涡轮流量计作为速度式仪表,以动量矩守恒为基础,涡轮流量计基本力矩平衡方程为[1]:
式中
Tb一轴与轴承的粘性摩擦阻力矩(流动产生的力矩);
Td一涡轮流量计转动的驱动力矩;
Th一轮毂表面的粘性阻力矩;
Tm一磁电阻力矩和轴与轴承的机械摩擦阻力矩之和;
T1一叶片顶端与传感器外壳的粘性摩擦阻力矩;
Tw一轮毂端面粘性摩擦阻力矩;
J一涡轮的转动惯量;
ɷ-涡轮转动的角速度。
当流速较低时,涡轮流量计处于静止状态,此时角速度ɷ非常低,接近于0,Tb和Tw也可以忽略不计。在这种情况下，式(1)可以简化为:
由式(2)可以看出提高驱动力矩是降低涡轮流量计启动排量的一-条捷径。如图1所示，传统涡轮流量计入口端是直管段和轴向导流片,流体流经涡轮叶片之前只有轴向速度,对涡轮的驱动力矩只是对涡轮叶片作用力的径向分力产生的力矩。因为涡轮叶片螺旋角为45°,如果将导流片改为螺旋角为-45°的螺旋导流片(图2),当流体进入导流片时会产生旋转,方向与涡轮叶片正交,使得流体在轴向流动速度不变的基础上增加了径向的旋转运动,流体的旋转方向与涡轮叶片的转动方向一致,在相同流量条件下,增加了流体对涡轮叶片的驱动力,实现降低启动排量和提高分辨率的目的,整体结构如图3所示。
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