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      簡單說一說氣體渦輪流量計

      2018-06-30 clcc

      1簡介

        燃氣輪機流量計是一種速度流量計。它具有重復性好,測量范圍寬,適應性強,輸出脈沖信號強等特點。近年來,它已廣泛應用于石油,化工和天然氣領域。流量計的性能在工業發展中起著關鍵作用。因此,優化流量計結構以提高其計量性能一直是流量測量領域的研究熱點。

        通過優化渦輪流量計的儀表本體結構,擴大了流量計的測量范圍。 Svedin [3]開發了一種靜態葉輪渦輪流量計,可以降低流量計的壓力損失。葉輪的多參數定量優化方法確定了一組幾何參數,其可以實現15mm傳感器的粘度不敏感性。郭素娜等[5]研究了葉輪參數對渦輪傳感器性能的影響,并確定葉片切角參數為0.在25點鐘時,傳感器表現最佳。

        前人的工作重點是葉輪部分的優化,而對其他結構的研究相對較少。作為渦輪流量計的主要部件之一,前導流板具有塑造流場,壓縮流體,引導流動以及產生完全發展的速度分布的功能。整流效果直接影響流量計的質量好和壞。因此,前導流板的結構優化對于提高渦輪流量計的性能具有重要意義。

        CFD數值模擬已成為預測傳感器性能的有效方法[6-7],并研究了渦輪流量計的流場信息[8-9]。在這項研究中,燃氣輪機流量計前拖纜進行了優化。采用Fluent軟件對不同前轉向器結構的渦輪流量計內部流場進行仿真分析,并引入流場均勻度指數對前導流板進行整流評價。給出了效果,并給出了前導流板部件的優化建議,并通過實驗驗證了優化方案。

      2渦輪流量計的介紹和優化評估指標

      2.1結構和特征參數

        燃氣渦輪流量計的主要部件包括前偏轉器,葉輪和回流導向器。結構示意圖如圖1所示。

      燃氣輪機流量計結構圖

      金屬轉子流量計

        前導流板的主要特征參數是:導流板的直徑,導流液的長度,導流板的葉片數量以及導流葉片的長度。

      2.2工作原理

        燃氣輪機流量計的工作原理:通過流量計的氣體流動驅動渦輪機葉片的旋轉,并且葉片的速度與通過測量旋轉速度獲得的流體的流量成比例。流量,然后獲得流水線中的流量值。要測量的體積流量qv和輸出脈沖頻率f之間的關系為:

      金屬轉子流量計

      在公式中:K指流量計的儀表系數。

      根據運動規律建立渦輪機的運動方程為

      金屬轉子流量計

        其中:J是渦輪的轉動慣量; ω是渦輪機的角速度,t是時間,Tr是流向葉片的氣流的驅動扭矩,Trm是機械摩擦扭矩,Trf是阻力扭矩,Tre是電磁阻力矩。

      2.3優化評估指標

        本文選取數值模擬過程中的定性指標和實驗測定的定量指標作為優化評價指標,并從模擬和實驗兩方面綜合評價優化結果。

      2.3.1流場均勻性指數

        燃氣輪機流量計,作為速度流量計,在平均速度分布附近的氣流入口處設計和校準[10]。為了精確計量,葉輪氣流速度場應盡可能均勻。當氣流速度場紊亂時,流向渦輪葉片的氣流驅動扭矩Tr無序,導致葉片顫動,計量性能惡化,葉片與軸之間的磨損嚴重惡化。前導流板的工作采用塑性流場使氣體流量均勻,因此引入流場均勻度指數作為優化評價指標。

        均勻性指標γ[11]描述了指定表面上指定物理量的變化,γ取[0,1],γ越大,均勻性越好。均勻性指數通過面積來測量:面積加權均勻度指數γα。

        面積加權均勻度指數(γα)使用以下公式計算:

      金屬轉子流量計

        從均勻性指標的定義可以看出,當指定的物理量是速度時,γα表示流場速度分布的均勻性。面積加權均勻度指標可以由程序本身在數值模擬中提供,大大提高了計算的方便性。因此,在數值模擬中使用γα來評估橫截面的流動均勻性具有明顯的優勢。

      2.3.2測量性能指標

        根據燃氣輪機流量計的工作原理,根據渦輪流量計[12]的檢定程序,確定渦輪流量計的計量性能指標:儀表系數,線性,重復性和壓力損失。 1)儀表系數K按照以下程序計算:

      金屬轉子流量計

        在公式中:(ki)max,(ki)min表示整個流程在該范圍內,每個流量點的流量計系數的最大值和最小值。

      2)重復性呃,按照下式計算:

      金屬轉子流量計

        其中:(Er)i是第i個流點的重復誤差; Eij是第i個流量點的第j次測量的相對指示誤差,Ei是第i個流點的平均相對指示誤差,重復性是評估儀器穩定性的重要指標。 重復性越高,流量計的穩定性越好。

      3)根據以下公式計算的線性δ:


      金屬轉子流量計

      4)根據規定,壓力損失Δp是流量計入口1DN和出口下游1DN上游兩點之間的壓力差。 較小的壓力損失降低了運輸氣體的能量消耗并降低了運輸成本。 因此,壓力損失被認為是優化評估的重要指標。



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