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文丘里风量测量流量计

文章日期:2019-07-24|阅读数:



在电机试验中,风量是一个很重要的参数,风量直接影响到温升试验的结果。风量测量是否准确,直接关系到试验结果的准确性。本文对文丘里流量计的测量原理和应用进行初步探讨。

1风量测量的定义

风量就是单位时间内空气流经设备或管道某处横截面的数量,又称作瞬时流量。 当空气用体积表示时为体积流量,计量单位为立方米
/秒 (m3/s),当空气用质量表示时为质量流量,计量单位为千克 / 秒
(kg/s)。另外统计一段时间内的空气流经某处横截面的总量叫做累积 流量,可分为累积体积流量(m3) 和累积质量流量(kg)。根据国家选定的非国际单位制单位分(min)、时(h)、升(L)、吨(t)也可以衍生出一系列计量单位,我们现在试验常用的单位是立方米/ 分(m3/ min)。

文丘里流量原理图

1 风量测量计算方程

试验中测量风量的计算方程通常为空气流动的连续性方程和伯努利方程。
1.1 连续性方程
在空气流经的管道中取一管段的两个截面Ⅰ和Ⅱ,两处截面的面积、流体密度和流体的平均流速分别为 A1、 1、u1 和 A2、 2、u2。则根据连续性方程得:
 
式中:u1、u2—截面Ⅰ和Ⅱ上流体的平均流速,m/s; A1、A2—截面Ⅰ和Ⅱ的截面积,m2;
1、 2—截面Ⅰ和Ⅱ上流体的密度,kg/m3;
1.2 伯努利方程
D. 伯努利于 1738 年提出的理想正压流体在重力作用下作定常运动时,沿流线积分而得到的表达运动流体机械能守恒方程。因此命名为伯努利方程。
 
式中:g—重力加速度 ,m/s2;
Z1、Z2—截面相对基准线的高度,m; p1、p2—截面上流体的静压力,Pa; ρ——气体密度,kg/m3;
u1、u2—截面Ⅰ和Ⅱ上流体的平均流速,m/s。

2 风量测量方法

风量测量方法可以归纳为以下几类:
(1) 差压式流量测量法:利用伯努利方程的原理,通过空气流动过程中产生的差压信号来测量出风量;
(2) 速度式流量测量法:通过直接测量空气流动速度来得出风量;
(3)容积式测量:利用标准容积连续测量得出风量;
(4)质量流量测量法:以测量空气的质量流量为目的从而得出
风量。

文丘里流量计工作原理

3 风量测量仪器

电机试验,风量要求一般在 40 ~ 120m3/min,适合使用压差流量计,现场一般使用毕托管、文丘里管、孔板流量计等。
3.1 毕托管
毕托管(pitot tube) 流量计属差压式流量计的一种。它的工作原理是伯努利方程 , 即通过测量流体流动过程中产生所的差压值从而测量流速或流量。因此与其配套的显示仪表通常为 U 型管压力计、差压变送器、手持式压力计等差压式仪表。毕托管能测量管道中温度小于450 摄氏度的各种气体或液体的流速和流量 , 以及全压、静压和动压等技术参数,在试验现场使用毕托管附带 U 型管流量计进行风量测量较为方便的方法。
3.2 孔板流量计
标准孔板是以能量守恒定律和流动连续性方程为原理,它的结构是一块具有与管道同心的圆形开孔的圆板,迎流一侧是有锐利直角入口边缘的圆筒形孔,顺流的出口呈扩散的锥形。 其结构简单,加工方便,价格便宜 。缺点是压力损失较大,测量精度比较低,只适用于洁净流体介质,在测量大管径高温高压介质时,孔板易变形,不适合使用。
3.3 文丘里管测量
文丘里管测量方法是以能量守恒定律和流动连续性方程为原理, 将测量管段制成渐缩渐扩管,具有圆锥形的入口收缩段和喇叭形的出口扩散段,避免了突然缩小和突然扩大,它的压力损失最低,具有较高的测量精度,对流体中的悬浮物不敏感,可用于污脏流体介质的流量测量,在大管径流量测量方面应用的较多。
体积流量公式:
 式中:Q ——气体流量,m3/min; V1——气体流动的速度,m/min; A 、A ——管道截面积,m2; Δp——压差(P2-P1),Pa; ρ——气体密度,kg/m3;
由于粘滞性等因素的影响,上式需要乘一个小于 1 的修正常数。

