который отбирается после ротора \ На заднем направляющем ап парате имеется заборная воронка с наружным диаметром, превосхо дящим диаметр ступицы ротора. Часть потока, попадающая в во-
Рис. 156. Принципиальные схемы разгрузки упорного подшипника осевых крыльчато-тахометрических преобразователей
/ — передний направляющий аппарат; 2 — крыльчатка ротора; 3 — задний направляющий аппарат; 4 — поворотная пластина; 5 — цилиндрический насадок; в — коноидный обтекатель; 7 — сужающее устройство
ронку, создает повышенное давление внутри неподвижного цилиндри ческого насадка; это давление воздействует на торец втулки ротора и создает силу, направленную против силы воздействия потока. По схеме рис. 156, д измеряемый поток на входе в преобразователь делится1
1 Авт. свид. № 241724.
на два потока и поступает на ротор, несущий две крыльчатки с рав ными, но противоположными углами установки лопастей г. Пройдя через крыльчатки, потоки направляются на двусторонний коноид, играющий роль регулятора положения ротора. Система отличается
сложностью, |
сведений об ее использовании в печати не имеется. |
В схемах |
[174] (рис. 156, е, ж) применен принципиально иной |
метод гидродинамической разгрузки упорного подшипника 1.2 Здесь в зоне ротора искусственно создается (за счет сужения потока) неравномерное поле статического давления так, что равнодействую щая сил давления направлена навстречу потоку. Осевая неравно мерность поля статического давления обеспечивает таким образом движение ротора против потока. Для обеспечения равновесия ротора необходим регулятор положения, создающий силу в направлении потока в крайнем левом положении ротора. В схеме (рис. 156, е) в этом положении ротор запирает сужающее устройство и силами скоростного напора отодвигается вправо. В схеме (рис. 156, ж) аналогичный эффект достигается за счет неравенства наибольшего диаметра переднего обтекателя и диаметра «юбочки» ротора. Послед няя схема широко используется на практике и хорошо зарекомен довала себя. Разгрузка упорного подшипника положительно сказы вается на характеристиках преобразователя, увеличивает его срок службы, но не снимает эффектов, связанных с биением и трением
врадиальных подшипниках.
ВЛМИ разработано и исследовано несколько различных по схе мам тахометрических преобразователей с роторами, полностью уравновешенными гидродинамическими силами, без каких-либо подшипниковых опор. Прибор (рис. 157, а), предложенный в 1959 г. Ю. Н. Герулайтисом, представляет собой комбинацию крыльчатотахометрического преобразователя с ротаметром. Здесь расход опре деляется по частоте вращения ротора, а обтекаемое тело ротаметра
играет роль груза, уравновешивающего силы, сносящие ротор. При большой конусности трубок (1 : 5—1 : 10) осевое вертикальное перемещение ротора невелико, и поэтому создание вторичного пре образователя не встречает затруднений. Проведенные испытания полностью подтвердили высокие метрологические качества такого датчика, способность работы в диапазоне изменения расходов 1 : 10 и более, хорошее центрирование ротора даже при небольшом крене вертикальной трубки. Недостатком такого преобразователя является увеличение постоянной времени Т из-за значительной массы ротора и несколько повышенное значение Rerp.
В преобразователях (рис. 157, |
б, в) для создания противо |
действующей |
силы использовано |
сужение потока |
(сравнить |
с рис. 156, д, |
е) в сечениях А —А; |
регулирование же |
положения |
ротора осуществляется за счет вспомогательного ответвленного по тока, направление движения которого показано штриховыми ли ниями. Пониженное в сечениях А —А статическое давление восста-
1 Патент Франции № 1357646.
2 Патент США № 709336.
со
о
Рис. 157. Принципиальные схемы безопорных, гидравлически уравновешенных роторов крыльчатотахометрических преобразователей:
1 — крыльчатка ротора; 2 — коническая трубка; 3 — ротаметрический поплавок; 4—дисковый клапан; 5 —обте катель; 6 — ротор с диффузором; 7 — конфузор; 8 — жиклер; 9 — неподвижный винт; 10 — струевыпрямитель; 11 — входной; 12 — выходной клапаны
навливается в сечениях Б —Б. В первой схеме крыльчатка ротора жестко связана с диском, расположенным во внутренней полости обтекателя; разность давлений справа и слева от диска создает силу, уравновешивающую осевое усилие, приложенное к крыльчатке. По отношению к ответвленному потоку диск играет роль золотника с отрицательной обратной связью. При смещении ротора в осевом направлении из положения равновесия меняется степень перекры тия отверстий в обтекателе и величина вспомогательного потока, а следовательно, и разность давлений по сторонам диска; появляется сила, восстанавливающая равновесное положение ротора.
