渦輪流量計作為速度式儀表,以動量矩守恒為基礎(chǔ),渦輪流量計基本力矩平衡方程為[1]:
式中
Tb一軸與軸承的粘性摩擦阻力矩(流動產(chǎn)生的力矩);
Td一渦輪流量計轉(zhuǎn)動的驅(qū)動力矩;
Th一輪轂表面的粘性阻力矩;
Tm一磁電阻力矩和軸與軸承的機械摩擦阻力矩之和;
T1一葉片頂端與傳感器外殼的粘性摩擦阻力矩;
Tw一輪轂端面粘性摩擦阻力矩;
J一渦輪的轉(zhuǎn)動慣量;
ɷ-渦輪轉(zhuǎn)動的角速度。
當流速較低時,渦輪流量計處于靜止狀態(tài),此時角速度ɷ非常低,接近于0,Tb和Tw也可以忽略不計。在這種情況下，式(1)可以簡化為:
由式(2)可以看出提高驅(qū)動力矩是降低渦輪流量計啟動排量的一-條捷徑。如圖1所示，傳統(tǒng)渦輪流量計入口端是直管段和軸向?qū)Я髌?流體流經(jīng)渦輪葉片之前只有軸向速度,對渦輪的驅(qū)動力矩只是對渦輪葉片作用力的徑向分力產(chǎn)生的力矩。因為渦輪葉片螺旋角為45°,如果將導(dǎo)流片改為螺旋角為-45°的螺旋導(dǎo)流片(圖2),當流體進入導(dǎo)流片時會產(chǎn)生旋轉(zhuǎn),方向與渦輪葉片正交,使得流體在軸向流動速度不變的基礎(chǔ)上增加了徑向的旋轉(zhuǎn)運動,流體的旋轉(zhuǎn)方向與渦輪葉片的轉(zhuǎn)動方向一致,在相同流量條件下,增加了流體對渦輪葉片的驅(qū)動力,實現(xiàn)降低啟動排量和提高分辨率的目的,整體結(jié)構(gòu)如圖3所示。
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