周期性脉动流对涡轮流量计测量精度影响的分析

　　1　脉动流测量的一般方法

　　几乎所有的管道流动都是不稳定的,不论是层流状态、还是湍流状态下总存在各种干扰。如果流动流体的某个参数如压力、速度或密度等不停发生改变,就把这种流动叫做脉动流。脉动流可以对仪表的测量精度产生影响,严重时会使得测量值失真,所以工业上迫切需要研究流动过程中的脉动对流量计测量精度的影响。

　　脉动无时无处不在,但却非常难测量。直接测量脉动流几乎是不可能的,我们只有测量出脉动的主要参数,如幅值,频率及波形等,然后从这些参数中分析出这个脉动可能给仪表输出带来什么样的影响。即使是测出脉动的参数也不是一件容易的事情,理想的方法是使用一些特殊仪表对管道内流动流体进行声学分析来测出脉动参数。

　　若脉动频率较低,不超过管道已安装的流量仪表或压力变送器等能使用的频率上限,则从压力仪表的输出指针的摆动就可说明脉动的存在。但要了解脉动的各个参数值还需要详细的测量。经研究发现脉动与流动速度有关而与静压无关。因此,可用测量qVrms/(qVrms是体积流量的最大脉动值;是体积流量的平均值)来了解脉动情况。

　　以下是测量qVrms/的方法:

　　①测量脉动幅值,可以假定vrms/≈qVrms/,指管内的平均流速,vrms是管内流速的最大脉动量。可以在管道中离流量仪表很近的上游插入一个热式风速仪探针(热导线或热敏电阻),再用一个在线计算机显示流速最大脉动量的平方。

　　②当流量仪表离脉动源很近(如在小于脉动四分之一波长的地方)脉动的幅值和脉动源一致。可以从脉动源的体积、旋转速度等的变化估算出大概的幅值。这个方法虽然不是很精确,但却不必使用别的仪表。

　　③若流量仪表是一个差压式仪表,要导出脉动的幅值,就要测出通过节流器件的差压脉动的幅值Δprms/Δpps其结果将用来粗略估计脉动的幅值。这个值是随脉动频率的变化而变化的,从以下方程可以推出qVrms/的最大可能值:

　　式中:Δprms为差压的最大脉动量,Δpps为在稳态流下测出的差压。

　　对流量变送器输出的原始数据进行波谱分析,从而求出脉动情况。假定脉动频率并没有完全超出流量变送器的相应范围,那么在输出信号的波谱中,利用傅立叶波谱分析仪即可测出脉动频率。

　　2　周期性脉动流对涡轮流量计测量精度影响的理论分析

　　2.1　数学模型的建立和涡轮流量计动态特性分析

　　当脉动频率超出某个范围时,涡轮流量计的测量值就会产生较大的误差。误差的来源主要有以下几个方面:旋转叶片的共振,齿轮的啮合(机械输出的涡轮流量计),转轴和齿轮的惯性,脉动流的形状,转轴的摩擦阻力等。因为所有的脉动形式都是由正弦波叠加而成,所以可以从分析正弦脉动对涡轮流量计的测量值的影响入手来分析周期性脉动的影响情况。