漏气量测量装置的设计与应用

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漏气量测量装置的设计与应用
【摘要】  本文针对自动检测技术中的流量测试常用的压差式流量计的原理和我所采用的标准孔板式测量装置的设计基础理论进行了详细阐述，并对已在发动机试验室实际应用的自制测试装置做适当描述。
【叙词】   压差式流量计  孔板
引言   发动机试验室在对6BTA柴油机做100小时可靠性试验时，由于其发动机漏气量达200l/min ，而现有漏气量仪的测试量程为0-50l/min ，这就要求自行制作一流量测试装置以满足实验要求。我们选用了标准孔板式节流装置，自行设计加工了这一装置。试验过程和结果表明这一装置既简单又能保证一定的测量精度，达到了试验要求。
1、压差式流量计的原理
压差式流量计是目前工业生产中流量气体、蒸汽、液体流量最常用的一种仪表。它所以能广泛应用于生产流程中，是因为它是具有一系列优点：测量方便简单、没有可动零件、工作可靠、适应性强、可不经实标定的测量精度。
压差式流量计主要包括两部分：一部分为变换元件--节流装置，它将流量变化变换成压差变化，因此可以根据输出差压值的大小，确定被测的流量值。差压式测量计的另部分就是差压计。由于这种测量方法的测量元件是安装在被测管道内的节流件，所以又称为节流式流量计。
2、理论基础及流量方程
差压式流量计主要是在管道内安装一个节流装置，使流束造成一个局部收缩，使流速（动能）增加，而静压力（位能）降低，所以在节流装置前后产生一定的压力降，在管道及节流件开孔一定的情况下，流动介质的流量愈大，这个压力降也相应增大。
最常用的节流装置有孔板、喷嘴和文丘利管，被测介质流过各种节流装置时，其流速特性和压力分布情况是类似的。图2所示是介质流经孔板时，流线和压力、速度分布情况。由图中可见，流束收缩在流体进入孔板以前已经开始，流过孔板时，在介质本身的惯性力及孔板后面旋涡的离心力作用下，使流束在孔板的后面某一段距离处达到最小截面。图2中给出的压力曲线是沿着管壁测得的，在节流装置前，由于孔板对流体的迎面阻力，使沿管道的压力逐渐上升，而孔板以后的压力，随流束的收缩，逐渐下降，一直达到某一最低值以后，又随流束的扩张而逐渐上升，显然这个恢复后的压力将低于原来管道中的压力，这就是所谓的不可恢复的压力损失。 引起这个压力损失的原因很多，如流出孔板后流束突然扩张，孔板前后有充满涡流的“死区”，流束经过节流装置产生的摩擦等。这些使流体的机械能转变成不可逆的热能，散失在流体之中。为了见效压力损失，可以师节流装置前后的死区减小，如采用喷嘴、文丘利管等等。

五种型式的节流装置，测量流量依据的基本理论都是一样的，仅仅是方程中的系数不同，严格地分析流体在节流装置前后的运动是非常复杂的，为了简便起见，作以下假设：流经节流装置的介质是稳定流，即管内各点的参数不随时间变化；液体的粘度可以忽略，即理想流体。
如图2所示，对截面Ⅰ-Ⅰ和Ⅱ-Ⅱ可写出能量守恒方程：

通过前两式就可求出流量计算公式。现所测流体为可压缩气体。
对于可压缩流体，流体密度的变化不可忽略，例如测量蒸汽或气体时，流体流过节流装置后，由于压力的变化，必然要引起密度变化。
在推导可压缩流体的流量方程时，可以认为流体的状态变化是绝热的，密度与压力关系可写作

根据以上关系，经运算化简，可 得一个理论方程。如果再与不可压缩流体同样对粘度、取压点、流束收缩等加以修正，就可得到与不可压缩流体相似的形式

3、标准节流装置
在国内外广泛应用着各种型式的节流装置，已经过了较完善的研究，有充分的数据。但是作为法定允许按计算程序设计、使用的节流装置只有以每个国家自己宣布的标准为准。在国际上也只有只国际标准化组织指定了标准可以通用。由于研究的不断深入，有些装置必将陆续被各国公认，指定出一些新的   标准型式。我国目前暂时只对标准孔板和标准喷嘴指定了标准，并对其它一些节流件定出相应的标准。
现我采用标准节流装置中的标准孔板。
标准孔板   各种尺寸的孔板都是几何相似的，管内部分是圆的，开孔的中心线应与管道中心线重合，标准孔板的轮廓尺寸如图所示。各部分技术要求如下：
（1）上游端面A：要求端面平整，表面任何两点连线对垂直于中心线的平面斜率都应小于1%；孔板同心的1.5d范围内应保持峰谷高度差小于0.0003d，即相当于具有如下粗糙度：
50mm≤D≤500mm    为Ra=1.6μm
500mm＜D≤750mm   为Ra=3.2μm
750mm＜D≤1000mm  为Ra=6.3μm
（2）下游端面B：应于上游端面A平行，表面加工要求可比A低一些，表面粗糙度可相应大一级。
（3）厚度E和e：锐孔的厚度e应在0.005D和0.02D之间，在锐孔上任何点测出e值差都应不大于0.001D。孔板的厚度E应在e和0.05D之间；当50mm≤D≤100mm时，允许E=3mm。
（4）斜面角F：如果孔板厚度E〉e，则孔的下游端面应作成表面光滑的倾斜面，F角应在30°- 40°之间，表面粗糙度应为Ra=1.6μm。
（5）边缘G、H和I：上游边缘G和下游边缘H、I应既无划痕也无毛刺。对于入口边缘G加工要求较高，因为它影响流量系数较大。由于加工或磨损，边缘G可能形成圆弧，此时圆弧半径r  0.0004d，大于此值时，应对流量系数加以修正。对于边缘尖锐程度的检查用目测就足够了，既有肉眼观察边缘G应无光线反射。当d〈125mm时，  需用仪器实测，有时也可以由中心向外对A面进行一次小进刀量的精加工，一般可认为 ≤0.0004d 。
（6）孔径d：孔板开孔为圆形，其轴心垂直于上游端面，孔径测量应至少均匀分布的四个直径的平均值。任一次单测值与平均值之差不应大于0.05%，d的公差应满足
5mm≤d≤6mm，  为±0.008mm      
6mm＜d≤10mm， 为±0.010mm
10mm＜d≤25mm，为±0.013mm  
d＞25mm时，d 每增大25mm允差增加0.013mm 。
为了保证测量精度，在ISO5167中规定在任何时候都应d≥12.5mm。根据所用孔板的型式，β总是要大于0.20或0.23，而小于或等于0.75或0.8。显然 应等于截面积比m。
孔径表面粗糙度应不大于 =0.8μm。
4、节流装置的取压方式
    目前各种节流装置取压方式均不同，即取压孔在节流装置前后位置不同，即使在同一位置，为了达到压力平衡，也采用不同方法。
    孔板式节流装置，目前国际上采用取压方式有五种：角接取压法、理论取压法、径距取压法、法兰取压法及管接取压法。
5、自制漏气量测试装置
自制测量装置中最为重要的部分是连接发动机曲轴通风管、U形压力计、大气的接头装置。设计如图所示：

6、使用效果
这一装置在100小时试验过程中运行可靠、读数准确，其结果与柴发厂出厂合格漏气量相符。
7、参考文献
《自动检测技

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fl8111

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t007

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zy_wawj

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