| 周期性脈動流對渦輪流量計測量精度影響的闡發(fā) | | 發(fā)布時間：2010/12/13 11:12:03 |
關(guān)節(jié)字：渦輪流量計測量精度周期性脈動轉(zhuǎn)動慣量
1脈動流測量的泛泛措施
幾乎整個的管道流動都是頑抗穩(wěn)的,不論是層流形態(tài)、仍舊湍流形態(tài)下總永存各種作梗。倘使流動流體的某個參數(shù)如壓力、速度或密度等持續(xù)爆發(fā)調(diào)度,就把這種流動叫做脈動流。脈動流能夠?qū)x表的測量精度爆發(fā)影響,峻厲時會使得測量值失真,所以工業(yè)上急切須要研究流動歷程中的脈動對流量計測量精度的影響。
脈動無時無處不在,但卻很是難測量。直接測量脈動流幾乎是不可能的,我們惟獨測量出脈動的主要參數(shù),如幅值,頻率及波形等,然后從這些參數(shù)豆割析出這個脈動可能給儀表輸出帶來什么樣的影響。即使是測出脈動的參數(shù)也不是一件容易的事情,空想的措施是使用一些非凡儀表對管道內(nèi)流動流體進行聲學(xué)分析來測出脈動參數(shù)。
若脈動頻率較低,不先進管道已鑲嵌的流量儀表或壓力變送器等能使用的頻率上限,則從壓力儀表的輸出指針的擺動就可闡明脈動的永存。但要理解脈動的各個參數(shù)值還須要詳細的測量。經(jīng)研究覺察脈動與流動速度有關(guān)而與靜壓無關(guān)。因此,可用測量qVrms/qV(qVrms是體積流量的最大脈動值;qV是體積流量的平均值)來理解脈動情勢。
以下是測量qVrms/qV的措施:
�、贉y量脈動幅值,能夠假定vrms/v≈qVrms/qV,v指管內(nèi)的平均流速,vrms是管內(nèi)流速的最大脈動量。能夠在管道中離流量儀表很近的上游插入一個熱式風(fēng)速儀探針(熱導(dǎo)線或熱敏電阻),再用一個在線盤算機浮現(xiàn)流速最大脈動量的平方。
�、诋�(dāng)流量儀表離脈動源很近(如在小于脈動四分之一波長的處所)脈動的幅值和脈動源無別。能夠從脈動源的體積、旋轉(zhuǎn)速度等的變革估算出可能的幅值。這個措施固然不是很合理,但卻不要使用別的儀表。
③若流量儀表是一個差壓式儀表,要導(dǎo)出脈動的幅值,就要測出聽任容易器件的差壓脈動的幅值Δprms/Δpps其效果將用來漠視估量脈動的幅值。這個值是隨脈動頻率的變革而變革的,從以下方程能夠推出qVrms/qV的最大可能值:qVrms/qV≤Δprms/Δpps式中:Δprms為差壓的最大脈動量,Δpps為在穩(wěn)態(tài)流下測出的差壓。
對流量變送器輸出的原始數(shù)據(jù)進行波譜分析,從而求出脈動情勢。假定脈動頻率并沒有齊全凌駕流量變送器的相應(yīng)范疇,那么在輸出信號的波譜中,使用傅立葉波譜分析儀即可測出脈動頻率。
2周期性脈動流對渦輪流量計測量精度影響的理論分析
2.1數(shù)學(xué)模型的建樹和渦輪流量計動態(tài)特色分析
當(dāng)脈動頻率凌駕某個范疇時,渦輪流量計的測量值就會爆發(fā)較大的舛誤。舛誤的濫觴主要有以下幾個方面:旋轉(zhuǎn)葉片的共振,齒輪的嚙合(仙游板輸出的渦輪流量計),轉(zhuǎn)軸和齒輪的慣性,脈動流的外形,轉(zhuǎn)軸的摩擦阻力等。因為整個的脈動形式都是由正弦波疊加而成,所以能夠從分析正弦脈動對渦輪流量計的測量值的影響入手來分析周期性脈動的影響情勢。
理論和奉行均表明,將正弦量加時髦不變空想體系,其平定形態(tài)下的響應(yīng)是雷同頻率的正弦輸出量,但幅值和相位則定奪于詳細體系的動態(tài)特色。
