18.2. Турбосиловые расходомеры

Принцип действия и общая характеристика. Турбо-силовыми называют силовые расходомеры, в преобразователе которых в результате силового воздействия, пропорционального массовому расходу, поток закручивается.

Рис. 190. Принципиальная схема турбосилового расходомера

На рис. 190 показана принципиальная схема такого расходо­мера при внешнем силовом воздействии. Внутри трубопровода 2 установлен ротор 3 с малым радиальным зазором, имеющий ка­налы для прохода жидкости, разделенные перегородками, парал­лельными его оси, или же выполненный в виде прямолопастной крыльчатки. Ротор вращается от электродвигателя / с угловой скоростью со и закручивает жидкость, которая приобретает винто­вое движение, показанное стрелками. Далее жидкость поступает на ротор 5, закрепленный на пружине 6, и закручивает послед­нюю на угол ф, пропорциональный массовому расходу. Неподвиж­ный диск 4 уменьшает вязкостную связь между роторами.

Главный момент количества движения жидкости 1_Х относи­тельно оси вращения роторов определяется выражением

где J_x — момент инерции закручиваемой жидкости относительно оси вращения; со — угловая скорость вращения жидкости.

Обозначим через т массу вращающейся жидкости, а через г_с средний радиус каналов ротора 3. Очевидно, J_х = г\т. Тогда

1_Х = <х)г1т.

Из закона моментов следует, что dljdt = М, где М — глав­ный момент всех внешних сил, действующих на жидкость со стороны ротора 3.

Отсюда

М = ш²_с dm/dt = cor!Q_M, (204)

так как Q_M = dm/dt.

Момент М не учитывает сопротивления от момента М_в, соз­даваемого силами вязкостного трения на поверхностях ротора, и от момента М_м, создаваемого силами трения в подшипниках. Крутящий ротор 3 момент М_к должен преодолевать все эти мо­менты. Следовательно,

М_К = М + М_В + М_М. (205)

Чтобы исключить появление дополнительной погрешности измерения массового расхода, моменты М_в и М_м должны со- хранять постоянное значение или же быть компенсированы. С увеличением наружного радиуса г_х каналов роторов или ло­пастей крыльчаток чувствительность расходомера увеличивается. Для жидкостей радиус г_х обычно принимают равным радиусу трубопровода или несколько больше. Для газа же рекомендуется значительно увеличивать г_х. Внутренний радиус г₂ чаще всего ра­вен радиусу ступицы. Длину / лопастей выбирают так, чтобы обе­спечить закрутку всех частиц потока, проходящих через ротор при наибольшем измеряемом расходе. Обозначая через v соответ­ствующую среднюю скорость потока в осевом направлении, по­лучим / >■ tv, где t — время поворота крыльчатки между смеж­ными лопастями. Так как t — 2k/zg), где z — число лопастей, то, следовательно, имеем lz ^ 2яс/со.

Таким образом, длина лопастей / должна быть тем больше, чем меньше их число z. Брать большое число z не рекомендуется из-за загромождения проходного сечения, а также увеличения трения жидкости о лопасти и соответственно потери давления. Угловая скорость вращения жидкости со при внешнем воздействии в боль­шинстве случаев соответствует 1500 об/м, но имеются расходо­меры и с большей угловой скоростью. Если электродвигатель от­сутствует и закручивание потока происходит за счет его потенци­альной энергии с помощью роторов, имеющих наклонные лопатки, то скорость со возрастает с увеличением расхода.

Турбосиловые расходомеры применяются чаще, чем кориоли-совые и гироскопические, особенно для более значительных рас­ходов. Максимальные расходы для жидкости от 6 до 300 т/ч при диаметрах труб от 50 до 200 мм. Они более компактны по сравнению с кориолисовыми и гироскопическими. Их погрешность ± (0,5-f-~2) % от предела шкалы. Постоянная времени около 1 с. Рас­смотрим их разновидности.