7.3. Турбинные расходомеры

Общие характеристики. Турбинные (или как их часто называют та-хометрические) расходомеры являются наиболее точными приборами для измерения расхода жидкостей. Приведенная погрешность измерения расхода турборасходомерами составляет значение порядка 0,5—1,0 % (известны турборасходомеры с приведенной погрешностью 0,1—0,2 %).

Приборы просты по конструкции, имеют большую чувствительность и большие пределы измерений (для одной модификации 10:1 и более), возможность измерения как малых (от 5 • 10~9 м3/с), так и достаточно больших (до 1 м3/с) расходов жидкостей с широким диапазоном фи­зико-химических свойств, малую инерционность и вследствие этого отно­сительно малые динамические погрешности при измерении средних и мгновенных значений расходов. Их, в основном, применяют там, где тре­бования к точности измерений превалируют, например, в ракетной и авиа­ционной технике.

К недостаткам турбинных расходомеров существующих модифика­ций, препятствующим более широкому применению данных приборов, можно отнести: необходимость индивидуальной градуировки и вследст­вие этого необходимость наличия градуировочных установок высокой точности; влияние изменения вязкости измеряемой среды и гидродина­мических параметров потока на показания приборов; наличие изнаши­вающихся опор, что резко сокращает срок службы приборов (особенно при измерении расхода абразивных сред), снижает их точность в процес­се эксплуатации и приводит к необходимости их частых переградуиро­вок (уточнения значений меняющихся в процессе эксплуатации градуи­ровочных коэффициентов).

В настоящее время отечественным приборостроением разработаны и осваиваются безопорные турбинные расходомеры, турбинные расходоме­ры с устройствами автоматической коррекции показаний при изменении вязкости измеряемой среды, у которых два последних недостатка отсут­ствуют.

Принцип действия. Уравнение измерений. Для осуществления про­цесса измерений турбинный расходомер (рис. 67) должен состоять, по крайней мере, из трех элементов ; турбинного первичного преобразова-


теля 5; вторичного преобразователя 4; отсчетной системы (регистрато­ра) 1. Турбинный преобразователь представляет собой аксиальную или тенгенциальную лопастную турбинку (на рис. 67 показана аксиальная турбинка), опирающуюся на керновые подпятники или подшипники 2.

