Файл: Вопросы водного хозяйства [сборник]..pdf

одного из сигналов на АВМ и запись совместных вероят­ ностей в МОЗУ. Возможна независимая работа этих узлов от двух приемников скоростей.

Узел получения и оперативной обработки части дан­ ных (гидравлическая циркуляционная установка, устрой­ ства для измерения скоростей и АВМ) предназначен для получения исходной информации о кинематике по­ тока в аналоговой форме, формирования сигналов и опе­ ративного получения основных статистических характе­ ристик турбулентности одной из измеряемых величин или смешанных моментов второго порядка двух изме­ ряемых величин.

Выходящие с суммирующих усилителей (рис. 2) три

сигнала V -*, Ve , V9 , которые ставятся в соответствие

/и /

—>

модулю вектора скорости /ы/ и двум углам его простран­ ственного положения 0 и <р, являются исходной инфор­ мацией о поведении скорости в турбулентном потоке.

Эти сигналы в зависимости от того, какие необходимо получить статистические характеристики, подаются ли­ бо на аналоговую вычислительную машину, либо в узел накопления информации.

102

Как уже указывалось выше, аналоговая вычислитель­ ная машина в узле получения и оперативной обработки данных используется для формирования электрических сигналов от приемника скоростей, ввода их по каналам связи в узел накопления и предварительной обработки данных.

Рис. 2. Электрическая схема измерения скоростей и формирования

При обработке сигналов на АВМ модуль вектора скорости получается на выходе' блока нелинейности

/u/=f(v) путем пропускания через него сигнала V/ul.

К — постоянные; п — показатель степени). С использо­ ванием нескольких блоков нелинейности, усилителей, блоков умножения и деления машины МНБ можно по­ лучить приближенные значения компонент скорости нь

и2, и3.

Удобство обработки информации эксперимента на АВМ определяется наличием в ее составе решающих уси­ лителей и различных функциональных блоков, обеспечи­ вающих осуществление разнообразных математических операций в реальном масштабе времени над электриче­ скими сигналами Искомые статистические харак­ теристики случайных сигналов, являющиеся информаци­ ей о поведении скорости течения жидкости, получаются

103

после пропускания их через структурные схемы, собирае­ мые из усилителей и функциональных блоков АВМ. Ука­ занная методика обработки обладает еще и тем достоин­ ством, что допускает непрерывный контроль за промежу­ точными и конечными результатами путем вывода на индикаторы сигналов из различных участков структур­ ной схемы и оперативное вмешательство в процесс эк­ сперимента. Структурная схема обработки сигналов за­ висит от вида получаемых статистических характеристик случайной величины. Наиболее простой вид имеет схема, если предназначена для получения безусловных цент­ ральных моментов.

Для получения набора характеристик пространствен­ ных турбулентных течений в систему включен узел на­ копления и предварительной обработки полного объема данных (рис. 1), состоящий из преобразователя напря­ жение-код, блока управления магнитным оперативным запоминающим устройством (МОЗУ), сумматора, блока управления перфорацией и перфоратора.

Электрические схемы преобразователя напряжениекод, блока управления МОЗУ, сумматора, блока уп­ равления перфорацией выполнены на стандартных ячей­ ках ЭВМ «Минск-22». При подключении этих схем к МОЗУ не требуется согласование характеристик вход­ ных и выходных сигналов (амплитуда, длительность, крутизна фронтов, нагрузочная способность и др.).

Преобразователь напряжение-код предназначен для преобразования в двоичные коды трех напряжений, по­ ступающих с устройства формирования сигнала.

Блок управления МОЗУ предназначен для управле­ ния работой МОЗУ в комплексе с преобразователем на­ пряжение-код и сумматором. Он вырабатывает серию командных импульсов, необходимых для занесения в МОЗУ импульса генератора по адресу, соответствую­ щему трем входным сигналам.

Магнитное оперативное запоминающее устройство предназначено для приема, накопления информации о совместной вероятности пульсаций модуля вектора ско­ рости и двух углов его пространственного положения или трех компонент и выдачи этой информации на перфо­ рацию.

Накапливающий сумматор времени реализует опе­ рацию сложения импульсов, соответствующих опреде­ ленному адресу МОЗУ.

104

Накопленная в МОЗУ информация выводится на те­ леграфную ленту перфоратора с помощью блока управ­ ления перфорацией.

