摘要:本文对航空发动机试车台燃油系统涡轮流量计的工作原理进行简单说明,详细分析了漩涡流、脉动流介质粘度.介质污染度和电磁干扰等的外部因素对涡轮流量计测量精度的影响，并逐-给出了消除外部影响因素的方法,对涡轮流量计使用过程中的注意事项进行了详细说明,对航空发动机试车台燃油系统提升燃油流量的测量精度具有一定的指导意义。
0引言
航空发动机试车台燃油系统是试车台工艺系统的重要组成部分,用于为发动机提供所需压力和流量的持续不间断的燃油供应，一般具有调压、过滤、计量等功能。
发动机燃油耗油率作为发动机性能评定的重要参数之一，要求燃油流量测量应尽可能地降低来自外界的影响、尽可能真实地反映发动机实际燃油消耗。双转子涡轮流量计作为速度式流量测量仪表,其具有测量精度高、测量范围广、抗干扰能力强、脉冲输出等优点,被广泛应用于航空发动机试车台燃油系统燃油流量测量,以满足发动机燃油消耗实时测量的要求。
1涡轮流量计工作原理
涡轮流量计主要由流量计壳体、涡轮转子、涡轮转子前后导流器、压紧圈、感应线圈和永久磁铁等组成。当燃油流经涡轮流量计时,管道内流动的燃油驱动涡轮转子轴向转动，涡轮转子转速随燃油流速的增加而增加,涡轮转子切割永久磁铁的磁力线,感应线圈检测到涡轮转子的电磁信号并转换成可读取的频率、电流或电压信号,并将信号传输至后端仪表进行累计或显示。
在理想工作状态下，涡轮流量计的体积流量qv与涡轮流量计输出的信号脉冲频率F之间呈正比关系，即:
式中:K为涡轮流量计仪表系数,L-1;F为涡轮流量计输出的脉冲频率。
理想工作状态下，涡轮流量计的仪表常数K为定值，在使用过程中涡轮流量计的仪表常数与外部流状态、流体黏度、流体温度、流体压力等呈函数关系,即K=f(qv、t、P、T)。
2涡轮流量计测量精度的外部影响因素
在实际使用过程中,由于涡轮转子的转动惯量、介质来流旋涡、介质来流压力波动、流量计及管道的振动、介质来流污染度、介质来流温度变化等影响,会造成涡轮流量计精度测量误差。
2.1漩涡流对涡轮流量计测量精度的影响
当燃油绕过障碍物如阀门、油滤、流量计时都会产生漩涡流动。为保持涡轮流量计仪表系数K为定值，流过涡轮流量计的来流速度应保持不变、减小来流速度畸变,以消除漩涡流的影响。为使流经涡轮流量计的介质来流速度畸变尽可能的小，在涡轮流量计上下游均设置一定长度的直管段,使介质来流发展成为层流或水力光滑管的流型。
根据涡轮流量计上游直管段长度变化时仪表系数的变化情况研究,可知涡轮流量计上游直管段越长，旋涡流动对仪表常数影响就越小，在旋转来流中的特性研究,正旋转来流会使仪表常数偏大,而负旋转则会使仪表常数偏小。如图3所示。随着上游直管段长度的增加,漩涡流动的旋转流强度会随之衰减;涡轮流量计越靠近漩涡流动的源头，涡轮流量计的精度就越差。因此,在安装涡轮流量计时,在流量计.上游和下游分别设置一定长度的直管段可以显著削弱漩涡流动，提高涡轮流量计的测量精度。
2.2脉动流对涡轮流量计测量精度的影响
脉动流指流体在测量区域的流速是时间的函数,但在一个足够长的时间段内有一个相对稳定的平均值。脉动流-般由齿轮泵、离心泵、压力调节阀、电液伺服阀、电磁阀等的作动产生。脉动流产生的来源有多种，可来源于往复旋转的机械部件,如燃油增压泵;可来源于管道或支架振动,如系统共振或支架颤振;可来源于压力调节阀或流量控制阀的快速的压力或流量调节;也可来源于流体管道阀门、节流喷嘴的周期性作动;还可来源于系统节流孔板、弯头等几何特征而引起的流体振动和湍流。如图4燃油出口阀门作动引起的脉动流。