渦輪流量計是一種速度式儀表,它是以動量矩守恒原理為基本的,流體襲擊渦輪葉片,使渦輪旋轉(zhuǎn),渦輪的旋轉(zhuǎn)速度隨流量的變革而變革,最后從渦輪的轉(zhuǎn)數(shù)求出流量值,聽任磁電轉(zhuǎn)換裝置(或仙游板輸出裝置)將渦輪轉(zhuǎn)速變革成電脈沖,送入二次儀表進行盤算和浮現(xiàn),由單位時間電脈沖數(shù)和累計電脈沖數(shù)反響出瞬時流量和累計流量(見圖1)。所以,只要得出渦輪轉(zhuǎn)圖 1速與流量的接洽曲線就能分析周期性脈動流對渦輪流量計測量精度的影響。由動量矩定理可知,渦輪的勾當(dāng)方程為式中:J為渦輪的轉(zhuǎn)動慣量;ω為渦輪的旋轉(zhuǎn)角速度;ΣM為作用在渦輪上的協(xié)力矩。式(1)闡揚一個一階體系,一階體系在單位正弦的作用下x(t)=sinω0t(t>0),其響應(yīng)為當(dāng)t趨向于無限大時,
當(dāng)渦輪流量計的型號一準(zhǔn)時,其幅值A(chǔ)(ω0)就是一個常數(shù),但相位角<=-arctgω0J不呈線性接洽,所以輸出可能會引起相位失真。我們須要理解在什么條件下,能夠較切實地測出輸出量。令ω0=2πfp,fp為脈動頻率,由此可知,隨著脈動頻率和轉(zhuǎn)動慣量的拉長,幅值越來越小,而相位角越來越大,即滯后時間越來越長。可見,渦輪流量計所能測量的脈動頻率有必須的范疇,否則,就會導(dǎo)致浮現(xiàn)較大的舛誤。
2.2正弦脈動流對測量精度影響的理論分析
以型號為LW240的渦輪流量計為例進行分析。
�、俣ǔＡ鲃訒r式
(1)變成:ΣM=M-ΣMi=0這里把ΣM分成了兩局部,即驅(qū)動渦輪旋轉(zhuǎn)的驅(qū)動力矩M,和妨礙渦輪旋轉(zhuǎn)的各種阻力矩ΣMi。
聽任分析盤算,驅(qū)動力矩為式中:θ為葉片與軸線之間的夾角;�r為渦輪平均半徑;A為管道流通面積;ρ為流體密度;ω為渦輪的旋轉(zhuǎn)角速度;q為聽任管道的流量。
假定渦輪流量計干事在無阻力的空想形態(tài)下,則渦輪的旋轉(zhuǎn)角速度為 當(dāng)流量為正弦脈動,即q=asinωt時,渦輪旋轉(zhuǎn)加速度ω是幅值為A)的同相位正弦脈動,其對渦輪流量計測量精度的影響幾乎為零。
�、诜嵌ǔＡ鲃訒r
由于管內(nèi)的流動時時不是一個定常流動,且渦輪在真本相況下還會受到阻力矩的影響,則式(1)為了處置方便,略去方程中的粘性阻力矩C1ηq,上式變?yōu)榱顀=asinωt,馳過甚析收拾,能夠得出渦輪旋轉(zhuǎn)加速度與脈動流各參數(shù)的接洽:式中:C為平準(zhǔn)時的ω值對于所研究的渦輪流量計,其渦輪葉片的轉(zhuǎn)動慣量J=21889×10-6kg·m2。則上式中的積分項可用以下賤程圖(見圖2)加以盤算。
2.3效果與分析
2.3.1脈動流頻率對測量精度的影響
馳過謀區(qū)分析,覺察脈動流頻率是影響精度的最關(guān)節(jié)因素,所加的正弦脈動流頻率與穩(wěn)態(tài)下渦輪旋轉(zhuǎn)加速度的接洽為ωn=2πfp(1/…qm)�r2(…qm為平均質(zhì)量流量)時,響應(yīng)曲線與輸入正弦曲線最為接近,與理論分析基本吻合。一再調(diào)度脈動流頻率參數(shù),覺察不常圖形失真很是犀利,馳過對多幅圖形(如圖3和圖4)的分析,覺察如下次序:
①當(dāng)脈動流頻率fp小于角加速度ω,那么流量儀表的響應(yīng)相通于輸入脈沖,測量效果接近于真值;且頻率越小,效果越接近,由此可知當(dāng)脈沖頻率遠遠小于渦輪旋轉(zhuǎn)的角加速度時,儀表的測得值舛誤幾乎為零。