<i/>7.3. Турбинные расходомеры» width=172 height=91   src=»~images\image163.jpg»></p>
</td>
</tr>
</table>
<table cellspacing=0 cellpadding=0 hspace=0 vspace=0 width=193 height=59>
<tr>
<td>
<p style='margin-left:22.3pt;background:white;mso-element:   frame;mso-element-frame-width:142.6pt;mso-element-frame-height:44.4pt;   mso-element-frame-hspace:1.9pt;mso-element-wrap:auto;mso-element-anchor-vertical:   paragraph;mso-element-anchor-horizontal:column;mso-element-left:2.45pt;   mso-element-top:97.5pt'><b><i>2</i><i>J</i></b></p>
<p style='margin-top:10.55pt;margin-right:0cm;margin-bottom:   0cm;margin-left:30.7pt;margin-bottom:.0001pt;text-indent:-30.7pt;background:   white;mso-element:frame;mso-element-frame-width:142.6pt;mso-element-frame-height:   44.4pt;mso-element-frame-hspace:1.9pt;mso-element-wrap:auto;mso-element-anchor-vertical:   paragraph;mso-element-anchor-horizontal:column;mso-element-left:2.45pt;   mso-element-top:97.5pt'>Рис. 67. Принципиальная схема тур­бинного   расходомера</p>
</td>
</tr>
</table>
<p style='margin-top:.25pt;margin-right:0cm;margin-bottom:0cm; margin-left:.95pt;margin-bottom:.0001pt;text-align:justify;background:white'>Поток измеряемой среды, воз­действуя на наклонные лопасти турбинки, сообщает ей вращатель­ное движение с угловой скоростью со, пропорциональной расходу <i>Q. </i>Вторичный преобразователь, изображенный на схеме, представ­ляет собой индукционную катуш­ку. При пересечении магнитного по­ля катушки лопастями ферромаг­нитной турбинки в катушке наво­дится пикообразный пульсирую­щий ток. Частота пульсаций наве­денного тока пропорциональна уг­ловой скорости вращения турбин­ки, а следовательно, и измеряемо­му расходу. В качестве вторичных преобразователей используются также индуктивные катушки, в ко­торых при вращении ферромагнит­ной турбинки создается периодическое изменение индуктивности, вызы­вающее соответствующие изменения одного из параметров текущего че­рез нее тока. Применяются также и фотоэлектрические элементы.</p>
<p style='margin-left:.7pt;text-align:justify;text-indent:17.75pt; background:white'>Импульсы пульсирующего тока регистрируются отсчетной системой. Общее число импульсов, зарегистрированных этой системой за время <i>t, </i>характеризует суммарное количество вещества, протекающее по трубо­проводу за это время. Число импульсов, зарегистрированных (отсчитан­ных) системой за единицу времени, характеризует расход измеряемого вещества.</p>
<p style='margin-left:18.95pt;background:white'>Уравнение равномерного вращения лопастной турбинки имеет вид</p>
<p align=right style='margin-top:4.55pt;text-align:right; background:white'> (7.17)</p>
<p></p>
<p style='margin-top:5.75pt;margin-right:0cm;margin-bottom: 0cm;margin-left:.25pt;margin-bottom:.0001pt;background:white'>где Мда — движущий момент на роторе турбинки, сообщаемый ей пото­ком измеряемой среды; 2 <i>Mci — </i>сумма моментов сопротивления..</p>
<table cellspacing=0 cellpadding=0 hspace=0 vspace=0 height=17>
<tr>
<td>
<p style='background:white;mso-element:frame;mso-element-frame-height:   13.0pt;mso-element-frame-hspace:1.9pt;mso-element-wrap:auto;mso-element-anchor-vertical:   paragraph;mso-element-anchor-horizontal:column;mso-element-left:314.95pt;   mso-element-top:21.4pt'>
</td>
</tr>
</table>
<p style='margin-left:.25pt;text-indent:18.0pt;background:white'>На основе известного уравнения Эйлера (на котором базируются все расчеты турбинных двигателей) для осевого входа потока движущий мо-</p>
<p style='margin-left:.25pt;background:white'>мент</p>
<p style='margin-top:1.9pt;margin-right:0cm;margin-bottom:0cm; margin-left:103.9pt;margin-bottom:.0001pt;tab-stops:290.65pt;background:white'><i>m         Q,                    </i>(7.18)</p>
<p style='margin-top:4.55pt;margin-right:0cm;margin-bottom: 0cm;margin-left:.25pt;margin-bottom:.0001pt;text-align:justify;background:white'>где <i>аиЬ — </i>коэффициенты, определяемые конструктивными параметра­ми турбинного датчика (радиусом лопастей <i>R, </i>радиусом стугащы тур­бинки г, углом наклона лопастей а) и зависящие от числа Рейнольдса в области неавтомодельного потока.</p>
<p></p>
<p style='margin-left:2.65pt;text-align:justify;text-indent: 18.0pt;background:white'>Если предположить, что на турбинны датчик не действует никаких моментов, препятствующих его вращению, т. е. что 2 <i>Ме<br />
</i>= 0, то на ос­новании формулы (7.18) зависимость меж/ту угловой скоростью враще­ния датчика со и расходом <i>Q </i>определялась бы уравнением</p>