流量计来流存在脉动流，会导致流量计测量误差增大,甚至输出频率不稳定。对特定的涡轮流量计和不同的脉动流,可通过涡轮叶片旋转角加速度与脉动流各参数的关系计算出在脉动周期内各离散点所对应的涡轮叶片的旋转角加速度并生成脉动频率曲线。
进口脉动流会导致涡轮流量计测量结果产生偏差，计算表明该偏差为正偏差,即测量值比真值偏大。脉动流的频率和振幅是涡轮流量计产生测量偏差的主要影响因素。当涡轮转子叶片的角频率与涡轮流量计进0脉动流的脉动频率相等时,涡轮流量计的响应曲线与输入脉动曲线相似,其测量结果接近真实值;当涡轮流量计转子叶片角频率大于进0脉动流的脉动频率时,进0脉动流引起的测量偏差相对较小，涡轮流量计测量偏差随进0脉动流的脉动振幅增大而减小;当涡轮流量计转子叶片角频率小于进口脉动流的脉动频率时,进0脉动流引起的测量偏差相对较大,涡轮流量计测量偏差随进口脉动流的振动振幅增大而增大。当流体介质中混入游离空气，会进一步增大脉动流的脉动振幅。
2.3黏度对涡轮流量计测量精度的影响
被测流体黏度变化会影响涡轮流量计的仪表系数。被测流体黏度会随流体温度的变化而变化,其雷诺数会相应变化,单位流体经过涡轮流量计时流阻会相应改变,进而改变转子叶片的输出频率,造成涡轮流量计仪表系数的变化(当粘度升高时，涡轮流量计的测量精度会略有下降)。(RP-3在20℃时的粘度不小于1.25mm2/s)。在被测流体的温度变化区间大时,应考虑温度变化对涡轮流量计测量结果的影响,并进行温度修正。
2.4燃油污染度对涡轮流量计测量精度的影响
涡轮流量计为高精度计量仪表,转子叶片和流量计内表面的表面粗糙度等级高。涡轮是高速机械转动部件，转子叶片与壳体间隙很小。燃油中的颗粒杂质会造成轴承磨损及转子卡滞,若杂质颗粒吸附在转子叶片表面，会增大转子叶片的转动惯量。燃油中的游离水分子会造成流量计内部锈蚀,降低转子叶片和流量计内表面的表面粗糙度等级。增大转子叶片的转动惯量以及低转子叶片和流量计内表面的表面粗糙度等级，会增大流量计的响应失真程度。
2.5电磁干扰对涡轮流量计测量精度的影响
电磁干扰通常由强电流或强电磁设备引起,发生源通常有马达、电机、交流电源等强电设备以及电力线缆、线圈、发射器等电磁辐射装置,常以电流场或磁场的形式出现。强电流或电磁会对永久电磁铁附近的磁场产生扰动或叠加，使感应线圈对涡轮转子的感应信号发生畸变,进而引起涡轮流量计输出的频率、电压或电流传输信号发生畸变,造成燃油流量显示波动。
3消除外部因素影响的方法
针对外部因素对涡轮流量计测量精度的影响,可以从以下五个方面进行消除:
3.1保证涡轮流量计.上下游直管段长度
①涡轮流量计上游直管段及下游直管段的管道通径与涡轮流量计的通径保持--致。
②涡轮流量计.上游直管段的长度不应小于10倍的涡轮流量计通径。
③涡轮流量计下游直管段的长度不应小于5倍的涡轮流量计通径。
④涡轮流量计尽量使用流量计厂家推荐的上下游直管段。
3.2消除脉动流影响
①加粗燃油管道,降低管道内流速。
②流量计远离作动部件,降低脉动流影响。
③流量计前后加整流器、软管、过滤网、过滤器等部件,减弱或消除脉动流影响。
④系统作动部件和流量计可靠固定，减小振幅,消除系统共振。
3.3校准过程控制
①涡轮流量计在送检过程中，应可靠封堵开0部位，防止多余物进入涡轮流量计内部。
②涡轮流量计校准时校准介质尽量使用满足污染度要求的航空煤油。当无法使用航空煤油校准时,应使用粘度尽可能相近的介质进行校准,流量计使用前先进行内部冲洗。
③涡轮流量计校准压力、校准温度尽可能接近现场试验条件。
