某型閥門氦氣流量系數(shù)測(cè)量

摘要：通過對(duì)閥門開啟前后氦氣溫度及氣體質(zhì)量變化的測(cè)量，得出閥門氦氣流量系數(shù)。為閥門流量系數(shù)測(cè)量提供了一種思路。

關(guān)鍵詞：閥門? 流量系數(shù)測(cè)量

1? 引言

某些閥門的流量測(cè)量通常采用流量計(jì)等方式，需要較高的成本，本文通過測(cè)量氣體質(zhì)量求體積的方式，減少了流量系數(shù)測(cè)量的元器件數(shù)量與成本。測(cè)量結(jié)果與經(jīng)驗(yàn)值接近。

2? 測(cè)試原理

氦氣介質(zhì)下閥門流量系數(shù)測(cè)量試驗(yàn)接線示意見圖1。即通過臺(tái)秤測(cè)量整個(gè)系統(tǒng)放氣前后的質(zhì)量變化，通過大氣壓力傳感器與差壓傳感器測(cè)量氣體的絕對(duì)壓力及壓差;根據(jù)理想氣體狀態(tài)計(jì)算出氣體的密度及體積，最后根據(jù)流量系數(shù)的公式得到流量系數(shù)。試驗(yàn)過程中不考慮氣囊材料的延展性。手持式壓力表實(shí)時(shí)測(cè)量氣囊內(nèi)外壓力差△P（試驗(yàn)過程中壓力表應(yīng)與氦氣釋放裝置同高度放置）。萬用表測(cè)傳感器的電壓值。通過PLC和信號(hào)發(fā)生器控制閥門的開啟/閉合，完成單位時(shí)間內(nèi)氦氣釋放。

根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程，放氣前氣囊體積V1、臺(tái)秤重量M1、氣囊、繩索及鎮(zhèn)重物重量m、放氣前氣囊內(nèi)氦氣溫度T1、大氣絕壓P1以及氣囊內(nèi)外壓差△P1之間關(guān)系可由公式（1）表示：

式中：

V1——釋放氦氣前氣囊實(shí)際體積，m3。

M1——釋放氦氣前臺(tái)秤實(shí)際讀數(shù)，kg。

m——?dú)饽摇⒗K索及鎮(zhèn)重物質(zhì)量，kg。

R氦——氦氣氣體常數(shù)，R氦=2077.1J/kg/K。

R空——空氣氣體常數(shù)，R空=286.7J/kg/K。

T1——釋放氦氣前氣囊內(nèi)氦氣溫度，K。

P1——釋放氦氣前大氣絕壓，Pa。

△P1——釋放氦氣前氣囊內(nèi)外壓差，Pa。[1]

同理，放氣后氣囊體積V2、臺(tái)秤重量M2、氣囊、繩索及鎮(zhèn)重物重量m、放氣前氣囊內(nèi)氦氣溫度T2、大氣絕壓P2以及氣囊內(nèi)外壓差△P2之間關(guān)系可由公式（2）表示：

根據(jù)閥門流量公式，單位時(shí)間內(nèi)氦氣釋放體積量V1-V2與閥門流通面積A、閥門流量系數(shù)μ、氣囊內(nèi)氣體密度ρ以及氣囊內(nèi)外壓差?p之間關(guān)系可由公式（3）表示：

式中：

μ——閥門流量系數(shù)，無量綱。

V1-V2——單位時(shí)間內(nèi)釋放的氣體體積，m3。

A——閥門的流通總面積。

t——釋放氦氣的時(shí)長(zhǎng)，s。

ρ——?dú)饽覂?nèi)氦氣密度（取放氣結(jié)束時(shí)氦氣密度），kg/m3。

?p——閥門開啟過程中密閉空間的內(nèi)外壓差（取放氣結(jié)束時(shí)壓差），Pa。[2]

3結(jié)論

通過多次試驗(yàn)并計(jì)算得到不同的流量系數(shù)，再對(duì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行分析整理，得到流量系數(shù)為0.64，接近此型閥門的經(jīng)驗(yàn)值0.6。

參考文獻(xiàn)

[1]飛機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)第1冊(cè).航空工業(yè)出版社，2003

[2]機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)，液壓傳動(dòng).成大先，化學(xué)工業(yè)出版社，2004

作者簡(jiǎn)介：楊晨輝，本科，工程師，主要從事飛行器控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

中國(guó)特種飛行器研究所 湖北 荊門 448035