涡轮流量计旋转系数与安装直管段长度之间的关系

涡轮流量计旋转系数与安装直管段长度之间的关系
影响涡轮流量计精度的主要外部因素是流体的流动状态，涡轮流量计特性曲线要保持良好的线性关系，流过流量计的流体应为充分发展的流型。对流量计的精度和直管段的预测，为不同精度要求的涡轮流量计选择适当长度的直管段提供了理论参考。      
涡轮流量计是一种速度式流量仪表，由于具有结构紧凑、测量精度高、反应速度快、测量范围广、价格低廉和安装方便等优点，而得到广泛应用。对于贸易结算计量，流量计的精确度是至关重要的。影响涡轮流量计精度的主要外部因素是流体的流动状态，涡轮流量计特性曲线要保持良好的线性关系，流过流量计的流体应为充分发展的流型。
1.旋转系数与下游直管段长度之间的关系
旋转流的旋转强度用旋转系数来表示，旋转系数定义为角动量通量与轴向动量通量的比值：
式中：ω -- 周向速度；
          u -- 轴向速度；
          R -- 管道半径；
          A -- 流体流过的横截面积；
          ρ -- 密度。
对于圆管内的旋转流，在r=0.95R处的旋转角度*大，即：
采用多项迭代的方法，可编程计算出在某个值时（X 为圆管直径D的倍数）满足一定精度的Sw值：
常数b和c与流体性质、雷诺数和流量有关，需要通过实验确定。对于不可压缩流体，b=0.030~0.085，c=0.10~0.50。一般来说，流量越大，旋转流的衰减越大，由式（3）可以看出，旋转流发生后的直管段越长，旋转流的强度越弱，对涡轮流量计精度的影响越小。
2.实验设计与结果分析
为了在实验过程中能得到理想的旋转流体，实验中采用了模拟多种强度旋转流的发生器，旋转流发生器安装在流量计上游来流的起始点处。
实验采用称量法，记录电子称上的质量脉冲数N，N乘以质量脉冲常数（0.08333），即得到质量值（kg），同时记录时间和涡轮变送器的脉冲数，在每个流量点重复做三次，记录三组数据，共选择5个流量点来覆盖涡轮流量计的测量量程。流量Q=0.08333N/t，仪表系数为：
仪表系数K与旋转数Sw成线性关系，仪表精度为：
其中α、d均为待定系数。
根据实验所得多组脉冲数和流量数据，可计算出仪表精度δ值。按δ-X方程及δ和X数据进行*小二乘法回归，可确定α和d的数值。一般来说，对不可压缩流体，α=1.15~2.20，d=0.016~0.11。
3.直管段长度和流量计精度的初步预测
在工程设计中，根据流体性质、流量和雷诺数确定α和d值。这样，按照式（5）就可以依不同的流量计精度要求，对直管段长度进行初步预测，或确定直管段长度后，对流量计的精度做初步预测。
当δ=0.2%时，不同流量下所需直管段长度见表1。
表1 不同流量下所需直管段长度
当X=30时，不同流量下仪表精度见表2。
表2 不同流量下预测的仪表精度
对流量计的精度和直管段的预测，为不同精度要求的涡轮流量计选择适当长度的直管段提供了理论参考。
（1）旋转数Sw与X成指数关系，即随着下游距离X的增加，旋转流强度以指数方式衰减。指数系数c和α值与介质的性质，雷诺数等参数有关。
（2）对于任一旋转流源，随着下游距离的增加，在大流量区旋转流强度衰减速度快，而在小流量区，旋转流强度衰减速度要慢一些，因此，对小流量的流量计管道设计中需要加长直管段，以减少旋转流对流量计精度的影响。
（3）不论旋转流的方向如何，流量计越靠近旋转流源，流量计的精度δ越差，流量计精度可以按式（5）进行初步预测。