渦輪流量計(jì)是速度式流量計(jì)中的主要種類，當(dāng)被測(cè)流體流過渦輪流量計(jì)傳感器時(shí)，在流體的作用下，葉輪受力旋轉(zhuǎn)，其轉(zhuǎn)速與管道平均流速成正比，同時(shí)，葉片周期性地切割電磁鐵產(chǎn)生的磁力線，改變線圈的磁通量，根據(jù)電磁感應(yīng)原理，在線圈內(nèi)將感應(yīng)出脈動(dòng)的電勢(shì)信號(hào)，即電脈沖信號(hào)，此電脈動(dòng)信號(hào)的頻率與被測(cè)流體的流量成正比。影響渦輪流量計(jì)精度的主要外部因素是流體的流動(dòng)狀態(tài)，渦輪流量計(jì)特性曲線要保持良好的線性關(guān)系，流過流量計(jì)的流體應(yīng)為充分發(fā)展的流型。
1.旋轉(zhuǎn)系數(shù)與下游直管段長(zhǎng)度之間的關(guān)系
旋轉(zhuǎn)流的旋轉(zhuǎn)強(qiáng)度用旋轉(zhuǎn)系數(shù)來表示，旋轉(zhuǎn)系數(shù)定義為角動(dòng)量通量與軸向動(dòng)量通量的比值：

式中：ω -- 周向速度；
u -- 軸向速度；
R -- 管道半徑；
A -- 流體流過的橫截面積；
ρ -- 密度。
對(duì)于圓管內(nèi)的旋轉(zhuǎn)流，在r=0.95R處的旋轉(zhuǎn)角度最大，即：

采用多項(xiàng)迭代的方法，可編程計(jì)算出在某個(gè)值時(shí)（X 為圓管直徑D的倍數(shù)）滿足一定精度的Sw值：

    常數(shù)b和c與流體性質(zhì)、雷諾數(shù)和流量有關(guān)，需要通過實(shí)驗(yàn)確定。對(duì)于不可壓縮流體，b=0.030~0.085，c=0.10~0.50。一般來說，流量越大，旋轉(zhuǎn)流的衰減越大，由式（3）可以看出，旋轉(zhuǎn)流發(fā)生后的直管段越長(zhǎng)，旋轉(zhuǎn)流的強(qiáng)度越弱，對(duì)渦輪流量計(jì)精度的影響越小。
2.實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與結(jié)果分析
    為了在實(shí)驗(yàn)過程中能得到理想的旋轉(zhuǎn)流體，實(shí)驗(yàn)中采用了模擬多種強(qiáng)度旋轉(zhuǎn)流的發(fā)生器，旋轉(zhuǎn)流發(fā)生器安裝在流量計(jì)上游來流的起始點(diǎn)處。
    實(shí)驗(yàn)采用稱量法，記錄電子稱上的質(zhì)量脈沖數(shù)N，N乘以質(zhì)量脈沖常數(shù)（0.08333），即得到質(zhì)量值（kg），同時(shí)記錄時(shí)間和渦輪變送器的脈沖數(shù)，在每個(gè)流量點(diǎn)重復(fù)做三次，記錄三組數(shù)據(jù)，共選擇5個(gè)流量點(diǎn)來覆蓋渦輪流量計(jì)的測(cè)量量程。流量Q=0.08333N/t，儀表系數(shù)為：

儀表系數(shù)K與旋轉(zhuǎn)數(shù)Sw成線性關(guān)系，儀表精度為：

其中α、d均為待定系數(shù)。
    根據(jù)實(shí)驗(yàn)所得多組脈沖數(shù)和流量數(shù)據(jù)，可計(jì)算出儀表精度δ值。按δ-X方程及δ和X數(shù)據(jù)進(jìn)行最小二乘法回歸，可確定α和d的數(shù)值。一般來說，對(duì)不可壓縮流體，α=1.15~2.20，d=0.016~0.11。
3.直管段長(zhǎng)度和流量計(jì)精度的初步預(yù)測(cè)
    在工程設(shè)計(jì)中，根據(jù)流體性質(zhì)、流量和雷諾數(shù)確定α和d值。這樣，按照式（5）就可以依不同的流量計(jì)精度要求，對(duì)直管段長(zhǎng)度進(jìn)行初步預(yù)測(cè)，或確定直管段長(zhǎng)度后，對(duì)流量計(jì)的精度做初步預(yù)測(cè)。
當(dāng)δ=0.2%時(shí)，不同流量下所需直管段長(zhǎng)度見表1。
表1 不同流量下所需直管段長(zhǎng)度

d	0.0165	0.0385	0.0578	0.0755	0.0801	0.0910	0.106
X	145.05	62.16	41.41	31.70	29.88	26.30	22.58

當(dāng)X=30時(shí)，不同流量下儀表精度見表2。
表2 不同流量下預(yù)測(cè)的儀表精度

d	0.0165	0.0385	0.0578	0.0755	0.0801	0.0910	0.106
δ	1.33	0.69	0.39	0.23	0.20	0.14	0.10

對(duì)流量計(jì)的精度和直管段的預(yù)測(cè)，為不同精度要求的渦輪流量計(jì)選擇適當(dāng)長(zhǎng)度的直管段提供了理論參考。
4.結(jié)語
（1）旋轉(zhuǎn)數(shù)Sw與X成指數(shù)關(guān)系，即隨著下游距離X的增加，旋轉(zhuǎn)流強(qiáng)度以指數(shù)方式衰減。指數(shù)系數(shù)c和α值與介質(zhì)的性質(zhì)，雷諾數(shù)等參數(shù)有關(guān)。
（2）對(duì)于任一旋轉(zhuǎn)流源，隨著下游距離的增加，在大流量區(qū)旋轉(zhuǎn)流強(qiáng)度衰減速度快，而在小流量區(qū)，旋轉(zhuǎn)流強(qiáng)度衰減速度要慢一些，因此，對(duì)小流量的流量計(jì)管道設(shè)計(jì)中需要加長(zhǎng)直管段，以減少旋轉(zhuǎn)流對(duì)流量計(jì)精度的影響。
（3）不論旋轉(zhuǎn)流的方向如何，流量計(jì)越靠近旋轉(zhuǎn)流源，流量計(jì)的精度δ越差，流量計(jì)精度可以按式（5）進(jìn)行初步預(yù)測(cè)。

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