�、诋�(dāng)脈沖頻率fp大于角加速度ω,那么儀表的響應(yīng)曲線開始失真,且頻率fp與角加速度ω相差越大,其失真水平越大。
�、勖}動流的頻率還影響輸出圖形的幅值大小,經(jīng)闡覺察察,頻率越大,幅值越小;頻率越小,幅值越大。
2.3.2在脈動流永存的情勢下其它參數(shù)對測量精度的影響
對于外形不失果然響應(yīng)曲線,其輸出圖形幅值還與其它參數(shù)有關(guān),經(jīng)研究,影響較大的參數(shù)有渦輪流量計葉片的轉(zhuǎn)動慣量J。若轉(zhuǎn)動慣量J越小,輸出圖形的幅值越大;反之,J越大,輸出圖形的幅值越小。但J太大或許太小城市影響輸出曲線的幅值失真過大,J取在(2～3)×10-6kg·m2時,其圖形輸出最好。
渦輪流量計葉片的初始旋轉(zhuǎn)加速度C也將影響輸出曲線。從參數(shù)分析可知,其響應(yīng)曲線與輸入脈動曲線有一個位移,這個位移大小主假若與初始值C有關(guān),即穩(wěn)態(tài)流動時,旋轉(zhuǎn)加速度越小,這個位移量越小,但小到必須值時,由于其它因素的影響(如流體粘性及仙游板摩擦阻力的影響等)又會使圖形失真,對于被研究的渦輪流量計,穩(wěn)態(tài)旋轉(zhuǎn)加速度值以大于2π為好。
3結(jié)論
本文研究了周期性脈動流對渦輪流量計的測量精度的影響情勢,結(jié)論如下:
�、倜}動流的頻率影響最大,當(dāng)脈動流頻率fp小于角加速度ω,那么流量儀表的響應(yīng)與輸入脈動流圖形相通,測量效果接近于真值;
�、谵D(zhuǎn)動慣量J對于輸出圖形幅值有影響;
③穩(wěn)態(tài)流時的旋轉(zhuǎn)加速度值可能會引起輸出圖形爆發(fā)一個進取的位移。
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1脈動流測量的泛泛措施
幾乎整個的管道流動都是頑抗穩(wěn)的,不論是層流形態(tài)、仍舊湍流形態(tài)下總永存各種作梗。倘使流動流體的某個參數(shù)如壓力、速度或密度等持續(xù)爆發(fā)調(diào)度,就把這種流動叫做脈動流。脈動流能夠?qū)x表的測量精度爆發(fā)影響,峻厲時會使得測量值失真,所以工業(yè)上急切須要研究流動歷程中的脈動對流量計測量精度的影響。
脈動無時無處不在,但卻很是難測量。直接測量脈動流幾乎是不可能的,我們惟獨測量出脈動的主要參數(shù),如幅值,頻率及波形等,然后從這些參數(shù)豆割析出這個脈動可能給儀表輸出帶來什么樣的影響。即使是測出脈動的參數(shù)也不是一件容易的事情,空想的措施是使用一些非凡儀表對管道內(nèi)流動流體進行聲學(xué)分析來測出脈動參數(shù)。
若脈動頻率較低,不先進管道已鑲嵌的流量儀表或壓力變送器等能使用的頻率上限,則從壓力儀表的輸出指針的擺動就可闡明脈動的永存。但要理解脈動的各個參數(shù)值還須要詳細的測量。經(jīng)研究覺察脈動與流動速度有關(guān)而與靜壓無關(guān)。因此,可用測量qVrms/qV(qVrms是體積流量的最大脈動值;qV是體積流量的平均值)來理解脈動情勢。
以下是測量qVrms/qV的措施:
�、贉y量脈動幅值,能夠假定vrms/v≈qVrms/qV,v指管內(nèi)的平均流速,vrms是管內(nèi)流速的最大脈動量。能夠在管道中離流量儀表很近的上游插入一個熱式風(fēng)速儀探針(熱導(dǎo)線或熱敏電阻),再用一個在線盤算機浮現(xiàn)流速最大脈動量的平方。