④涡轮流量计使用前将流量计仪表系数、压力修正系数和温度修正系数等,更新至数据采集软件。
3.4保证燃油污染度等级
①在涡轮流量计来流管路增加满足污染度等级要求和自带除水功能的油滤。
②定期更换油滤滤芯。
③定期化验燃油系统内燃油的污染度等级。
④使用前在燃油系统的高点进行放气。
3.5降低电磁干扰
①涡轮流量计应远离电机、变压器等工作时产生强磁场的设备。
②涡轮流量计应单独走线,并使用屏蔽电缆。
③涡轮流量计应可靠接地,并与转换模块共地。
④涡轮流量计输出的脉冲信号应保持适度的信噪比。
4涡轮流量计使用过程中的注意事项
为消除外部影响对涡轮流量计测量精度的影响,保证涡轮流量计测量精度,在使用过程中应注意以下五点:
4.1涡轮流量计选型
涡轮流量计在选型时,应综合考虑测量介质、流量、流速、使用场景、测量精度等因素。测量介质的粘度在涡轮流量计的测量粘度区间内。测量介质的最大流量应在涡轮流量计最大测量范围的60%-80%之间，必要时在涡轮流量计及前后直管段位置进行缩径。测量介质的工作温度和环境温度在涡轮流量计的介质温度和环境温度范围内,并留有一定裕度。涡轮流量计(壳体、前后导流器、涡轮转子组件)的选材能耐受测量介质的腐蚀。试车台燃油系统涡轮流量计应使用防爆型涡轮流量计。涡轮流量计精度与测量系统精度的综合不确定度能满足测量介质测量的不确定度要求,并留有一定裕度。
4.2涡轮流量计安装位置确定
涡轮流量计确定安装位置时,应综合考虑介质使用部位作动部件、周边环境等因素。涡轮流量计的安装位置应尽可能地靠近试车台在试发动机，降低流体介质传导时间、降低系统响应时间;应尽可能远离系统作动部件(如增压泵、调压器、伺服作动阀等)并可靠固定,降低脉动流、部件振动可能产生的影响;应预留系统维护空间，方便涡轮流量计的拆装和系统巡检;应尽可能远离电磁线圈等强磁场设备、电机等大功率用电设备,降低电磁场对涡轮流量计输出信号的干扰。
4.3介质流体充分放气
为消除燃油系统介质中游离空气产生的脉动流,试车台燃油系统应在油库来油位置设置自动放气的燃油滤,并在试车台靠近在试发动机的最高点设置放气点,以消除系统中的游离空气;系统设置增压泵的,应保证泵前来油压力和管道通径以降低油泵抽吸过程造成局部燃油介质的饱和蒸气压低于系统工作压力,以避免燃油介质中产生游离空气。
4.4涡轮流量计校准
涡轮流量计校准运输过程中应对开0部位密封，防止多余物进入涡轮流量计内部;整体可靠包裹，防止转运过程中的磕碰造成涡轮流量计损伤。涡轮流量计在校准时，应选用航空煤油进行校准,当条件不具备时应尽可能选用粘度与航空煤油相近的介质进行校准,以避免因校准介质不同引入测量精度误差。
4.5其他
燃油系统设计时应综合考虑密封型式、管径和管道布局。管道及涡轮流量计连接部位应选取适配的密封型式和密封材料进行可靠密封;管道阀门选用球阀、闸阀等密封性能良好的阀门型式和密封材料，以避免系统的外漏和内漏产生系统测量误差。根据经济流速确定主管道管径,涡轮流量计和前后直管段的变径部位选用锥形扩口型式且锥度角尽可能小。定期进行燃油系统污染度检查,确保介质流体洁净可用。
5结束语
通过上述分析，漩涡流、脉动流、介质粘度、介质污染度和电磁干扰等是涡轮流量计测量精度的主要影响因素,在使用过程中应从涡轮流量计选型、涡轮流量计安装位置确定、介质流体充分放气等方面进行控制，以消除外部因素的影响，确保涡轮流量计测量精度。
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