對氣體渦輪流量計的主要組件引起的壓力損失進行了對比實驗測量，比較了葉輪形狀和葉片數(shù)、前導流器不同結構對壓損的影響程度。結果表明，導流器和葉輪改進后，流量計的壓力損失明顯降低，同時靈敏度也得以提高。
  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)以萬計的流量測量儀表（即流量計）來及時提供流動參數(shù)，實施動態(tài)監(jiān)測。渦輪流量計是其中必不可少的一種。它是葉輪式速度流量計，屬于速度式測量，即利用測量管道內(nèi)介質(zhì)流動速度來得到流量的測量方法。

1、結構與壓力損失：
  渦輪流量計結構示意圖如圖1所示，主要組件包括整流柵、前導流器、葉輪以及后導流器等。當流體通過管道時，沖擊葉輪，對葉輪產(chǎn)生驅(qū)動力矩，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)速通過裝在機殼外的磁電轉(zhuǎn)換裝置轉(zhuǎn)換為模擬電流量，進而顯示為瞬時流量值和累積流量值。

圖1渦輪流量計結構示意圖

    流體通過流量計的壓力損失與介質(zhì)的密度、流速等有關，其計算公式為:    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為流體流動參數(shù)，不能隨意增減，因此只能盡量減小壓損系數(shù)。以達到降低壓損的目的。壓損系數(shù)除了受流體粘性、管徑及管長等因素影響外，還與流量計內(nèi)部各部件的幾何結構有關。

2、實驗測量：
    實驗采用口徑D =100mm，量程Q =50m;/h600m;/h的渦輪流量計，在吸氣式試驗臺上分別對常壓、介質(zhì)為空氣、不同結構的前導流器、不同葉片數(shù)及形狀的葉輪進行測量。
2.1、前導流器：
  圖2和圖3分別為兩種結構的前導流器示意圖。圖2為渦輪流量計常用結構，葉片數(shù)為6，導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為本文改進的前導流器結構示意圖，其主要特點是: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錐形前導流器

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

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

2.2、葉輪：
  葉輪按照設計要求為葉片數(shù)z=12~20，葉片傾角a=300}450，重疊度為1一1.2，葉片與內(nèi)機殼間隙為0.5mm~1mm。為提高流量計的靈敏度，可適當增加葉片數(shù)。    流量計常用葉輪葉片數(shù)為13，葉片形狀為矩形。為提高流量計的靈敏度，作者對葉輪作了改造，將葉片數(shù)增為20，葉片形狀設計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)的葉輪后流量計壓損曲線圖。可看到，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。但通過對起始流量的測量發(fā)現(xiàn)，對13葉片數(shù)葉輪，測得流量計起始流量為7.5m;/h，而對20葉片數(shù)葉輪，則為6.5m;/h，可見，適當增加葉片數(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的靈敏度。
2.3、儀表系數(shù)：
  考查渦輪流量計性能的另外一個重要指標是儀表系數(shù)K。儀表系數(shù)可理解為流量計儀表的輸出流量值與通過流量計的實際流量值之比。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際流量之比，即:

    式中，f輸出頻率;，:實際流量;
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與結構參數(shù)有關，與流量變化無關。對某量計，x為一常數(shù)，在x-q、圖上為一平行橫軸的直線。但對實際的流體流動，由于葉輪要克服軸承的機械阻力矩、流體產(chǎn)生的阻力矩，并受流動狀態(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)是保證流量計精度的前提條件。
    本文對半橢球體導流器和梯形葉輪對流量計儀表系數(shù)的影響進行了實驗測試，考察改變結構組件后對儀表性能的影響。    圖6為分別采用錐體和半橢球體導流器，流量計儀表系數(shù)的測試結果。由圖可看出，采用改進的導流器后，流量計儀表系數(shù)比改進前有較好地改善，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)。改進前的流量計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、結論：
  通過對氣體渦輪流量計主要組件性能的實驗測量，得出:
1)前導流器是引起流量計壓力損失的主要因素之一。當采用改進的半橢球體導流結構后，流量計的壓損被大幅度降低。
2)對葉輪葉片進行適當改造后，可明顯降低起始流量值，提高流量計靈敏度。
3)采用改進的組件后，流量計具有更加穩(wěn)定的儀表系數(shù)值，流量計的準確度得到提高。