目前,旋进旋涡流量计应用中还存在压损较大、下限流量(始动流量)偏大、系列设计缺乏理论依据等问题.本文借助流体力学数值的方法对旋进旋涡流量计的结构参数做了系统研究,分析了旋进旋涡流量计压力损失情况和输出信号质量.文中采用导流叶片来降低压损,提高流量计性能,还着重考虑针对起旋器叶片数量、扩张角度等参数进行的优化研究.希望通过此项研究工作能够为旋进旋涡流量计的设计开发提供理论上的支持.
针对现有旋进旋涡流量计压损大、小流量信号弱等问题,提出了结构改进和参数优化研究方案.改进对象为一个DN50气体旋进旋涡流量计,其内部结构和寸见图2.流量计长度为232 mm,入口管径50 mm,收缩段长度94.2 mm,发展段管径为36 mm、长度为35.8 mm,扩张段长为12 mm,扩张角度为60°.具体改进和参数优化研究如下:
1)起旋器入口加装导流叶片段.原有起旋器叶片在入口段没有导流部分(图1),叶片与来流之间夹角为60°,来流不是切向进入,会造成严重的流动分离.流动分离使得流动扰动和流动阻力增大.因此,改进方案中考虑把原来起旋器叶片延长并作弯曲(见图3a),使得入口与来流夹角为0°,即流动切向进入,以期改善流动状态.
对相位相差180°的两路压力信号做差分后能在一定程度上抑制管道同模干扰信号并且能使信号强度增大一倍,故而对小流量测量时更敏感,能有效提高测量精度.不同流量下原型流量计与参数改进后模型的差分压力信号幅值列于表3.
图8为各模型压力信号幅值与流量的关系图,可看出在起旋器前端加装螺旋导流叶片后,压力信号有了明显的增强,平均增幅达到49%.叶片数增加至7片后压力信号幅值比6片时有较大减弱,不可取.扩张角缩小至30°后信号较60°时变弱,扩张角增大至90°时信号*弱,可见扩张角不是越大越好,也不是越小越好,就本文数据来说,60°是*好的一个选择.
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