Окончательная обработка информации, полученной в узле накопления и предварительной обработки дан­ ных, осуществляется на ЭЦВМ «Минск-22» по програм­ ме [9]. Результаты обработки печатаются на широкой ленте. При этом выдаются основные статистические ха­ рактеристики трех случайных величин, 16 координат без­ условных распределений каждой из случайных величин, графики этих распределений и 16 матриц совместных распределений двух величин при заданных значениях третьей.

Ниже приводится пример выдачи на печать основ­ ных статистических характеристик трех случайных ве­ личин.

Сумма вероятностей Р = +9970586+00 Математическое ожидание ХСР1=+3664088+02 Математическое ожидание ХСР2=+6087030+01 Математическое ожидание ХСРЗ=+7387876+01

Момент 12 М=+6152244+01 Момент 22 М = + 1271605+01 Момент 32 М = + 1913713+01 Момент 13 М = + 1384629+01 Момент 23 М=+6327411 —р1 Момент 33 М=+2517011+00 Момент 14 М = + 1051211 +03 Момент 24 М=+5417255 +01 Момент 34 М = + 1516372+0%

Коэффициент асимметрии 1К=—9073675—01

Коэффициент асимметрии 2К=+4412629—01

Коэффициент корреляции 12К=-—2199705+00 Коэффициент корреляции 13К=+2232423+00 Коэффициент корреляции 23К=—1377710+00

Разработанная система автоматизации гидравличе­ ских исследований, включа-ющая предварительную об­ работку первичной информации и завершающую обра­ ботку на ЭЦВМ, обеспечивает оперативное получение практически полного набора статистических характери­ стик турбулентности сложных случаев течения жидкости при сокращении использования машинного времени ЭЦВМ в 3+5 раз по сравнению со способом накопле­ ния первичной информации на магнитной ленте и пол­ ной обработке ее на ЭЦВМ.

105

Применение системы расширяет возможности иссле­ дований и повышает результативность инженерных ре­ шений, принимаемых на основе гидравлического модели­ рования, повышает производительность труда научных исследований в Юч-20 раз.

бом. «Труды координационных совещаний по гидротехнике», вып. 51.

мального режима работы электромеханических диффузионных пре­

измерения величины и направления скорости течения жидкости. Ав­ торское свидетельство № 366644 от 25/IX 1970 г.

4. К а л и н о в и ч А. С. Статистическая обработка первичной ин­ формации о пространственных турбулентных течениях. Госфонд ал­ горитмов и программ. Регистр. № П000150, 1972.

5. Ко тю к А. Ф., О л ь ш е в с к и й В. В., Ц в е т к о в Э. И. Методы и аппаратура для анализа характеристик случайных про­ цессов. М., «Энергия», 1967.

6. К у л и к о в с к и й Л, Ф. Автоматические информационно-из­ мерительные приборы. М., «Энергия», 1967.

7. Ч е г о л и н П. М. Автоматизация спектрального и корреляци­ онного анализа. М., «Энергия», 1969.

М. И. БИРИЦКИЙ

ТАХОМЕТРИЧЕСКИЕ РАСХОДОМЕРЫ С ГИДРОДИНАМИЧЕСКИ-МАГНИТНЫМ УРАВНОВЕШИВАНИЕМ РОТОРА

Тахометрические расходомеры обладают высокими метрологическими качествами, к которым относятся:

Qm > 10; б) ма­ а) значительный диапазон измерения — 1

Qu

лая погрешность ± (1,5-1-0,25) %; в) незначительная инерционность. Это позволяет использовать их для из­ мерения пульсирующих расходов.

Основным недостатком турбинно-тахометрических расходомеров является ограниченный срок службы, ко­ торый практически обусловлен наличием подшипнико­

106

вых опор ротора. Когда измеряемый поток обладает хорошими смазывающими и охлаждающими свойствами, расходомеры сохраняют градуировочную характеристи­ ку в течение нескольких тысяч часов. Но если в условиях эксплуатации возможны гидравлические удары, а поток обладает агрессивными свойствами, ограничивающими выбор материалов для подшипников и осей ротора, то срок службы расходомеров сокращается до нескольких часов. Поэтому с целью увеличения срока службы тахометрических расходомеров используется гидродинами­ ческое уравновешивание ротора и применяются гидро­ динамические подшипники.