②當(dāng)流量儀表離脈動源很近(如在小于脈動四分之一波長的處所)脈動的幅值和脈動源無別。能夠從脈動源的體積、旋轉(zhuǎn)速度等的變革估算出可能的幅值。這個措施固然不是很合理,但卻不要使用別的儀表。
�、廴袅髁績x表是一個差壓式儀表,要導(dǎo)出脈動的幅值,就要測出聽任容易器件的差壓脈動的幅值Δprms/Δpps其效果將用來漠視估量脈動的幅值。這個值是隨脈動頻率的變革而變革的,從以下方程能夠推出qVrms/qV的最大可能值:qVrms/qV≤Δprms/Δpps式中:Δprms為差壓的最大脈動量,Δpps為在穩(wěn)態(tài)流下測出的差壓。
對流量變送器輸出的原始數(shù)據(jù)進行波譜分析,從而求出脈動情勢。假定脈動頻率并沒有齊全凌駕流量變送器的相應(yīng)范疇,那么在輸出信號的波譜中,使用傅立葉波譜分析儀即可測出脈動頻率。
2周期性脈動流對渦輪流量計測量精度影響的理論分析
2.1數(shù)學(xué)模型的建樹和渦輪流量計動態(tài)特色分析
當(dāng)脈動頻率凌駕某個范疇時,渦輪流量計的測量值就會爆發(fā)較大的舛誤。舛誤的濫觴主要有以下幾個方面:旋轉(zhuǎn)葉片的共振,齒輪的嚙合(仙游板輸出的渦輪流量計),轉(zhuǎn)軸和齒輪的慣性,脈動流的外形,轉(zhuǎn)軸的摩擦阻力等。因為整個的脈動形式都是由正弦波疊加而成,所以能夠從分析正弦脈動對渦輪流量計的測量值的影響入手來分析周期性脈動的影響情勢。
理論和奉行均表明,將正弦量加時髦不變空想體系,其平定形態(tài)下的響應(yīng)是雷同頻率的正弦輸出量,但幅值和相位則定奪于詳細體系的動態(tài)特色。
渦輪流量計是一種速度式儀表,它是以動量矩守恒原理為基本的,流體襲擊渦輪葉片,使渦輪旋轉(zhuǎn),渦輪的旋轉(zhuǎn)速度隨流量的變革而變革,最后從渦輪的轉(zhuǎn)數(shù)求出流量值,聽任磁電轉(zhuǎn)換裝置(或仙游板輸出裝置)將渦輪轉(zhuǎn)速變革成電脈沖,送入二次儀表進行盤算和浮現(xiàn),由單位時間電脈沖數(shù)和累計電脈沖數(shù)反響出瞬時流量和累計流量(見圖1)。所以,只要得出渦輪轉(zhuǎn)圖 1速與流量的接洽曲線就能分析周期性脈動流對渦輪流量計測量精度的影響。由動量矩定理可知,渦輪的勾當(dāng)方程為式中:J為渦輪的轉(zhuǎn)動慣量;ω為渦輪的旋轉(zhuǎn)角速度;ΣM為作用在渦輪上的協(xié)力矩。式(1)闡揚一個一階體系,一階體系在單位正弦的作用下x(t)=sinω0t(t>0),其響應(yīng)為當(dāng)t趨向于無限大時,
當(dāng)渦輪流量計的型號一準(zhǔn)時,其幅值A(chǔ)(ω0)就是一個常數(shù),但相位角<=-arctgω0J不呈線性接洽,所以輸出可能會引起相位失真。我們須要理解在什么條件下,能夠較切實地測出輸出量。令ω0=2πfp,fp為脈動頻率,由此可知,隨著脈動頻率和轉(zhuǎn)動慣量的拉長,幅值越來越小,而相位角越來越大,即滯后時間越來越長。可見,渦輪流量計所能測量的脈動頻率有必須的范疇,否則,就會導(dǎo)致浮現(xiàn)較大的舛誤。
2.2正弦脈動流對測量精度影響的理論分析
以型號為LW240的渦輪流量計為例進行分析。
�、俣ǔＡ鲃訒r式
(1)變成:ΣM=M-ΣMi=0這里把ΣM分成了兩局部,即驅(qū)動渦輪旋轉(zhuǎn)的驅(qū)動力矩M,和妨礙渦輪旋轉(zhuǎn)的各種阻力矩ΣMi。
聽任分析盤算,驅(qū)動力矩為式中:θ為葉片與軸線之間的夾角;�r為渦輪平均半徑;A為管道流通面積;ρ為流體密度;ω為渦輪的旋轉(zhuǎn)角速度;q為聽任管道的流量。
