涡轮流量计的几何参数计算

日期：2023-02-22 点击量：

涡轮流量计的基本结构如图1所示。

当流体通过涡轮流量计时,流体动能使叶轮旋转,流体流速越快,动能越大，叶轮转速也越高。因此,测出叶轮转数或转速,就可测量流过管道的流量。传感器将流量Q转换成叶轮转速ɷ,信号检出器把转速ɷ转换成脉冲信号频率ƒ,送入二次仪表进行显示和计数。单位时间内的脉冲数和累积脉冲数分别反映了瞬时流量和累积流量。由于涡轮流量计的转速以频率信号输出,所以可制成数字仪表,也便于与数控装置相配合。
通过流量计的流量和叶轮引起的频率关系为:

式中;qv表示瞬时体积流量;ƒ表示脉冲频率;k表示仪表系数。
对于结构参数确定的涡轮流量计,在其稳定运行后,不同的流量对应唯--不同的转速和频率ƒ。因此,影响流量计精度的主要因素为仪表系数,其表达式为:

式中:z表示叶片数;θ表示叶片倾角;r表示叶轮半径;A表示过流面积;ρ表示液体密度;qv表示瞬时体积流量;Tm表示摩擦力矩;Trf表示流动阻力矩。
仪表常数特性曲线如图2所示。从图2可以看出,仪表常数的线性范围与标定系数K。的关系直接影响着流量计的精度。

流量计设计的初始参数如下:流量计公称内径为.101.6mm,流量范围0~3m³/min,工作压力40MPa,钻井液密度1.2~1.3kg/m³,黏度50~60cSt。
涡轮流量计材料选用0Cr18Ni9不锈钢,考虑到工作压力为40MPa,设计压力p≤0.4[σ]'φ,按厚壁圆筒进行计算,根据中径公式和第一强度理论得出相应的筒体厚度为:

其中，D,表示圆筒内径,mm;pc表示计算压力，MPa;[σ]表示设计温度下圆筒材料的许用应力,MPa;φ表示焊接接头系数。
为了方便选取涡轮流量计参数,同时考虑到涡轮流量计的国家标准,选取公称外径为101.6mm的涡轮流量计,其余参数按经典取值表进行取值[5-1,其中叶片顶端间隙与管道半径之比t=2.0097,叶轮轮毂半径与叶轮叶片顶端半径之比q=0.495,叶片均方根平均半径位置的安装角b=42.38°,叶片顶端处叶栅具有的实度s=1.254。
涡流流量计叶轮部分结构参数如图3、图4所示,其中Rk为叶轮轮毂半径,mm;L为叶轮轮毂长度,mm;Rt为叶轮叶片顶端半径,mm;R0为流量计管道半径,mm;R1为叶轮旋转轴半径,mm。

涡轮流量计口径大小不同,叶片数量也应不同。小口径的流量计(D≤100mm),叶轮叶片数量通常为3~8片;大口径的流量计(D>100mm;),叶轮叶片数则通常为10片以上5。根据流量计设计准则得出的参数如表1所示。

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