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新型气体流量检测系统的设计

编辑:金沙官网        发布日期:2018-06-22        点击量:661

牵引电机制造与检修过程中,温升试验是一个很重要的内容,它不仅可以检查电机制造和装配的工艺质量,而且对核定牵引电机的小时定额和连续定额是否合乎设计要求是一个不可缺少的关键环节。目前我国机车上仍广泛地采用具有强迫通风的牵引电机,其连续定额功率在很大程度上依赖于通风冷却的效果。在做温升试验时,强迫通风的电机应在额定通风量下进行试验。因此,准确快速地测定电机的通风量至关重要。

当前国内牵引电机通风试验风量测定装置是用L型毕托管根据等面积环多点测量流速的原理进行风量测量。计量器具等级的高低表示着它精度的高低,即检测结果中存在误差的大校一般天平和台秤的等级用I,II,III级表示。测定过程一般需要三名操作控制控制人员参加,分别确定毕托管的位置和方向,用液位计读取压差并计算。即使风机输入功率恒定,被试电机工况不变,要使被试电机的通风量达到额定值需反复调整和测定,熟练操作控制人员约需半小时才能完成工作。这样做不仅耗时,而且人工读数精度不高,更无法做到在试验全过程中当风机输入功率变化、被试电机工况改变的情况下,通过闭环控制风机,仍使通风量维持在额定值。因此,本设计开展了牵引电机强迫通风风量检测的研究与制造工作。

 

新型气体流量检测系统的设计

匀速管流量检测原理

1.新型匀速管流量检测工作原理

新型匀速管流量计的测量探头部分,它将管道中某点的流体流速转变成一个对应的差压信号。其采用的专有的技术设计结构,独有的测头设计具有测量压力损失小,污物不易堆积的性能。新型匀速管流量计是根据动压转变静压原理工作的。其面向气体流动方向开多个测量小孔,测头迎流面的测孔测出流体的总压,测量孔内感受的总压自动取平均值获得被测管道内的总压,静压孔开在被测管道的壁面上,测头后流面的测孔测出流体的静压,由于各测量小孔内的总压自动取平均值[2]。原理如图1所示。

2.数学模型

新型匀速管流量传感器集中地反映匀速管流量传感器的最新研究成果。传感器形状如子弹头,符合流体动力学原理,能产生精确,稳定的差压信号,强度高,不渗漏,防堵塞。具有测量精度高,可靠性,稳定性好等优点。可测量气体,液体,蒸汽和腐化侵蚀性介质等多种流体,适应各种尺寸的管道,应用于高温高压的场合。根据伯努利方程可以得到测头处的流速与差压有以下关系:

此时,管道内气体流速为:

 

新型匀速管结构设计

1.检测杆截面形状的选取

早期的匀速流量探头,在截面设计上忽视了临界流体的流动情况和空气动力学原理,所以其应用范围受到很大的限制。本设计的检测杆截面形状的选取如图2所示。

其主要特点:子弹头截面形状的探头能产生精确的压力分布,固定的流体分离点:位于探头侧后两边,流体分离点之前的低压取压孔,可以生成稳定的差压信号,并且有效防堵。内部一体化结构能避免信号渗漏,提高探头结构强度,保持稳定长期高精度。

前表面粗糙处理能减少流体牵引力,提高低流速时的测量精度。低压取压孔的位置避开了杂质聚集区,实现本质防堵[3]。

2.新型匀速管的全压孔开孔位置的计算

目前普遍认为只采用一种模型来描述管流是欠妥当的。重庆计量校准开展计量产(商)品质量监督检验工作;并负责开展计量产品科研开发、技术规范起草等计量服务工作。根据上节先容的原理圆管内充分发展紊流的速度分布应按以下分段表示:

利用对数—契比雪夫积分法,均速气体探测器测量小孔数量的最小值为3,从理论上说,测量小孔越多,测量到的总压信号就越代表空气管路中的平均压力信号。校准证书是按照要求根据校准规程出的,相对而言比检定项目可能要少些,要求没有检定高,只出数据,可以不判定是否合格。本设计采取开六个全压检测孔。当气体管道截面积固定时,可以通过二次仪表的运算计算气体的流量参数。

根据以上方程,利用对数—契比雪夫积分法,可得开六个全压检测孔的开孔位置应为:

 

实验及结果分析

1.实验方法

为了验证设计是否符合要求,在本设计完成后,大家做了实际测试。在专业人员的监督下大家在省气象局进行了流量检测实验。检测的测试结果由省气象仪器设备设备鉴定委员会发放,并且出具了鉴定证书。

2.实验结果分析

实验研究采用实验温度为21~23℃,大气压力为10 015 Pa,实验风速为10~30 m/s范围内选择的八个风速点。实验数据如表2所示。

从表2可以看到,匀速管流量检测的测量所得风速与标准风速是很接近的,偏差不超过2%。说明本设计可以敏锐的测量气体的流量,整体设计是可行的。

 

结束语

本文的目的就是在综合国内外的最新研究成果的基础上,设计匀速管流量计的建模新思路,提出简明、有效、精确、实用的新型匀速管流量计的设计方法,从理论分析和实验检测两个方面进行深入系统的研究,促进新型匀速管流量计效率的提高和性能的优化,同时,在理论分析的引导下,对流量计进行工程化设计、实现、试验,验证理论的有效性。这种新型的均速管流量计,通过理论分析和实验结果可以看出,具有稳定、测量精度高、压力损失小的特点。另外,结构简单、用料省、加工方便,在提倡创新、厉行节约的今天也是值得推广使用的。

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