Соосность ротора с корпусом обеспечивается за счет продольного течения внутри обтекателя и зависимости гидравлического сопро тивления в щелевом зазоре от величины этого зазора. При эксцентри ситете ротора относительно обтекателя в месте минимального зазора сопротивление движению жидкости будет максимальным, поэтому скорость движения жидкости вдоль этой образующей будет меньше средней, а статическое давление — больше среднего по зазору. За счет разности статических давлений в диаметральном направлении появляется сила, уничтожающая эксцентриситет.
Возникновение и регулирование осевой восстанавливающей силы (рис. 157, в) происходит аналогичным образом. Ротор, выполненный в виде пустотелой втулки с внутренней винтовой крыльчаткой, своим внешним буртиком осуществляет регулирование вспомога тельного потока. Поддерживающая боковая сила создается вихре вым движением жидкости, для чего перед встречей с ротором вспо могательный поток проходит тангенциальные отверстия. Преоб разователи, выполненные по этим схемам, прошли испытания, подтвердившие их работоспособность.
Совершенствование их конструкций (в частности, с целью сни жения величины Rerp) было приостановлено в связи с разработкой тахометрического преобразователя (рис. 157, г)1. Здесь необходимое для создания осевой восстанавливающей силы изменение статиче ского давления достигается иначе. Ротор этого преобразователя имеет прямолопастную крыльчатку; перед ним установлен напра вляющий аппарат в виде неподвижного винтового завихрителя. Пройдя завихритель, поток приобретает вращательное движение, на кинетическую энергию которого расходуется потенциальная энергия давления. За ротором расположен струевыпрямитель с ло пастями, заходящими на цилиндрический хвостовик ротора. С по мощью струевыпрямителя гасится вращательное движение потока
и к |
сечению Б — Б восстанавливается |
статическое давление. |
Раз |
ность |
давлений (р Б_Б — Р а - а ) создает |
уравновешивающую |
силу, |
регулирование которой осуществляется воздействием на вспомога тельный ответвленный поток (показан штриховой линией). При малом зазоре между ротором и завихрителем во внутренней полости обтекателя устанавливается давление, близкое к полному давлению в потоке перед завихрителем. При смещении ротора вниз по потоку1
1 Авт. свид. № 170702,
величина вспомогательного потока возрастает, увеличиваются гидра влические потери во входном жиклере, через который вспомогатель ный поток попадает во внутреннюю полость обтекателя и давление в ней понижается. Следовательно, и в этом случае ротор выполняет по отношению к вспомогательному потоку функции золотникового регулятора с отрицательной обратной связью. Выполненные по этой схеме датчики на Dy = 10 мм имеют приведенную погрешность из мерения ±0,5% в рабочем диапазоне 10 : 1; максимальный перепад давления не превышает 0,5-106 Па, [ReDfl]rp «=? 2,4 -103.
■Известна еще одна разновидность тахометрического преобразо вателя с плавающим ротором, разработанная в Государственном
институте |
прикладной химии (ГИПХ) [4]. В этой схеме (см. |
рис. 157, |
д) регулирование осевого положения ротора осуществляется |
с помощью двух жестко связанных конических клапанов. Путь движения потока через прибор показан на рисунке стрелками. Когда поток стремится увеличить степень открытия одного из кла панов, одновременно прикрывается второй клапан. Вследствие этого оба клапана независимо от скорости потока всегда открыты на одинаковую величину. В этой схеме в поддержании равновесного положения ротора участвует не часть потока, как в предыдущих случаях, а весь измеряемый поток, что приводит к неизбежности вы соких перепадов давления на преобразователе. Подробные сведения о других конструкциях скоростных тахометрических расходомеров имеются кроме уже упоминавшихся работ [18 и 72 ] в монографии
[60].
4. Прочие измерители объемного расхода
Кроме рассмотренных выше простейших измерителей объемного расхода в промышленных установках и при технических исследова ниях применяются расходомеры, основанные на иных принципах действия. Из-за ограниченного объема главы ниже дается лишь краткая характеристика некоторых из них и приводятся ссылки на литературные источники, снабженные, как правило, обширной библиографией.
Ультразвуковые расходомеры. Они основаны на взаимосвязи между скоростью измеряемого потока и скоростью распространения звуковых колебаний между двумя точками трубопровода. Первич ный преобразователь такого расходомера представляет собой отре зок трубопровода с установленными на его стенках двумя пьезо электрическими датчиками, играющими роль излучателя и прием ника высокочастотных колебаний. Измеряемым параметром может быть сдвиг фаз или разность частот колебаний, направляемых но потоку или против него. Как указывается в работе [13], основные источники погрешностей ультразвуковых расходомеров следующие: а) изменение скорости распространения колебаний из-за изменения плотности потока; б) отражение ультразвукового луча; в) зависи мость показаний от числа Re (вследствие того, что фактически изме ряется не средняя по сечению трубы скорость, а средняя скорость вдоль ультразвукового луча). Электронно-акустическая аппаратура
