книги из ГПНТБ / Ильинский В.М. Измерение массовых расходов

ских массовых расходомеров, можно сказать, что в этих приборах, как правило, измеряется момент внешних сил, пропорциональный количеству движения потока, придан­ ного ему для целей измерения. Таким образом, можно по­ лагать, что чувствительность этих приборов увеличивается пропорционально увеличению внешних воздействий на по­ ток крыльчатками или силовыми элементами расходомера. Однако для различных конструктивных схем приборов чувствительность выражается определенными зависи­ мостями, анализ которых может определить предпочти­ тельность той или иной конструкции расходомера и мо­ жет для каждого типа приборов определить оптималь­ ные конструктивные пути увеличения чувствительности. В табл. 1 приведена классификация механических мас­ совых расходомеров по чувствительности. Обозначения рассматриваемых типов приемных преобразователей при­ няты в соответствии с рис. 8.

Наиболее простой группой массовых расходомеров являются турборасходомеры с электроприводом, для ко­ торых чувствительность может быть выражена зависи­ мостью

этом очевидно, что увеличение радиуса закрутки жидко­ сти г является наиболее эффективной мерой увеличения чувствительности. Кроме того, увеличение угловой скоро-

50

сти увеличивает нежелательные гидродинамические яв­ ления в проточной части прибора, увеличивающие по­ грешности измерения, которые рассмотрены в гл. 3 на­ стоящей работы.

Ввиду того, что в труборасходомерах с гидроприво­ дом выходным сигналом является время, в выраже­ нии чувствительности для таких приборов угловая ско­ рость отсутствует:

Интересно отметить также, что в выражение чувстви­ тельности для турборасходомеров с измерением At не входит коэффициент передачи, определяющий зависи­ мость угловой скорости измерительных крыльчаток от скорости потока [Л. 27].

Для расходомеров, воспринимающих усилие F, про­ порциональное скоростному напору, и отмеченных зна­ ком (*), Fq — kpv2 и (ù = k'nv чувствительность выражает­ ся как

k

7 * Ѵ

Коэффициент формы k зависит от конструкции расхо­ домера и определяется опытным путем. Для расходомера с двумя упругосвязанными спиральными крыльчатками

k = Д =-tg *2 ~~tg Фі tg Ф3

Для расходомеров с заторможенной крыльчаткой ко­ эффициент k пропорционален тангенсу угла атаки лопа­ стей.

В кориолисовых расходомерах увеличение чувстви­ тельности определяется также геометрическими параме­ трами крыльчатки и главным образом наибольшим ра­ диусом закрутки потока. В большинстве кориолисовых расходомеров поток поступает на измерительную крыль­ чатку незакрученным и тогда величина AGmh — O. В об­ щем же случае чувствительность для кориолисовых рас­ ходомеров с гидроприводом выражается как

À г2 — А г2

52

ас электроприводом

~~Я

Всвязи с вопросом увеличения чувствительности из­ мерителей расхода представляют интерес дифференци­ альные кориолисовые расходомеры, в которых чувстви­

увеличиваться почти в 2 раза. В этих приборах в изме­ рении участвует не только поток, движущийся от мень­

рении расхода в компенсационной крыльчатке не участ­ вует лишь вращающийся поток в сечении выходного па­ трубка расходомера.

Для группы расходомеров с гистерезисными тормоз­ ными устройствами независимо от вида привода крыль­

от геометрии проточной части чувствительной крыльчат­ ки расходомера, но и обратно пропорциональна моменту гистерезисной муфты М. Это объясняется тем, что во всех расходомерах этой группы выходной величиной является период вращения крыльчатки, т. е. величина, обратная ее угловой скорости. Характерно, что в выра­ жение чувствительности для расходомеров с гистерезис­ ной муфтой совершенно не входят ни характеристика

мая закрутка потока определяется лишь величиной по­ стоянного гистерезисного момента. Очевидно, что при малых окружных скоростях приводящих элементов рас­ ходомера может возникнуть несоответствие между по­ стоянным моментом массового расхода и угловой скоро­ стью крыльчатки, что приводит к появлению зоны нечув­ ствительности в области малых расходой.

63

Что также обусловливает дополнительную погрешность. Кроме того, увеличивается масса и снижаются показате­ ли надежности системы измерения.

Автором был разработан специальный преобразова­ тель расхода [Л. 4], измеряющий разность двух расходов жидких потоков, подводимых к противоположным сторо­ нам двусторонней симметричной крыльчатки кориолисо-

ках 13 и 77установлена двусторонняя крыльчатка 8, свя­ занная с осью пружиной 16. Для устранения влияния мо­ ментов вязкого трения по периферии крыльчатки 8 по­ следняя устанавливается внутри экранирующего элемен­ та 6, который лопастями 9 и 19 закручивает измеряемые потоки на входе в крыльчатку 8.

