Файл: Ильинский В.М. Измерение массовых расходов.pdf

Для кориОл-исовых расходомеров с гидроприводом

количества движения жидкости, покидающей измери­ тельную .крыльчатку, будет меньше. Исходя из условия, что крыльчатки расходомеров имеют большое количе­ ство лопастей, можно считать, что рабочий процесс крыльчатки подобен рабочему процессу компрессорных колес. На основании этого для учета влияния конечного числа лопаток в роторах расходомера можно применять формулы, которые используются в теории турбомашин [Л. 29].

Тогда относительная погрешность измерения от влияния конечного числа лопастей выражается зависи­ мостью 05 = —n/z -100, которая показывает, что прогрешность os зависит только от геометрии крыльчатки и не зависит от расхода.

Выражения, учитывающие влияние конечного числа лопастей, несовершенны,- так так в них не учитывается влияние длины лопасти на отклонение струи, которое по даннькм экспериментальных работ в гидромашинострое­ нии имеет большое значение. Эти эксперименты показы­ вают, что необходимо иметь отношение длины канала к его ширине, равное 1,6—2.

Возникновение погрешности может быть объяснено следующим. При движении потока через вращающиеся радиальные каналы теоретически все частицы должны получить угловую скорость на максимальном радиусе крыльчатки. В действительности только часть жидкости

мальной.

Таким образом,- для уменьшения погрешности ôs на максимальном радиусе крыльчатки кориолисова расхо­ домера следует иметь как можно большее количество лопастей с указанным выше 'геометрическим соотноше­ нием ширины к длине.

88

ГЛАВА ЧЕТВЕРТАЯ

ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫЕ ПОГРЕШНОСТИ РАСХОДОМЕРОВ

9. Влияние моментов трения на точность измерения

В большинстве массовых расходомеров чувстви­ тельные крыльчатки вращаются в потоке измеряемого вещества и -к ним прикладывается момент, зависящий от вязкости жидкости. Вязкость же изменяется в зави­ симости от изменения температуры потока. Так, напри­ мер, температура авиационных топлив может изменять­ ся за время работы расходомера от —60 до +60°С. Очевидно, что при конструировании массовых расходоме­ ров такие условия эксплуатации определяют необходи­ мость учета изменения момента трения вращающейся крыльчатки в вязкой жидкости.

Для турборасходомеров момент вязкого трения опре­ деляется моментами, прикладываемыми к цилиндриче­ ской поверхности, вращающейся в неподвижном цилин­ дре, и дискам или конусам, вращающимся около непод­ вижных плоскостей [Л. 39].

В расходомерах при небольших угловых скоростях приблизительно до 1 500 об[мин этот момент пропорцио­ нален первой степени угловой скорости и выражается для цилиндрических поверхностей:

центрирована. Однако при изготовлении расходомеров (особенно в случае малых типоразмеров) трудно избе­ жать эксцентриситета оси одной из поверхности по отно­ шению к другой, что также может привести к ухудше­ нию метрологических характеристик расходомера.

Для кольцевых дисков момент вязкого трения выра­

89

Для вращающегося конуса с углом при вершине на оси вращения, равным 2а, момент вязкого трения запи­ сывается:

Л . „ -

3 sin3 a I COS а — sin2 а In tg -g" J

где Гиб — наибольший радиус диска или конуса, вращаю­ щегося в жидкости.

В рассматриваемых приборах в измерительную зави­ симость входит общий момент, действующий на чувстви­ тельную крыльчатку и .равный

где MG — функция от величины массового расхода G. Тогда суммарная погрешность, определяемая изме­

нением жидкостного трения вращающихся элементов, запишется:

'тР •'"м-KcG

где Д2МТ р — максимальные вариации моментов трения на эксплуатационных режимах, причем это выражение для погрешности относится ко всем расходомерам, вклю­ чая компенсационные.

Основным конструктивным .решением с точки зрения исключения влияния вязкости потока является необходи­ мость охватить чувствительную крыльчатку элементами конструкции, вращающимися с угловой скоростью крыльчатки, так как У И - р возникает только при относи­ тельном их движении. Другим распространенным путем является уменьшение по возможности сопряженных по­ верхностей с соответствующим увеличением момента массового расхода.

