉片借助于其根部的扭曲來形成安裝角月。為便于分析，根部區(qū)域ABCD可近似地簡化為2個三角形區(qū)域:臨上游的ACD面與軸線相交，即安裝角為0，氣體繞流所產生的力矩可忽略不計;臨下游的ABD面則與軸線形成一定的夾角凡，因而產生阻力矩，如圖3所示。根部區(qū)域高度r、很小，故ABD區(qū)內的弦長可認為以線性規(guī)律變化，即

3、計算結果與討論：
   將式(3).(4),(5).(6),(7)和(9)分別代入式(1)，便得到雙葉片氣體渦輪流量計的力矩平衡方程。當流量計處于穩(wěn)定運轉狀態(tài)時，便可利用數據值方法求解在給定流量Q、來流速度分布u(r)、流體物性參數和儀表幾何參數下的葉輪轉速。。在數值計算中，首先假定一個轉速初值。:，然后分別計算在給定條件下的各項力矩，并代入力矩平衡方程(1)，以檢驗它們之間是否平衡。經多次迭代，式中各項力矩的代數和接近于零，由此求得流量計穩(wěn)定狀態(tài)下的葉輪轉速。，并進而求出相應的儀表系數K一w/9o    為了驗證本文所提出的理論模型，作者在大慶原油大流量檢定站用10m3鐘罩式氣體流量標準裝置對}50mm的雙葉片氣體渦輪流量計樣機進行測試。圖4所示為實驗數據與理論計算所得特性曲線的對比圖。從圖中可看出.在小流量區(qū)域，試驗數據呈現出“駝峰”效應，實測儀表系數高于計算值。當流量大于60m3/h之后，計算結果與實驗數據吻合良好。這說明本文所建立的理論模型基本上是正確的。對于計算與實驗結果之間所存在著的偏差可作如下解釋:
    雙葉片氣體渦輪流量計樣機的葉片頂隙較大，漏失量相應增大。當流量較小時，漏失量相對較小，導致儀表系數偏大。當流量增大時，漏失量相對較小，對儀表系數的影響也就不明顯。這種現象與常規(guī)的氣體渦輪流量計的性能相類似。在線性區(qū)域盡管仍存在著偏差，但不超過士1.000，因而可以認為本文的理論模型實際上是相當的。
    由于工作介質為氣體，按理應考慮流體的壓縮性，但因被測氣流的馬赫數較低(一般不超過。.2)故若將氣體密度處理為常數即認為流體不可壓縮，理論模型仍具有足夠的準確度。這樣，式(3),(4),(5),(6)和(9)中的各項力矩均與氣體密度P成正比，因此力矩平衡方程式(1)中的P實際上可以約去，也就是說氣體密度的影響可以忽略不計。當然，對于高速氣流，應對上述理論模型進行適當修正，否則會影響預測準確度。

4、結論：
   本文運用機翼理論，結合雙葉片氣體渦輪流量計的具體情況，提出了一種可以預測儀表幾何參數、來流速度分布和流體物性對于該類儀表性能影響的理論模型。根據此模型所得數據進行計算，其結果與實驗數據吻合良好，從而驗證了該理論模型的有效性。    本文提出的理論模型可以幫助設計人員改進雙葉片氣體渦輪流量計的設計，使之適合用戶需求并改善其使用性能。由于實驗條件的限制，某些理論計算結果尚無法進行實驗研究和驗證，有待于今后繼續(xù)進行。