简单说一说气体涡轮流量计

1简介

　　燃气轮机流量计是一种速度流量计。它具有重复性好，测量范围宽，适应性强，输出脉冲信号强等特点。近年来，它已广泛应用于石油，化工和天然气领域。流量计的性能在工业发展中起着关键作用。因此，优化流量计结构以提高其计量性能一直是流量测量领域的研究热点。

　　通过优化涡轮流量计的仪表本体结构，扩大了流量计的测量范围。 Svedin [3]开发了一种静态叶轮涡轮流量计，可以降低流量计的压力损失。叶轮的多参数定量优化方法确定了一组几何参数，其可以实现15mm传感器的粘度不敏感性。郭素娜等[5]研究了叶轮参数对涡轮传感器性能的影响，并确定叶片切角参数为0.在25点钟时，传感器表现最佳。

　　前人的工作重点是叶轮部分的优化，而对其他结构的研究相对较少。作为涡轮流量计的主要部件之一，前导流板具有塑造流场，压缩流体，引导流动以及产生完全发展的速度分布的功能。整流效果直接影响流量计的质量好和坏。因此，前导流板的结构优化对于提高涡轮流量计的性能具有重要意义。

　　CFD数值模拟已成为预测传感器性能的有效方法[6-7]，并研究了涡轮流量计的流场信息[8-9]。在这项研究中，燃气轮机流量计前拖缆进行了优化。采用Fluent软件对不同前转向器结构的涡轮流量计内部流场进行仿真分析，并引入流场均匀度指数对前导流板进行整流评价。给出了效果，并给出了前导流板部件的优化建议，并通过实验验证了优化方案。

2涡轮流量计的介绍和优化评估指标

2.1结构和特征参数

　　燃气涡轮流量计的主要部件包括前偏转器，叶轮和回流导向器。结构示意图如图1所示。

燃气轮机流量计结构图

　　前导流板的主要特征参数是：导流板的直径，导流液的长度，导流板的叶片数量以及导流叶片的长度。

2.2工作原理

　　燃气轮机流量计的工作原理：通过流量计的气体流动驱动涡轮机叶片的旋转，并且叶片的速度与通过测量旋转速度获得的流体的流量成比例。流量，然后获得流水线中的流量值。要测量的体积流量qv和输出脉冲频率f之间的关系为：

在公式中：K指流量计的仪表系数。

根据运动规律建立涡轮机的运动方程为

　　其中：J是涡轮的转动惯量; ω是涡轮机的角速度，t是时间，Tr是流向叶片的气流的驱动扭矩，Trm是机械摩擦扭矩，Trf是阻力扭矩，Tre是电磁阻力矩。

2.3优化评估指标

　　本文选取数值模拟过程中的定性指标和实验测定的定量指标作为优化评价指标，并从模拟和实验两方面综合评价优化结果。

2.3.1流场均匀性指数

　　燃气轮机流量计，作为速度流量计，在平均速度分布附近的气流入口处设计和校准[10]。为了精确计量，叶轮气流速度场应尽可能均匀。当气流速度场紊乱时，流向涡轮叶片的气流驱动扭矩Tr无序，导致叶片颤动，计量性能恶化，叶片与轴之间的磨损严重恶化。前导流板的工作采用塑性流场使气体流量均匀，因此引入流场均匀度指数作为优化评价指标。

　　均匀性指标γ[11]描述了指定表面上指定物理量的变化，γ取[0,1]，γ越大，均匀性越好。均匀性指数通过面积来测量：面积加权均匀度指数γα。

　　面积加权均匀度指数（γα）使用以下公式计算：

　　从均匀性指标的定义可以看出，当指定的物理量是速度时，γα表示流场速度分布的均匀性。面积加权均匀度指标可以由程序本身在数值模拟中提供，大大提高了计算的方便性。因此，在数值模拟中使用γα来评估横截面的流动均匀性具有明显的优势。

2.3.2测量性能指标

　　根据燃气轮机流量计的工作原理，根据涡轮流量计[12]的检定程序，确定涡轮流量计的计量性能指标：仪表系数，线性，重复性和压力损失。 1）仪表系数K按照以下程序计算：

　　在公式中：（ki）max，（ki）min表示整个流程在该范围内，每个流量点的流量计系数的最大值和最小值。

2）重复性呃，按照下式计算：

　　其中：（Er）i是第i个流点的重复误差; Eij是第i个流量点的第j次测量的相对指示误差，Ei是第i个流点的平均相对指示误差，重复性是评估仪器稳定性的重要指标。 重复性越高，流量计的稳定性越好。

3）根据以下公式计算的线性δ：

4）根据规定，压力损失Δp是流量计入口1DN和出口下游1DN上游两点之间的压力差。 较小的压力损失降低了运输气体的能量消耗并降低了运输成本。 因此，压力损失被认为是优化评估的重要指标。