介紹了對渦輪氣體流量計中關鍵部件前導流、葉輪的結構優(yōu)化設計能及實驗結論，從抑制流動分離渦的產(chǎn)生、降 低壓力損失、小流量線性度和精度等方面取得一定的效果。

引言

渦輪流量計利用置于流體中的葉輪的旋轉角速度與流 速的關系，通過測量葉輪的轉速來反映通過管道的氣體的體 積流量大小，是一類測量精度相對較高的封閉管道流體測量 儀表。

通過對國內(nèi)外同類產(chǎn)品的流量范圍、壓力損失以及始動 流量進行綜合比較，發(fā)現(xiàn)關鍵零件前導流、葉輪具有繼續(xù)優(yōu) 化改進的空間：國內(nèi)外同類產(chǎn)品前導流的型式多為錐形和半 球加直管段型，這兩種形式的前導流實際上對流量計的計量 精度產(chǎn)生了一定的影響，因為，這兩種型式的前導流不能很 好的起到整流的效果，進而影響了流量計的計量精度。葉輪 所比較流行的是直板式和螺旋式兩種模式。直板型盡管加工 工藝簡單，但是存在著泄露量大的缺點；螺旋型葉輪盡管降 低了泄露量，但是加工工藝相對較復雜。

1.前導流設計

前導流器對渦輪流量計精確度的影響很大，其形狀可以 設計成半圓球形或半楠圓形，但流動效果最好的屬流線形。

氣流速度場的穩(wěn)定均勻對流量計的精度有重要影響，以 往流量計的處理方法是在前導流器前面加整流柵。通過實驗 發(fā)現(xiàn)，整流柵雖對氣流起到了穩(wěn)定的作用，但也帶來了很大 的負作用：使壓力損失大大提高（為不加整流柵的1. 5倍)。 通過計算，拋棄了原有的整流柵結構，改為在前導流器上加 導流葉片，葉片數(shù)和幾何尺寸及位置均由數(shù)值模擬得出。這 樣前導流器的功能增加了，同時流量計的整體尺寸被減小， 實驗測量結果表明即使在小流量下也能得到很好的線性度 和精度。

2.葉輪設計

根據(jù)對葉輪形式的比較，現(xiàn)在結構設計中比較流行的為 直板式葉片葉輪和螺旋式葉片葉輪，通過比較，為彌補兩種 葉輪的不足，設計了倒梯形式葉片葉輪，下面將對其做具體 分析。

2.1直板式葉片葉輪（圖2)

這種葉輪的葉片形式如圖中左上角所示為一直板型式， 葉輪葉片在軸向上的重疊度為1，所以此種設計出的葉輪泄 露量比較大，使得葉輪的儀表系數(shù)偏下，同時提高了葉輪旋 轉所需的氣流流量，即整個流量計的始動流量提高，影響了 儀表的使用。

2.2蠊旋型葉片葉輪（圖3)

螺旋型葉片葉輪為目前在渦輪流量計葉輪中使用比較 的廣泛的葉輪形式，因為這種葉輪的葉片型式為螺旋型即扇 形，它克服了直板式葉片葉輪所不能克服的泄露區(qū)間問題， 但是，對于螺旋型葉片葉輪的加工確實一個難題，由于其螺旋面較大，無論是利用塑料模注塑加工還是利用加工中心進 行數(shù)控加工其加工起來都較為復雜。因為螺旋型面的緣故， 葉輪葉片外緣和葉輪葉片內(nèi)緣螺旋升角的不同使得螺旋形 葉輪渦輪流量計的儀表系數(shù)的計算較為復雜。

2.3改進后的倒梯形型葉片葉輪（圖5)

在增加重疊度同時適當減小葉片根部寬度，使葉片呈倒 梯形，一方面可保證葉片頂、根部重疊度相同，另一方面降 低了死角區(qū)渦流的產(chǎn)生，減小壓力損失。與傳統(tǒng)葉輪相比， 該葉輪有以下特點：葉片重疊度增大；葉片形狀呈倒梯形； 葉片與筒壁的間隙減小。

葉輪數(shù)比傳統(tǒng)數(shù)目增多，目的在于增加葉片重疊度，較 高的重疊度可提高流量計的靈敏度，降低起始流量。但重疊 度的增加由流動原理分析會引起兩個后果：增加葉片數(shù)使根 部密度增加，從而使阻力損失增大；增加葉輪重量，給葉輪 的啟動增加了負擔。

葉輪重量方面使葉輪軸向減少適當尺寸以達到原葉輪 重量。改進后的葉輪經(jīng)過與原有葉輪的試驗測試比較，得出 增加葉片數(shù)后的流量計壓力損失曲線與增加前幾乎重合，說 明壓力損失沒有因葉片數(shù)的增加而增加。通過對起始流量的 測量，新葉輪比原葉輪有明顯降低。

葉片與筒壁的間隙從設計要求出發(fā)應盡量小，考慮到工 藝，本機將原間隙減小了 0.2?，以達到最低限度減小該環(huán) 形通道表面上由氣流摩擦和渦流引起的損失。

3.實驗方案

為進一步確定葉輪和前導流的參數(shù)，確定了 19種實驗

4.實驗結果（摘選）

實驗方案：流線型前導流、22片葉輪。如圖9所示，該 方案所示的誤差曲線比較平穩(wěn)，盡管前段有一些波動，但是 后段能夠取得較理想的結果。并且它的起步流量較低。它的 最大流量為988.27 m3/h，此時的壓力損失為110.4immh20。

圖9方案十八的測試曲線

通過分析各誤差曲線，以及當它們達到最大流量時的壓 力損失，我們不難看出，方案十八為這些方案中較好的方案， 及流線型前導流,22片葉片葉輪，無后導流。在這種方案中， 能夠較好的降低始動流量，減少壓損，提高精度。

5.結論

試驗證明采用流線形的導流器，可明顯抑制流動分離渦 的產(chǎn)生、并使主流速度分布更加合理，具有在保證流動穩(wěn)定 性條件下顯著降低壓力損失的優(yōu)點，隨著流量增大，流線形 的壓力損失低于半楠圓形的趨勢越來越大。

在葉片上拋棄了原有的整流柵結構，改為在前導流上加 導流葉片，葉片數(shù)和幾何尺寸及位置均由數(shù)值模擬得出。采 取的方案是：在增加重疊度同時適當減小葉片根部寬度，使 葉片呈倒梯形，一方面可保證葉片頂、根部重疊度相同，另 一方面降低了死角區(qū)渦流的產(chǎn)生，減小壓力損失。葉輪重量 方面使葉輪軸向減少適當尺寸以達到原葉輪重量。這樣前導 流的功能增加了，同時流量計的整體尺寸被減小，實驗測量 結果表明即使在小流量下也能得到很好的線性度和精度。

改進后的葉輪經(jīng)過與原有葉輪的試驗測試比較，得出增 加葉片數(shù)后的流量計壓力損失曲線與增加前幾乎重合，說明 壓力損失沒有因葉片數(shù)的增加而增加。通過對起始流量的測 量，新葉輪比原葉輪有明顯降低。

以上設計改進結果從流動原理分析和試驗測量兩方面 均得到了一致的結果，而且重復性良好，表明流量計氣動設 計合理。

與其他型式的流量計一樣，渦輪流量計在應用中問題比 較復雜。這種復雜性在于：被測介質處于連續(xù)運動狀態(tài)，由 很多參數(shù)決定的介質運動特性對流量示值的準確度影響很大。