渦輪流量計的幾何參數計算

日期：2023-02-22 點擊量：

渦輪流量計的基本結構如圖1所示。

當流體通過渦輪流量計時,流體動能使葉輪旋轉,流體流速越快,動能越大，葉輪轉速也越高。因此,測出葉輪轉數或轉速,就可測量流過管道的流量。傳感器將流量Q轉換成葉輪轉速?,信號檢出器把轉速?轉換成脈沖信號頻率ƒ,送入二次儀表進行顯示和計數。單位時間內的脈沖數和累積脈沖數分別反映了瞬時流量和累積流量。由于渦輪流量計的轉速以頻率信號輸出,所以可制成數字儀表,也便于與數控裝置相配合。
通過流量計的流量和葉輪引起的頻率關系為:

式中;qv表示瞬時體積流量;ƒ表示脈沖頻率;k表示儀表系數。
對于結構參數確定的渦輪流量計,在其穩定運行后,不同的流量對應唯--不同的轉速和頻率ƒ。因此,影響流量計精度的主要因素為儀表系數,其表達式為:

式中:z表示葉片數;θ表示葉片傾角;r表示葉輪半徑;A表示過流面積;ρ表示液體密度;qv表示瞬時體積流量;Tm表示摩擦力矩;Trf表示流動阻力矩。
儀表常數特性曲線如圖2所示。從圖2可以看出,儀表常數的線性范圍與標定系數K。的關系直接影響著流量計的精度。

流量計設計的初始參數如下:流量計公稱內徑為.101.6mm,流量范圍0~3m³/min,工作壓力40MPa,鉆井液密度1.2~1.3kg/m³,黏度50~60cSt。
渦輪流量計材料選用0Cr18Ni9不銹鋼,考慮到工作壓力為40MPa,設計壓力p≤0.4[σ]'φ,按厚壁圓筒進行計算,根據中徑公式和第一強度理論得出相應的筒體厚度為:

其中，D,表示圓筒內徑,mm;pc表示計算壓力，MPa;[σ]表示設計溫度下圓筒材料的許用應力,MPa;φ表示焊接接頭系數。
為了方便選取渦輪流量計參數,同時考慮到渦輪流量計的國家標準,選取公稱外徑為101.6mm的渦輪流量計,其余參數按經典取值表進行取值[5-1,其中葉片頂端間隙與管道半徑之比t=2.0097,葉輪輪轂半徑與葉輪葉片頂端半徑之比q=0.495,葉片均方根平均半徑位置的安裝角b=42.38°,葉片頂端處葉柵具有的實度s=1.254。
渦流流量計葉輪部分結構參數如圖3、圖4所示,其中Rk為葉輪輪轂半徑,mm;L為葉輪輪轂長度,mm;Rt為葉輪葉片頂端半徑,mm;R0為流量計管道半徑,mm;R1為葉輪旋轉軸半徑,mm。

渦輪流量計口徑大小不同,葉片數量也應不同。小口徑的流量計(D≤100mm),葉輪葉片數量通常為3~8片;大口徑的流量計(D>100mm;),葉輪葉片數則通常為10片以上5。根據流量計設計準則得出的參數如表1所示。

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