4 文丘里流量计测量装置在试验现场的应用

将测量管段制成渐缩渐扩管,避免了管道的突然缩小和突然扩大, 从而使阻力损失大大降低。这种管称为文丘里管。在距文丘里管开始收缩处之前至少 1/2 管径处设置上游取压口,下游取压口通常设在文氏喉(最小截面)附近,两取压口使用 U 压差计连接,就构成文丘里流量计。文丘里管收缩角通常为 15—25°,扩大角一般为 5—7° 。由于它的渐缩渐扩结构使流体流速改变时不形成旋涡 , 故阻力小,永久压力降仅占压差读数的 10% 左右。
试验检测的主要目的是确定试验风道系统的实际流量,为保证电机试验风量的准确性,需使用测量直观,精度高的测量设备。
(下转第 41 页)
脉冲使与它的 1 脚或 4 脚相串连的三极管导通,故脚或 4 脚中的一路必然接地,1 脚和 4 脚分别与磁保持继电器的线圈 L1、L2 相连接, L1、L2 将有一个线圈动作。
磁保持继电器工作的原理:磁保持继电器的两个线圈L1、L2,通过脉冲激励使其翻转,但是同一时刻只能有一个线圈被激励,而不是同时被激励。对于油门控制电路,当线圈 L1 得电时,继电器 RE3 的触点 10、触点 11 接通,即继电器 RE3 的各触点保持图 3 所示的状态; 当线圈L2 得电是,继电器 RE3 的各触点保持与图 3 所示的状态相反, 即继电器 RE3 的触点 2、触点 3 闭合。与触点 2 相连的是作业转速设定电位器电路,通过手动调节电位计 P4 就可以实现作业转速电压的设定,这个电压通过闭合的触点 2、触点 3 接入后级的油门电机回路, 便可以完成作业转速控制。即 D09-32 捣固车作业时, 通过作业转速开关控制继电器RE6 瞬时得电,继电器 RE3 就动作,完成作业速度控制; 再按一次,作业指示灯灭,RE3 再次动作,回到作业怠速状态。
2.3 油门电机反馈控制电路
在控制油门转速时,原理上就是给油门电机提供正反电压,使油门电机伸出和缩回,以达到拉出和收回油门拉杆,达到发动机转速升降的目的。当发动机转速达到规定值时,如果不把这个信号反馈回控制电路,转速将继续变化,无法得到预期的稳定转速,所以整个控制系统中引入了反馈电路。油门电路的反馈是通过电机本身来完成的, 电机伸出或缩回时,将有一个反向电位(负反馈)进入油门电机输入电路。通过引入负反馈,大大改善了比较电路的工作性能,提高发动机油门的稳定性。当达到规定转速时,输入控制电压与反馈电压相平衡,电机将保持这个位置,即保持这个控制转速不变。原理图如图 5 所示,该电路为一般的运算放大电路,不再进行具体计算分析。

 3 发动机转速的调试
发动机的转速主要包括作业时的作业怠速、作业转速以及正常的升降油门,正常升降油门包括最高转速和最低转速。
作业怠速的调试:在发动机转速表经过校验后,打开作业电源,
正常启动发动机后,将 2b54 转到作业怠速位置,调整电路板上的电位计 P3 使表显示为 1100r/m,即完成作业怠速调试。
作业转速调试:将转换开关(2b54)转到作业转速位置,这时图3 的 RE3 动作,2、3 脚闭合,调整电路板上的电位计 P4 使转速表显示为 2150r/m,即完成作业转速调试。
最高、最低转速的调试:设通过调整油门拉把产生的输入的电压为 Vi,电位计 P6 处电压为 Vi1;各电阻值 P6=(0 ~ 22 K)、P11=
(0 ~ 5 K)、R11=24.3K、R10=18K、R9=10K、R6=R7=7K、V0 为
运放OP3D 输出电压。调试规定:油门最小:Vi=1.6V、V0=8.5V;油门最大:Vi=9V、V0=1.8V。可得出如下的计算程式:
 
通过计算可得P6=1K、P11=4.3K、Vi1=11.4V,而 P6 及P11 的值都在给定电位计的阻值范围内,在调试过程中,完全可以实现调整P6 和 P11 得到相应电阻值。在实际油门电机控制电路调试过程中,一般先调整电位计 P6 和 P11,使在油门电机在最大和最小时,V0 的值分别为 1.8V 和 8.5V。用已经校正的转速表对发动机的实际转速进行校正后,调整拉把使发动机达到最大油门,然后调整电位计 P9 直至发动机转速为 2300r/m(看转速表显示);调整拉把使发动机达到最小油门,然后调整电位计 P8 直至发动机转速表为 900r/m(看转速表显示)。通过以上两个步骤就实际完成了最大、最小油门的电气设置。

4 结 语

无论在什么工作状态下,D09-32 型连续式捣固车的油门电气控制系统都可以实现对发动机转速的控制,而且相当稳定。B81 箱上还有两个手动模式开关,在油门电机拉把无法正常使用时,可以通过手动模式作为应急使用。掌握了 D09-32 型捣固车的油门电气控制系统, 不仅可以更好地使用油门,而且可以作为参考对其他车型的油门控制进行改进,以及研究后续其他新型车的油门控制系统奠定基础


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