Один из расходомеров с гидродинамическим уравно­ вешиванием ротора предложили Л. Л. Бошняк и Л. Н. Бызов [1]. Здесь ротор выполнен в виде тонкостен­ ного диффузора. Регулирование осевого положения ро­ тора достигается за счет вспомогательного потока, по отношению к которому ротор является золотником с от­ рицательной обратной связью. К недостаткам такой схемы следует отнести наличие вспомогательного пото­ ка, направленного навстречу основному, инерционность которого влияет на динамические свойства расходомера, а конфузорные и диффузорные участки вызывают боль­ шую неравномерность потока, пригодность для измере­ ния малых расходов.

С другой стороны, в приборостроении все большее применение находит магнитная подвеска [2]. Однако она для компенсации возникающих боковых усилий требует применения центрирующих устройств — механических при применении постоянных магнитов и электромагнит­ ных для соленоидов.

Известен поплавковый расходомер с электромагнит­ ным уравновешиванием поплавка [3]. Он состоит из ци­ линдрического вертикально расположенного корпуса, внутри которого помещен поплавок. Расходомер выпол­ нен составным из стального сердечника или постоянного магнита, помещенного в антикоррозийный материал, на котором жестко закреплены два цилиндра из ферромаг­ нитного материала. На корпусе размещен соленоид, удерживающий поплавок, следящая система из двух ка­ тушек и электромагнитная центрирующая система в ви­ де явнополюсного статора из трех, четырех и более по­ люсов, предотвращающая прилипание поплавка к стенке корпуса.

107

Недостатком поплавкового расходомера с электро­ магнитным уравновешиванием поплавка является зна­ чительное сужение потока и большой вес поплавка,

аследовательно, инерционность.

В1968 г. автор предложил тахометрические расхо­ домеры с гидродинамически-магнитным уравновешива­ нием ротора [4], свободные от вышеперечисленных недо­ статков.

Расходомер (рис. 1, а) состоит из корпуса, выпол­ ненного из немагнитопроводного материала, в котором помещен тонкостенный цилиндрический ферромагнит­ ный ротор с винтовыми лопастями. На корпусе расходо­ мера установлен соленоид, электромагнитным полем которого удерживается ротор и электрическая катушка, регистрирующая перемещение ротора. Возможно не­ сколько вариантов регистрация расхода жидкости: а) по вертикальному перемещению ротора; б) по числу обо­ ротов ротора; в) по току в соленоиде, удерживающему ротор в заданном положении.

На рис. 1,6 изображен аналогичный расходомер, от­ личающийся наличием конусного поплавка, расположен­ ного внутри ротора, и направляющего аппарата. Попла­ вок позволяет изготавливать ротор с различной объем­ ной массой.

Расходомеры устанавливаются на вертикальных уча­ стках трубопроводов. Рассмотрим силы, действующие на ротор. Последний гидродинамически-магнитно уравно­

108

вешен тогда, когда равнодействующая всех приложен­ ных к нему сил остается равной нулю в широком диапа­ зоне режимов работы

F + P + Fu = О,

где F — сила, действующая на ротор в направлении потока;

Р— сила, определяемая соотношением объемной массы ротора и плотности жидкости;

FM— сила, создаваемая магнитным полем соле­ ноида.

В горизонтальном направлении на ротор действуют радиальные как центрирующие, так и децентрирующие силы. Центрирующими силами являются магнитное по­ ле, гироскопический эффект, возникающий при быстром вращении ротора, а также силы, обусловленные вяз­ костью жидкости. При эксцентричном положении рото­ ра гидравлическое сопротивление в щелевом канале между внешней поверхностью ротора и корпусом не одинаково по окружности. Согласно уравнению Бернул­ ли статическое давление максимально в том месте, где минимальна скорость потока, а там, где максимальна скорость, минимально давление. Радиальная сила, обра­ зованная неравномерностью статического давления по внешней поверхности ротора, центрирует его в корпусе, что позволяет отказаться от центрирующих устройств. К децентрирующнм радиальным силам, которые выво­ дят ротор из равновесия, т. е. концентричного положения по отношению к корпусу расходомера, относятся центро­ бежная сила при несбалансированном роторе, гидроди­ намические силы, вызываемые асимметрией ротора и других деталей, а также внешние возмущающие силы, вибрация и др. Необходимо стремиться к тому, чтобы децентрирующие силы были минимальными или от­ сутствовали.

К достоинствам расходомеров с гидродинамическимагнитным уравновешиванием ротора относятся: 1) дли­ тельный срок службы, обусловленный отсутствием тру­ щихся деталей; 2) устойчивость к гидравлическим ударам; 3) полная герметизация внутренней полости расходомера, что особенно важно при измерении расхода агрессивных и токсичных сред.

Тахометрические расходомеры с гидродинамически-

109