雙流束熱量表的流量測量技術(shù)研究
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我國熱量表技術(shù)較國外先進(jìn)水平還有較大的差距。從國產(chǎn)熱量表的三個(gè)重要組成部分積算儀、流量傳感器和溫度測量技術(shù)現狀看，由于多采用進(jìn)口微處理器，積算儀的有關(guān)問(wèn)題得到了較好的解決。溫度測量多采用技術(shù)較成熟PT1000鉑電阻，也得到較好的解決。目前問(wèn)題較多的是流量測量部分，國產(chǎn)熱量表基表多采用原有熱水表，其測量精度和可靠性難以達到熱量表的流量技術(shù)要求，因此開(kāi)發(fā)精度高、工作可靠的熱量表基表，是目前熱量表研制的重要課題。本文對熱量表單流束基表技術(shù)問(wèn)題進(jìn)行分析探討，提出了“導流片”分流和葉輪室頂蓋設置“調節筋條”調節當量脈沖的新方法，得到了很好的效果。
2.單流束基表設計的技術(shù)方案
傳統的單流束基表結構如圖1所示，為了保證葉輪按一定的方向旋轉，其進(jìn)水口和出水口往往偏心設置，并在一定的部位設置當量脈沖的調整部件。這種結構存在以下弊端，首先進(jìn)水口和出水口的偏心設置，給機械加工帶來(lái)一定的難度，在加工進(jìn)、出水口時(shí)，由于偏心設置，給工件的裝夾、找正帶來(lái)不便，費時(shí)費工，效率低下；同時(shí)給外形設計造成一定的困難，難以設計出美觀(guān)的外形。再者，以往熱量表基表多采用原有的單流束熱水表，由于價(jià)格等因素的制約，其設計精度、材料的使用等存在較多的問(wèn)題，其精度難以滿(mǎn)足熱量表流量檢測精度的要求。
圖1 傳統的單流束基表結構示意圖
圖2 新型單流束基表
1－表殼底座 2－葉輪室底座
3－整流隔柵 4－葉輪
5－葉輪室上蓋 6－表殼蓋
7－擋塊 8－半圓膜片
9－剛玉 1 0－軸套
圖3 葉輪式底座
熱量表工作時(shí)水流從基表進(jìn)水口經(jīng)整流隔柵進(jìn)入基表，在葉輪室底座入口處由導流片分流成兩股，分別從兩個(gè)通道進(jìn)入葉輪室。水流在葉輪室內產(chǎn)生旋轉運動(dòng)，推動(dòng)葉輪旋逆時(shí)針旋轉，之后依次經(jīng)葉輪室出口、基表出口流出。本設計中所采用了無(wú)磁式流量傳感方式，就是通過(guò)葉輪室上蓋上方設置的三個(gè)電感在葉輪旋轉時(shí)產(chǎn)生振蕩信號來(lái)實(shí)現的。
由圖3可見(jiàn)，葉輪室入口的收縮流道截面積A1沿水流方向逐漸減小，而擴張流道截面積A2逐漸增大，由不可壓縮流體的連續性方程可知，過(guò)流面積和流速成反比，進(jìn)入收縮流道的水流速度V1將增大，而進(jìn)入擴張流道的水流速度V2將減小。由伯努利方程可以得到，V1減小，p 1增大，V2增大，p2減小，如此從兩個(gè)通道進(jìn)入葉輪室的水流之間就存在壓強差 ，此壓強差將推動(dòng)水流向壓強小的方向流動(dòng)，從而推動(dòng)葉輪逆時(shí)針旋轉；收縮通道提高了進(jìn)入腔體的水流速度，增大其動(dòng)量，在微小流量時(shí)，葉輪受軸與軸承之間摩擦阻力的影響較大，如果基表中不設此導流片而是一個(gè)單一通道，水流更易直接從葉輪間隙流過(guò)，而不推動(dòng)葉輪旋轉，從而使始動(dòng)流量值增大。
由上述分析可知，在流動(dòng)初始時(shí)刻，兩通道的幾何形狀對決定葉輪旋轉方向至關(guān)重要，該設計依靠?jì)赏ǖ莱隹诘膲簭姴钍顾髟诨砬惑w內沿逆時(shí)針?lè )较蛄鲃?dòng)。第二通道出口水流速度V2大于第一通道出口速度V1,并且偏轉的角度較V1更大，這種流動(dòng)機制決定了水流開(kāi)始流動(dòng)時(shí)葉輪必須沿逆時(shí)針?lè )较蛐D。
最初設計的葉輪室及導流片形狀如圖3，導流片前端靠近葉輪室外徑處是一尖角，其與中心連線(xiàn)和橫軸的夾角為8度，在進(jìn)行85℃熱水試驗后，導流片變形受損，因此，必須加以改進(jìn)。改進(jìn)從兩個(gè)方面著(zhù)手，一是更換耐高溫的材料，再就是改變導流片的幾何形狀。
導流片的改進(jìn)示意圖見(jiàn)圖4。改進(jìn)前的導流片橫截面為三角形ABC，改進(jìn)后為五邊形AAB’BC。A’，B’比A、B兩點(diǎn)向中心線(xiàn)方向偏移2°。如此改動(dòng)之后導流片的橫截面積增大，厚度增加，強度也必然相應提高。同時(shí)，導流片靠近中心線(xiàn)一側傾斜角度減小，改變了收縮通道的形狀，流經(jīng)此通道的水流流動(dòng)情況相應的會(huì )發(fā)生變化。
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