При вращении подвижной системы расходомера че­ рез магнитную муфту 2 от электроили гидропривода / общий поток и05щ проходит через патрубок 18 и, закру­ чиваясь лопастями 19, поступает в левую половину крыльчатки 8, которую нагружает моментом

Часть жидкости, возвращаемой в топливную систему Gвозш поступает в прибор через патрубок 7 и, получив закрутку лопастями 9 элемента 6, подается на правую половину измерительной крыльчатки 8, которую нагру­ жает моментом:

•Мвозв = Овозвш(4:р ~ Г 2 і ) -

В связи с полной идентичностью геометрии правой и левой сторон крыльчатки 8 г 1 с р = г2ср и Г2і=г1 2 можно на­ писать:

ЛГвозв = - О в о з в < « ( 4 ! - Г 1 С р ) -

Тогда суммарный момент, действующий на крыльчат­ ку 8, равен:

Таким образом, на крыльчатку действует разность двух моментов. Угол рассогласования или промежуток времени между экранирующим и чувствительным эле-

55

ментами измеряется посредством двух установленных на них отметчиков 5 и 10 во взаимодействии с двумя мапштоиндукциониыми преобразователями 4 и 11, установ­ ленными на корпусе. Для исключения перетечек жидко­ сти в зазорах корпус — экран и экран — крыльчатка из полости Ообщ в полость GB03D в корпусе прибора 15 и в крыльчатке 8 применены лабиринтные уплотнения. Так как перетечки будут только из области большего давле­

топлива. Лабиринтные уплотнения в свою очередь не

Указанные обстоятельства допускают любое исполнение лабиритных уплотнений, позволяющих снижать до пре­ небрежимо малых значений перетечки жидкости.

Чувствительность такого расходомера имеет выраже­ ние

жесткость любого упругого элемента выбирается из усло­ вия максимальной закрутки пружины, которая не долж­ на превышать 360°.

При раздельном же измерении двух расходов двумя приборами выражение для чувствительности системы за­

Таким образом, при соответствующем выборе жест-, кости упругого элемента расходомер с двусторонней крыльчаткой позволяет измерить разность двух массовых расходов с более высокой точностью и будет иметь по­ вышенную чувствительность.

56

В выражениях моментов массовых расходов, дейст­ вующих с двух сторон на чувствительную крыльчатку этого расходомера, постоянные величины каждого рав­ ны, что и создает возможность вычитания моментов на одной крыльчатке при противоположном движении пото­ ков. При симметричном направлении движения двух по­ токов по двусторонней крыльчатке массовые расходы двух потоков будут складываться и при соответствующем коэффициенте пропорциональности S, вычитание или сложение потоков будет осуществляться в приборе с тем же коэффициентом для одного потока:

является показатель энергоемкости. На примере турборасходомеров видно, что чувствительность прибора уве­ личивается за счет увеличения радиуса закрутки потока, угловой скорости крыльчатки или, что то же самое, мо­ мента массового расхода. В то же время увеличивается и момент внешних сил или мощность, необходимая для привода крыльчатки. Для сравнения приборов по этому показателю принят коэффициент В, равный отношению

этот коэффициент будет характеризовать одно из качеств массового расходомера: лучшей системе прибора соот­ ветствует меньшая величина коэффициента В. В табл.2 приведена классификация механических массовых расхо­ домеров по коэффициенту энергоемкости. Обозначения рассматриваемых типов приемных преобразователей со­ ответствуют принятым на рис. 8.

Сравнение проводим для случая идеальной несжимае­

из которых является момент вязкого трения). Для боль­ шинства расходомеров это допущение вполне оправдано ввиду того, что суммарный момент трения обычно со­ ставляет несколько процентов от момента массового рас-

57

Т а б л и ц а 2

хода. Это сравнение расходомеров проводится также без учета требований к перепадам давления на расходомере.

Учитывая, что в турборасходомерах повышение чув­ ствительности вызывает необходимость увеличения в той же степенимомента внешних сил или энергии внешнего источника, необходимой для придания потоку враща­ тельного движения, для этих приборов коэффициент В равен 1 (табл. 2).

Для кориолисовых расходомеров, у которых поток при движении от большего радиуса к меньшему не от­ дает полученную энергию, коэффициент В также равен 1.

На табл. 2 выделены типы кориолисовых расходоме­ ров, в которых энергия, необходимая для вращения чув­ ствительных крыльчаток, частично отбирается от самого потока, а энергия от внешнего привода требуется лишь для создания момента, необходимого для закрутки пото­ ка в выходном сечении. Следовательно, эти расходомеры мало энергоемки и коэффициент В для них всегда мень­ ше 1.

В компенсационных кориолисовых расходомерах по­ ток при прохождении от большего радиуса к меньшему отдает полученную энергию и в то же время участвует в измерении, увеличивая чувствительность почти вдвое, и не изменяет энергетические затраты привода. Для та­ ких расходомеров коэффициент В также меньше еди­ ницы.

Отдельную группу составляют расходомеры, не.тре­ бующие при принятых допущениях энергетических за­ трат для измерения инерционного момента протекающей жидкости. В гироскопических расходомерах поток, прой­ дя через кольцевой трубопровод и формируя измеряемый момент массового расхода на выходе из первичного пре­ образователя, практически из-за большого отношения /"максЛмин отдает вращающейся системе полученную энер­ гию. В расходомере, совмещенном с насосом или нагне­ тателем, когда чувствительная крыльчатка является частью рабочего колеса, дополнительных энергетических затрат на закрутку потока не требуется. Измерительный элемент такого массового расходомера представляет со­ бой прямолопастиую крыльчатку, расположенную на ва­ лу турбомашины перед центробежным ротором и связан­ ную с валом через упругий элемент. Эта крыльчатка про­ изводит закручивание входящего в насос потока до угловой скорости, ротора на постоянном радиусе.

59