<p align=right style='margin-top:5.3pt;margin-right:.5pt; margin-bottom:0cm;margin-left:0cm;margin-bottom:.0001pt;text-align:right; background:white'>(7.19)</p>
<p style='margin-top:3.85pt;margin-right:0cm;margin-bottom: 0cm;margin-left:3.1pt;margin-bottom:.0001pt;background:white'><i>тр.еА~а/Ь.</i></p>
<p style='margin-top:.7pt;margin-right:.5pt;margin-bottom:0cm; margin-left:2.4pt;margin-bottom:.0001pt;text-align:justify;text-indent:18.95pt; background:white'>В действительности же на турбинку действуют моменты сил гидрав­лического трения жидкости, момент сил трения в опорах и ряд других. Действие этих моментов будет характеризоваться так называемой зоной нечувствительности прибора, т. е. тем наименьшим расходом <i>(</i><i>Qo), </i>кото­рый необходим для того, чтобы преодолеть моменты сопротивления и сдвинуть турбинку с места или изменить ее установившуюся скорость вращения.</p>
<p style='margin-top:.25pt;margin-right:1.45pt;margin-bottom: 0cm;margin-left:2.4pt;margin-bottom:.0001pt;text-align:justify;text-indent: 17.75pt;background:white'>С учетом сказанного из формулы (7.19) получим рабочее уравнение турбинных расходомеров</p>
<p style='margin-top:4.55pt;margin-right:0cm;margin-bottom: 0cm;margin-left:112.1pt;margin-bottom:.0001pt;tab-stops:292.1pt;background: white'><i>co = A(Q~Qo).                        </i>(7.20)</p>
<p style='margin-top:5.5pt;margin-right:1.7pt;margin-bottom: 0cm;margin-left:1.7pt;margin-bottom:.0001pt;text-align:justify;text-indent: 17.75pt;background:white'>Так как коэффициент <i>А </i>и величина <i>Qo </i>определяются в процессе не­посредственной градуировки, то уравнение (7.20), решенное относитель­но <i>Q, </i>называют иногда градуировочной зависимостью турбинных расхо­домеров.</p>
<p style='margin-top:0cm;margin-right:1.9pt;margin-bottom:0cm; margin-left:.95pt;margin-bottom:.0001pt;text-align:justify;text-indent:18.25pt; background:white'>Как следует из этого уравнения, область постоянной линейной зави­симости угловой скорости вращения турбинки от расхода определяется зоной постоянства коэффициента <i>А </i>и величины <i>Qo, </i>которые в общем случае кроме конструктивных параметров прибора зависят также от чис­ла Рейнольдса, структуры потока (его искажений и „закрутки"), расхо­да и вязкости измеряемой среды.</p>
<p style='margin-top:.25pt;margin-right:2.15pt;margin-bottom: 0cm;margin-left:.95pt;margin-bottom:.0001pt;text-align:justify;text-indent: 18.7pt;background:white'>Значение <i>Qo </i>при правильном проектировании и изготовлении тур­бинных датчиков (малый коэффициент трения в опорах, отсутствие ле-рекосов, хорошая балансировка турбинки, защищенность от осевых на­грузок) может быть сведено к ничтожно малому, что и обеспечивает вы­сокую чувствительность и большой диапазон измерений турбинных рас­ходомеров.</p>
<p style='margin-top:0cm;margin-right:2.4pt;margin-bottom:0cm; margin-left:.7pt;margin-bottom:.0001pt;text-align:justify;text-indent:18.5pt; background:white'>Метрологические характеристики и область применения турбинных расходомеров. Основными составляющими погрешности турбинных рас­ходомеров при нормальных (не отличающихся от условий градуировки) условиях их эксплуатации являются:</p>
<p style='margin-top:10.1pt;margin-right:0cm;margin-bottom: 0cm;margin-left:72.5pt;margin-bottom:.0001pt;background:white'>К контрольному вопросу № 12</p>
<p style='margin-top:3.35pt;margin-right:0cm;margin-bottom: 0cm;margin-left:90.5pt;margin-bottom:.0001pt;background:white'>Вы правильно ответили на вопрос.</p>
<p style='margin-top:0cm;margin-right:3.6pt;margin-bottom:0cm; margin-left:71.75pt;margin-bottom:.0001pt;text-align:justify;text-indent:18.0pt; background:white'>Действительно, увеличение диаметра поплавка при том же расходе через ротаметр приводит к увеличению сипы, действую­щей на поплавок со стороны потока, а следовательно, и к боль­шему его подъему относительно нулевого деления шкалы.</p>
<p style='margin-top:6.7pt;margin-right:3.85pt;margin-bottom: 0cm;margin-left:0cm;margin-bottom:.0001pt;text-align:justify;text-indent:19.2pt; background:white'>погрешность градуировки прибора на образцовой расходомерной установке бгр, т. е. погрешность определения градуировочных значений</p>
<p></p>
<p style='margin-top:0cm;margin-right:1.2pt;margin-bottom:0cm; margin-left:.25pt;margin-bottom:.0001pt;text-align:justify;text-indent:18.5pt; background:white'>погрешность счета (или регистрации количества импульсов, соот­ветствующих угловой скорости вращения турбинки <i>8^</i>;</p>
