1簡介

　　燃氣輪機流量計是一種速度流量計。它具有重復性好，測量范圍寬，適應性強，輸出脈沖信號強等特點。近年來，它已廣泛應用于石油，化工和天然氣領域。流量計的性能在工業(yè)發(fā)展中起著關鍵作用。因此，優(yōu)化流量計結構以提高其計量性能一直是流量測量領域的研究熱點。

　　通過優(yōu)化渦輪流量計的儀表本體結構，擴大了流量計的測量范圍。 Svedin [3]開發(fā)了一種靜態(tài)葉輪渦輪流量計，可以降低流量計的壓力損失。葉輪的多參數定量優(yōu)化方法確定了一組幾何參數，其可以實現15mm傳感器的粘度不敏感性。郭素娜等[5]研究了葉輪參數對渦輪傳感器性能的影響，并確定葉片切角參數為0.在25點鐘時，傳感器表現最佳。

　　前人的工作重點是葉輪部分的優(yōu)化，而對其他結構的研究相對較少。作為渦輪流量計的主要部件之一，前導流板具有塑造流場，壓縮流體，引導流動以及產生完全發(fā)展的速度分布的功能。整流效果直接影響流量計的質量好和壞。因此，前導流板的結構優(yōu)化對于提高渦輪流量計的性能具有重要意義。

　　CFD數值模擬已成為預測傳感器性能的有效方法[6-7]，并研究了渦輪流量計的流場信息[8-9]。在這項研究中，燃氣輪機流量計前拖纜進行了優(yōu)化。采用Fluent軟件對不同前轉向器結構的渦輪流量計內部流場進行仿真分析，并引入流場均勻度指數對前導流板進行整流評價。給出了效果，并給出了前導流板部件的優(yōu)化建議，并通過實驗驗證了優(yōu)化方案。

2渦輪流量計的介紹和優(yōu)化評估指標

2.1結構和特征參數

　　燃氣渦輪流量計的主要部件包括前偏轉器，葉輪和回流導向器。結構示意圖如圖1所示。

燃氣輪機流量計結構圖

　　前導流板的主要特征參數是：導流板的直徑，導流液的長度，導流板的葉片數量以及導流葉片的長度。

2.2工作原理

　　燃氣輪機流量計的工作原理：通過流量計的氣體流動驅動渦輪機葉片的旋轉，并且葉片的速度與通過測量旋轉速度獲得的流體的流量成比例。流量，然后獲得流水線中的流量值。要測量的體積流量qv和輸出脈沖頻率f之間的關系為：

在公式中：K指流量計的儀表系數。

根據運動規(guī)律建立渦輪機的運動方程為

　　其中：J是渦輪的轉動慣量; ω是渦輪機的角速度，t是時間，Tr是流向葉片的氣流的驅動扭矩，Trm是機械摩擦扭矩，Trf是阻力扭矩，Tre是電磁阻力矩。

2.3優(yōu)化評估指標

　　本文選取數值模擬過程中的定性指標和實驗測定的定量指標作為優(yōu)化評價指標，并從模擬和實驗兩方面綜合評價優(yōu)化結果。

2.3.1流場均勻性指數

　　燃氣輪機流量計，作為速度流量計，在平均速度分布附近的氣流入口處設計和校準[10]。為了精確計量，葉輪氣流速度場應盡可能均勻。當氣流速度場紊亂時，流向渦輪葉片的氣流驅動扭矩Tr無序，導致葉片顫動，計量性能惡化，葉片與軸之間的磨損嚴重惡化。前導流板的工作采用塑性流場使氣體流量均勻，因此引入流場均勻度指數作為優(yōu)化評價指標。

　　均勻性指標γ[11]描述了指定表面上指定物理量的變化，γ取[0,1]，γ越大，均勻性越好。均勻性指數通過面積來測量：面積加權均勻度指數γα。

　　面積加權均勻度指數（γα）使用以下公式計算：

　　從均勻性指標的定義可以看出，當指定的物理量是速度時，γα表示流場速度分布的均勻性。面積加權均勻度指標可以由程序本身在數值模擬中提供，大大提高了計算的方便性。因此，在數值模擬中使用γα來評估橫截面的流動均勻性具有明顯的優(yōu)勢。

2.3.2測量性能指標

　　根據燃氣輪機流量計的工作原理，根據渦輪流量計[12]的檢定程序，確定渦輪流量計的計量性能指標：儀表系數，線性，重復性和壓力損失。 1）儀表系數K按照以下程序計算：

　　在公式中：（ki）max，（ki）min表示整個流程在該范圍內，每個流量點的流量計系數的最大值和最小值。

2）重復性呃，按照下式計算：

　　其中：（Er）i是第i個流點的重復誤差; Eij是第i個流量點的第j次測量的相對指示誤差，Ei是第i個流點的平均相對指示誤差，重復性是評估儀器穩(wěn)定性的重要指標。 重復性越高，流量計的穩(wěn)定性越好。

3）根據以下公式計算的線性δ：

4）根據規(guī)定，壓力損失Δp是流量計入口1DN和出口下游1DN上游兩點之間的壓力差。 較小的壓力損失降低了運輸氣體的能量消耗并降低了運輸成本。 因此，壓力損失被認為是優(yōu)化評估的重要指標。