假定渦輪流量計干事在無阻力的空想形態(tài)下,則渦輪的旋轉(zhuǎn)角速度為 當(dāng)流量為正弦脈動,即q=asinωt時,渦輪旋轉(zhuǎn)加速度ω是幅值為A)的同相位正弦脈動,其對渦輪流量計測量精度的影響幾乎為零。
�、诜嵌ǔＡ鲃訒r
由于管內(nèi)的流動時時不是一個定常流動,且渦輪在真本相況下還會受到阻力矩的影響,則式(1)為了處置方便,略去方程中的粘性阻力矩C1ηq,上式變?yōu)榱顀=asinωt,馳過甚析收拾,能夠得出渦輪旋轉(zhuǎn)加速度與脈動流各參數(shù)的接洽:式中:C為平準(zhǔn)時的ω值對于所研究的渦輪流量計,其渦輪葉片的轉(zhuǎn)動慣量J=21889×10-6kg·m2。則上式中的積分項可用以下賤程圖(見圖2)加以盤算。
2.3效果與分析
2.3.1脈動流頻率對測量精度的影響
馳過謀區(qū)分析,覺察脈動流頻率是影響精度的最關(guān)節(jié)因素,所加的正弦脈動流頻率與穩(wěn)態(tài)下渦輪旋轉(zhuǎn)加速度的接洽為ωn=2πfp(1/…qm)�r2(…qm為平均質(zhì)量流量)時,響應(yīng)曲線與輸入正弦曲線最為接近,與理論分析基本吻合。一再調(diào)度脈動流頻率參數(shù),覺察不常圖形失真很是犀利,馳過對多幅圖形(如圖3和圖4)的分析,覺察如下次序:
①當(dāng)脈動流頻率fp小于角加速度ω,那么流量儀表的響應(yīng)相通于輸入脈沖,測量效果接近于真值;且頻率越小,效果越接近,由此可知當(dāng)脈沖頻率遠遠小于渦輪旋轉(zhuǎn)的角加速度時,儀表的測得值舛誤幾乎為零。
�、诋�(dāng)脈沖頻率fp大于角加速度ω,那么儀表的響應(yīng)曲線開始失真,且頻率fp與角加速度ω相差越大,其失真水平越大。
�、勖}動流的頻率還影響輸出圖形的幅值大小,經(jīng)闡覺察察,頻率越大,幅值越小;頻率越小,幅值越大。
2.3.2在脈動流永存的情勢下其它參數(shù)對測量精度的影響
對于外形不失果然響應(yīng)曲線,其輸出圖形幅值還與其它參數(shù)有關(guān),經(jīng)研究,影響較大的參數(shù)有渦輪流量計葉片的轉(zhuǎn)動慣量J。若轉(zhuǎn)動慣量J越小,輸出圖形的幅值越大;反之,J越大,輸出圖形的幅值越小。但J太大或許太小城市影響輸出曲線的幅值失真過大,J取在(2～3)×10-6kg·m2時,其圖形輸出最好。
渦輪流量計葉片的初始旋轉(zhuǎn)加速度C也將影響輸出曲線。從參數(shù)分析可知,其響應(yīng)曲線與輸入脈動曲線有一個位移,這個位移大小主假若與初始值C有關(guān),即穩(wěn)態(tài)流動時,旋轉(zhuǎn)加速度越小,這個位移量越小,但小到必須值時,由于其它因素的影響(如流體粘性及仙游板摩擦阻力的影響等)又會使圖形失真,對于被研究的渦輪流量計,穩(wěn)態(tài)旋轉(zhuǎn)加速度值以大于2π為好。
3結(jié)論
本文研究了周期性脈動流對渦輪流量計的測量精度的影響情勢,結(jié)論如下:
�、倜}動流的頻率影響最大,當(dāng)脈動流頻率fp小于角加速度ω,那么流量儀表的響應(yīng)與輸入脈動流圖形相通,測量效果接近于真值;
�、谵D(zhuǎn)動慣量J對于輸出圖形幅值有影響;
�、鄯�(wěn)態(tài)流時的旋轉(zhuǎn)加速度值可能會引起輸出圖形爆發(fā)一個進取的位移。
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