<p style='margin-left:18.95pt;background:white'>погрешность <i>8</i><i>t </i>регистрации времени счета импульсов <i>t.</i></p>
<p style='margin-top:0cm;margin-right:.95pt;margin-bottom:0cm; margin-left:.5pt;margin-bottom:.0001pt;text-align:justify;text-indent:18.0pt; background:white'>Погрешность <i>8</i><i>N </i>= <i>AN/Nmin, </i>где Д/V — ошибка счета импульсов, обычно равная ± 1 импульс, <i>Nmin </i>— суммарное число импульсов, подан­ное на счетную систему при минимальном расходе за время <i>t.</i></p>
<p style='margin-right:.95pt;text-align:justify;text-indent: 18.7pt;background:white'>Увеличивая <i>Nmia </i>за счет увеличения <i>t, </i>угла наклона лопастей а, чис­ла лопастей <i>z </i>турбинки или заполняя импульсные паузы высокочастот­ными модулированными сигналами, можно свести погрешность бдг прак­тически к любому сколь угодно малому значению.</p>
<p style='margin-top:0cm;margin-right:.95pt;margin-bottom:0cm; margin-left:.7pt;margin-bottom:.0001pt;text-align:justify;text-indent:18.25pt; background:white'>Погрешность <i>8</i><i>t </i>высокоточных электронных частотомеров, приме­няемых для счета импульсов, составляет в худшем случае (при <i>t </i>= 1 с) 1(Г3-1(Г4%.</p>
<p style='margin-top:.25pt;margin-right:.7pt;margin-bottom: 0cm;margin-left:.7pt;margin-bottom:.0001pt;text-align:justify;text-indent:18.25pt; background:white'>Таким образом, погрешность измерения расхода турбинными расхо­домерами при нормальных условиях эксплуатации и в случае примене­ния высокоточных отсчетных систем для регистрации <i>Nut </i>практически целиком определяется погрешностями их градуировок.</p>
<p style='margin-top:0cm;margin-right:.7pt;margin-bottom:0cm; margin-left:.7pt;margin-bottom:.0001pt;text-align:justify;text-indent:18.0pt; background:white'>Основными эксплуатационными факторами, существенно влияющи­ми на точность измерения расхода турбинными расходомерами, являют­ся: изменение вязкости измеряемой среды; закрутка потока и неравно­мерность распределения скоростей, вызванные наличием близко распо­ложенных местных сопротивлений и износ опор.</p>
<p style='margin-top:0cm;margin-right:.7pt;margin-bottom:0cm; margin-left:1.2pt;margin-bottom:.0001pt;text-align:justify;text-indent:18.5pt; background:white'>Вследствие этого данные приборы мало пригодны для измерения расхода загрязненных или абразивных сред, а также жидкостей, сильно меняющих свою вязкость, в условиях эксплуатации приборов.</p>
<p style='margin-top:0cm;margin-right:.5pt;margin-bottom:0cm; margin-left:1.2pt;margin-bottom:.0001pt;text-align:justify;text-indent:17.75pt; background:white'>Если не принять соответствующих мер для частичной или полной компенсации влияния указанных факторов, то дополнительные погреш­ности, например, вследствие изменения кинематического коэффициента вязкости измеряемой среды всего лишь на 10 % могут достигать 3 % и более, а из-за близкой установки 90-градусного колена трубопровода — 2-5%.</p>
<p style='margin-top:.25pt;margin-right:.5pt;margin-bottom: 0cm;margin-left:1.2pt;margin-bottom:.0001pt;text-align:justify;text-indent: 18.0pt;background:white'>Для снижения влияния вязкости применяют различного рода устрой­ства (сетки, спицы, конфузоры), устанавливаемые перед турбинкой и искусственно турбулизирующие поток.</p>
<p style='margin-top:0cm;margin-right:.25pt;margin-bottom:0cm; margin-left:1.45pt;margin-bottom:.0001pt;text-align:justify;text-indent:18.25pt; background:white'>Влияние местных сопротивлений, закручивающих поток, в значи­тельной мере устраняется, если перед турбинным датчиком установлены специальные направляющие или сопловые аппараты. В этом случае для нормальной работы, турбинных датчиков не требуется столь длинных прямых участков трубопровода, как для других типов расходомеров.</p>
<p style='margin-left:1.2pt;text-align:justify;text-indent: 18.0pt;background:white'>Для измерения расхода газов сравнительно редко применяют тур­бинные расходомеры. Это объясняется тем, что движущий момент на ро­торе турбинки в газовых потоках вследствие их малой плотности полу­чается значительно меньшим, чем в жидкостных, в результате чего умень­шается чувствительность прибора и диапазон измерений. Кроме того, большие скорости газовых потоков ускоряют износ опор.</p>
