单流束无磁式热量表的开发研究

　　1引言

　　热量表是测量一个热流回路中流体吸收或释放热量多少的仪器,是热量计量的基础。欧洲及其他一些国家和地区采用热量表进行分户计量的经验表明:热量表作为热力公司向用户计价收费的依据,不仅广泛被用户所接受,而且可以促进节能达到10%~20%[1]。

　　我国的热量表行业与国外相比还处于起步阶段,流量测量用基表多采用原有热水表,其精度难以满足热量表在流量测量精度上的要求[2]。研制工作可靠、计量准确、适合我国国情的热量表是推行按热量计费的关键之一,市场前景广阔。

　　本文采用一种新的基表结构形式,在单流束基表的基础上在流道入口加一分流片,引导水流进入叶轮室后逆时针旋转,以提高检测精度。

　　2工作原理(见图1)

　　热量表主要由流量传感器、配对温度传感器和积算仪三部分组成。如图1所示,当水流经系统时,流量传感器发出流量信号,配对温度传感器给出入口和出口的温度信号,积算仪采集流量信号和温度信号,按与温度相关的热量系数和体积、温差一起计算出采暖系统所消耗的热能值,显示出载热液体从入口至出口所释放的热量值。

　　3旋翼式基表的设计及流量信号采集

　　3·1基表设计原则

　　传统的单流束基表结构如图2所示。为了保证叶轮按一定的方向旋转,其进水口和出水口往往偏心设置,由于水流对叶片的冲击不对称,叶轮的受力

载荷容易产生波动,使叶轮在转动过程中产生轴向和径向振动,造成轴和轴承的不对称摩擦,叶轮转动阻力增大,影响了基表的寿命和检测精度。

　　采用全新设计的基表结构如图3所示。

　　进、出水口和叶轮设置在一条直线上,流道入口设分流片(见图4),以改变水流速度和方向,使叶轮逆时针旋转。分流片将整个进水通道分成两个:扩张通道和收缩通道,与单通道相比,对叶轮的冲击力更大,角度更准确。

　　3·2基表内部水流流动特性分析

　　热量表工作时水流从基表进水口经整流隔栅进入基表,在叶轮室底座入口处由分流片分流成两股,分别从两个通道进入叶轮室。水流在叶轮室内产生旋转运动,推动叶轮逆时针旋转,之后依次经叶轮室出口、基表出口流出。本设计中所采用的无磁式流量传感方式就是通过叶轮室上盖上方设置的三个电感在叶轮旋转时产生振荡信号来实现的。

　　由图4可见,叶轮室入口处扩张流道截面积A1逐渐增大,而收缩流道截面积A2逐渐减小,由连续性方程可知,进入扩张流道的水流速度V1将减小,而进入收缩流道的水流速度V2增大。由伯努利方程,压强与速度变化相反,故P1增大,P2减小。如此,从两个通道进入腔体的水流之间就存在压强差△p=p1-p2,此压强差将推动水流向压强小的方向流动,从而推动叶轮逆时针旋转。收缩通道提高了进入腔体的水流速度,增大其动量,在微小流量时,叶轮受轴与轴承之间摩擦阻力的影响较大,如果基表中不设此分流片而是一个单一通道,水流更易直接从叶轮间隙流过,而不推动叶轮旋转,从而使始动流量值增大。