В табл. 4 массовые расходомеры .разделены в зависи­ мости от конструктивных методов борьбы с влиянием вязкости потока на четыре группы с обозначением рас­ сматриваемых типов приемных преобразователей в со­ ответствии с принятыми на рис. 8.

В расходомерах группы IV уменьшение влияния вяз­ кости достигается только путем уменьшения площадей вращающихся элементов, в связи с чем эти приборы при­ годны для измерения потоков с очень ограниченным измененияем вязкости. Однако конструкция этих прибо-

90

ров является наипростейшей, т. е. наиболее надежной,

влияния вязкости является применение дифференциаль­ ной пли компенсационной схемы измерения, когда в про­ точной части .прибора предусмотрены две идентичные чувствительные крыльчатки. В этом случае разность сигналов, получаемых с крыльчаток, не имеет состав­ ляющей, зависящей от вязкости измеряемого потока, в связи с чем в таких приборах основное внимание сле­ дует обращать на обеспечение идентичности геометри­ ческих размеров обеих крыльчаток. Уменьшение же аб­

нуто за счет уменьшения поверхностей крыльчаток и зазоров между ними и охватывающими их элементами.

В ряде случаев при обеспечении одинаковых условий входа потока экспериментальным критерием компенса­ ции вязкости является совпадение градуировочных ха­ рактеристик расходомера при движении потока в двух противоположных направлениях: от входа к выходу и от выхода к входу.

I Компенсационные 'расходомеры являются приборами, пригодными для измерения потоков с изменениями вяз­ кости в широких пределах, но имеющими повышенную конструктивную сложность, перепады давления и потреб­ ляемую мощность.

В расходомерах групп I и I I также применяются меры борьбы с вязкостью, выражающиеся в охвате чувстви­ тельной крыльчатки неподвижным по отношению к этой крыльчатке элементом (экраном). Кроме того, на вход­ ном торце чувствительной крыльчатки обычно устанавли-

91

вается обтекатель, также вращающийся со скоростью крыльчатки. Экраны, охватывающие крыльчатки, не должны изменять основной траектории движения жидко­ сти в приборе, а непроточные полости между экрани­ рующими элементами и чувствительными крыльчатка­ ми должны быть по объему минимальными. Последнее требование диктуется возможностью возникновения раз­ личных течений измеряемой ЖИДКОСТИ , вызываемых цен­ тробежными силами и 'приводящих к возникновению до­ полнительных моментов сопротивления. Указанное об­ стоятельство является крайне нежелательным для конструкции расходомера и может свести на нет преиму­ щества группы I I расходомеров, выражающиеся в удоб­ стве измерения At, как выходной величины датчика рас­ ходомера.

Указанный недостаток отсутствуете расходомере груп­ пы'!, в котором чувствительная крыльчатка заторможе­ на упругим элементом. Для исключения момента вязкого трения но входному торцу чувствительной крыльчатки между ней и вращающейся крыльчаткой устанавливает­ ся неподвижный диск, радиус которого равен минималь­ ному радиусу каналов чувствительной крыльчатки. Кон­ струкция расходомера группы I наиболее проста, а по зависимости показаний от вязкости измеряемого потока этот прибор уступает только массовым компенсационным расходомерам группы I I I .

•В расходомерах ' с асинхронным приводом чувстви­ тельных крыльчаток, в которых массовый расход пропор­ ционален энергии или току, потребляемым электропри­ водом, влияние вязкости на работу прибора является повышенным.

Это обстоятельство объясняется тем, что чувстви­ тельная и компенсационная крыльчатки нагружаются разными моментами и поэтому имеют различные угло­ вые скорости. Следовательно, и моменты на крыльчат­ ках, обусловленные вязким трением, будут различными.

Рассмотрим влияние вязкого трения на компенсационный рас­ ходомер, подробно описанный в книге Г. П. Катыса [Л. Л], с асин­

хронным электроприводом в сравнении с турборасходомером, имею­ щим тот же электропривод.

При малых скольжениях принимаем M=k'sn, Ai=k"M и Ді= =k'k"sa. Ввиду того что моменты массового расхода и моменты сил вязкого трения зависят от оборотов крыльчатки или, что то же

92