<p style='margin-top:0cm;margin-right:.25pt;margin-bottom:0cm; margin-left:1.9pt;margin-bottom:.0001pt;text-align:justify;text-indent:17.5pt; background:white'>Турбинные расходомеры обладают достаточно хорошими динамичес­кими характеристиками (постоянной времени 0,001 с), поэтому их мож-</p>
<p></p>
<p style='margin-left:2.9pt;text-align:justify;background:white'>но применять для измерения мгновенных значении расхода в пульсирую­щих потоках.</p>
<p style='margin-top:8.9pt;margin-right:0cm;margin-bottom:0cm; margin-left:74.65pt;margin-bottom:.0001pt;background:white'>Контрольный вопрос № 13     <i>ш</i></p>
<p style='margin-top:3.6pt;margin-right:0cm;margin-bottom:0cm; margin-left:74.65pt;margin-bottom:.0001pt;text-align:justify;text-indent:17.75pt; background:white'>Две совершенно идентичные турбинки установлены непо­средственно друг за другом.</p>
<p style='margin-top:.25pt;margin-right:.5pt;margin-bottom: 0cm;margin-left:74.4pt;margin-bottom:.0001pt;text-align:justify;text-indent: 18.0pt;background:white'>Какая из турбинок будет вращаться с большей угловой ско­ростью вращения при одном и том же расходе — первая (по ходу потока) или вторая?</p>
<p style='margin-top:.5pt;margin-right:.95pt;margin-bottom: 0cm;margin-left:74.4pt;margin-bottom:.0001pt;text-align:justify;text-indent: 17.75pt;background:white'>Если Вы решите, что первая — см. с. 168; если вторая — см. с. 174.</p>
<p style='margin-top:8.4pt;margin-right:0cm;margin-bottom:0cm; margin-left:74.65pt;margin-bottom:.0001pt;background:white'>К контрольному вопросу № 12</p>
<p style='margin-top:4.1pt;margin-right:1.45pt;margin-bottom: 0cm;margin-left:73.9pt;margin-bottom:.0001pt;text-align:justify;text-indent: 18.25pt;background:white'>Вы не поняли физический принцип работы расходомеров постоянного перепада давления.</p>
<p style='margin-top:0cm;margin-right:1.2pt;margin-bottom:0cm; margin-left:73.9pt;margin-bottom:.0001pt;text-align:justify;text-indent:18.0pt; background:white'>Повторите заново разд. 7.2 и уясните себе, каким образом и за счет чего поднимается поплавок ротаметра?</p>
<p style='margin-top:7.45pt;margin-right:.25pt;margin-bottom: 0cm;margin-left:1.7pt;margin-bottom:.0001pt;text-align:justify;text-indent: 17.3pt;background:white'>К тахометрическим расходомерам, кроме турбинных, относятся и шариковые расходомеры, получившие достаточно широкое распростра­нение для измерения расхода агрессивных сред и сред, содержащих абра­зивные включения, т. е. там, где трудно обеспечить надежную работу опор турбинных датчиков. .</p>
<p style='margin-top:.25pt;margin-right:1.7pt;margin-bottom: 0cm;margin-left:0cm;margin-bottom:.0001pt;text-align:justify;text-indent:18.0pt; background:white'>Подвижным элементом шариковых расходомеров является шарик, непрерывно движущийся в одной плоскости по внутренней поверхности трубы под воздействием предварительно закрученного винтовым направ­ляющим аппаратом потока жидкости. От перемещения вдоль оси трубы шарик удерживается ограничительным кольцом. Неподвижные лопасти служат для „выпрямления" потока на выходе из преобразователя. Для преобразования скорости вращения шарика в частоту импульсов тока служит индукционное или индуктивное устройство. Шар под действием центробежной силы прижимается к внутренней поверхности трубы, а под действием осевой составляющей скорости потока — к ограничительному кольцу. Поэтому шару помимо сил вязкостного трения жидкости прихо­дится преодолевать силы трения о поверхность трубы и ограничительно­го кольца. Это вызывает отставание окружной скорости шара <i>гш<br />
</i>от соот­ветствующей окружной скорости потока v. Это отставание характеризу­ется скольжением <i>SCK, </i>равным<i>SCK — (у — vm)/v. </i>Откуда,vm = <i>v</i>(I — £ск). Как следует из этого соотношения, пропорциональность между угловой скоростью вращения шара и скоростью потока измеряемой среды обес­печивается при постоянстве скольжения <i>SCK., </i>которое зависит, в основ­ном, от лобового сопротивления шара. Следовательно, шариковые расхо­домеры целесообразно использовать там, где коэффициент лобового со­противления шара С остается (в приемлемых пределах) постоянным,т.е. в автомодельной для <i>С </i>по числу Рейнольдса зоне, которая обычно при­нимается равной 103<br />
< Re < 10s.</p>
<div class='shareinpost'><ul class=

  • delicious Bookmark on Delicious
  • digg Digg this post
  • facebook Recommend on Facebook
  • reddit share via Reddit
  • stumble Share with Stumblers
  • twitter Tweet about it
  • rss Subscribe to the comments on this post
  • Обратите внимание:

    Добавить комментарий