雙流束熱量表的流量測(cè)量技術(shù)研究
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時(shí)間：2013-08-03
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我國(guó)熱量表技術(shù)較國(guó)外先進(jìn)水平還有較大的差距。從國(guó)產(chǎn)熱量表的三個(gè)重要組成部分積算儀、流量傳感器和溫度測(cè)量技術(shù)現(xiàn)狀看，由于多采用進(jìn)口微處理器，積算儀的有關(guān)問(wèn)題得到了較好的解決。溫度測(cè)量多采用技術(shù)較成熟PT1000鉑電阻，也得到較好的解決。目前問(wèn)題較多的是流量測(cè)量部分，國(guó)產(chǎn)熱量表基表多采用原有熱水表，其測(cè)量精度和可靠性難以達(dá)到熱量表的流量技術(shù)要求，因此開(kāi)發(fā)精度高、工作可靠的熱量表基表，是目前熱量表研制的重要課題。本文對(duì)熱量表單流束基表技術(shù)問(wèn)題進(jìn)行分析探討，提出了“導(dǎo)流片”分流和葉輪室頂蓋設(shè)置“調(diào)節(jié)筋條”調(diào)節(jié)當(dāng)量脈沖的新方法，得到了很好的效果。
2.單流束基表設(shè)計(jì)的技術(shù)方案
傳統(tǒng)的單流束基表結(jié)構(gòu)如圖1所示，為了保證葉輪按一定的方向旋轉(zhuǎn)，其進(jìn)水口和出水口往往偏心設(shè)置，并在一定的部位設(shè)置當(dāng)量脈沖的調(diào)整部件。這種結(jié)構(gòu)存在以下弊端，首先進(jìn)水口和出水口的偏心設(shè)置，給機(jī)械加工帶來(lái)一定的難度，在加工進(jìn)、出水口時(shí)，由于偏心設(shè)置，給工件的裝夾、找正帶來(lái)不便，費(fèi)時(shí)費(fèi)工，效率低下；同時(shí)給外形設(shè)計(jì)造成一定的困難，難以設(shè)計(jì)出美觀(guān)的外形。再者，以往熱量表基表多采用原有的單流束熱水表，由于價(jià)格等因素的制約，其設(shè)計(jì)精度、材料的使用等存在較多的問(wèn)題，其精度難以滿(mǎn)足熱量表流量檢測(cè)精度的要求。
圖1 傳統(tǒng)的單流束基表結(jié)構(gòu)示意圖
圖2 新型單流束基表
1－表殼底座 2－葉輪室底座
3－整流隔柵 4－葉輪
5－葉輪室上蓋 6－表殼蓋
7－擋塊 8－半圓膜片
9－剛玉 1 0－軸套
圖3 葉輪式底座
熱量表工作時(shí)水流從基表進(jìn)水口經(jīng)整流隔柵進(jìn)入基表，在葉輪室底座入口處由導(dǎo)流片分流成兩股，分別從兩個(gè)通道進(jìn)入葉輪室。水流在葉輪室內(nèi)產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，推動(dòng)葉輪旋逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，之后依次經(jīng)葉輪室出口、基表出口流出。本設(shè)計(jì)中所采用了無(wú)磁式流量傳感方式，就是通過(guò)葉輪室上蓋上方設(shè)置的三個(gè)電感在葉輪旋轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生振蕩信號(hào)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。
由圖3可見(jiàn)，葉輪室入口的收縮流道截面積A1沿水流方向逐漸減小，而擴(kuò)張流道截面積A2逐漸增大，由不可壓縮流體的連續(xù)性方程可知，過(guò)流面積和流速成反比，進(jìn)入收縮流道的水流速度V1將增大，而進(jìn)入擴(kuò)張流道的水流速度V2將減小。由伯努利方程可以得到，V1減小，p 1增大，V2增大，p2減小，如此從兩個(gè)通道進(jìn)入葉輪室的水流之間就存在壓強(qiáng)差 ，此壓強(qiáng)差將推動(dòng)水流向壓強(qiáng)小的方向流動(dòng)，從而推動(dòng)葉輪逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)；收縮通道提高了進(jìn)入腔體的水流速度，增大其動(dòng)量，在微小流量時(shí)，葉輪受軸與軸承之間摩擦阻力的影響較大，如果基表中不設(shè)此導(dǎo)流片而是一個(gè)單一通道，水流更易直接從葉輪間隙流過(guò)，而不推動(dòng)葉輪旋轉(zhuǎn)，從而使始動(dòng)流量值增大。
由上述分析可知，在流動(dòng)初始時(shí)刻，兩通道的幾何形狀對(duì)決定葉輪旋轉(zhuǎn)方向至關(guān)重要，該設(shè)計(jì)依靠?jī)赏ǖ莱隹诘膲簭?qiáng)差使水流在基表腔體內(nèi)沿逆時(shí)針?lè)较蛄鲃?dòng)。第二通道出口水流速度V2大于第一通道出口速度V1,并且偏轉(zhuǎn)的角度較V1更大，這種流動(dòng)機(jī)制決定了水流開(kāi)始流動(dòng)時(shí)葉輪必須沿逆時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)。
最初設(shè)計(jì)的葉輪室及導(dǎo)流片形狀如圖3，導(dǎo)流片前端靠近葉輪室外徑處是一尖角，其與中心連線(xiàn)和橫軸的夾角為8度，在進(jìn)行85℃熱水試驗(yàn)后，導(dǎo)流片變形受損，因此，必須加以改進(jìn)。改進(jìn)從兩個(gè)方面著手，一是更換耐高溫的材料，再就是改變導(dǎo)流片的幾何形狀。
導(dǎo)流片的改進(jìn)示意圖見(jiàn)圖4。改進(jìn)前的導(dǎo)流片橫截面為三角形ABC，改進(jìn)后為五邊形AAB’BC。A’，B’比A、B兩點(diǎn)向中心線(xiàn)方向偏移2°。如此改動(dòng)之后導(dǎo)流片的橫截面積增大，厚度增加，強(qiáng)度也必然相應(yīng)提高。同時(shí)，導(dǎo)流片靠近中心線(xiàn)一側(cè)傾斜角度減小，改變了收縮通道的形狀，流經(jīng)此通道的水流流動(dòng)情況相應(yīng)的會(huì)發(fā)生變化。
評(píng)論