§ 9.6. Турбинные расходомеры

Турбинные расходомеры применяются для измерения мгно­венного или суммарного расхода топлива. Существуют также комбинированные расходомеры, измеряющие как мгновенный, так и суммарный расход.

Рассмотрим схему и особенности конструкции комбинирован­ного расходомера, используемого на самолетах с газотурбинны­ми двигателями. Расходомер состоит из датчика, указателя и тиратронного прерывателя. Кинематическая схема датчика изобра­жена на рис. 9.18. Датчик выполняет две функции: измерение суммарного и мгновенного расходов.

Для измерения суммарного расхода в датчике имеется тур­бина 4, приводящая во вращение через червячную передачу 3 магнитную муфту, состоящую из двух магнитов 1 и 2, разделен­ных немагнитной стенкой. Вторичный магнит 1 связан с контакт­ным прерывателем, который при каждом обороте магнита замы­кает и размыкает электрическую цепь, ведущую к указателю (прерыватель на рис. 9.18 не показан).

Для измерения мгновенного расхода в датчике имеется тур­бина 5, связанная с тахометрическим узлом, который выполнен по схеме магнитного тахометра и состоит из постоянного магни­та 6, токопроводящего цилиндра 8 и противодействующих пру­жин 9. На вторичном валу тахометрического узла помещен ротор сельсина 10. Вторичный вал тахометрического узла вместе с токопроводящим цилиндром, пружинами и ротором сельсина выне­сен за пределы пространства, заполненного топливом и отделен от него немагнитной стенкой 7. Взаимодействие постоянного маг­нита 6 с токопроводящим цилиндром 8 тахометрического узла происходит через немагнитную стенку 7.

Контактный прерыватель датчика соединен с тиратронным прерывателем, усиливающим импульсы электрического тока и включающим обмотку реле, расположенного в указателе. Якорь реле механически связан с храповым механизмом, который при каждом импульсе тока поворачивается на один зуб, работая как шаговый двигатель.

С храповым механизмом связана стрелка суммарного расхо­да топлива.

Обмотки статора сельсина 10 соединены с обмотками стато­ра сельсина-указателя, ротор которого связан со стрелкой, ука­зывающей мгновенный расход топлива.

Кинематическая схема указателя показана на рис. 9.19.

Мгновенный расход указывает короткая стрелка по внутрен­ней шкале; длинная стрелка указывает по внешней шкале оста­ток топлива, определяемый как разность между начальным ко­личеством топлива и израсходованным на данный момент вре­мени. Следовательно, длинная стрелка при расходовании топли­ва движется в сторону уменьшения ее показаний.

Начальное количество топлива устанавливается по внешней шкале вручную путем перевода длинной стрелки с помощью зуб­чатого колеса 13.

Расчет основных характеристик турбинного расходомера

Габаритные размеры турбины (рис. 9.20) выбирают из сле­дующих соотношений:

,

где

q — максимальное значение мгновенного расхода в см³/сек;

V — скорость протекания топлива в см/сек;

R,r и l — наружный и внутренний радиусы и длина крыль­чатки в см;

h и — длина лопасти в см и угол ее наклона;

z — число лопастей (обычно z = 5-10);

K_г — гидравлический шаг турбины, равный 5—20 см (гидравлический шаг — это шаг винта, образуе­мого лопастью, если ее продолжить до полного оборота).

Нагрузочный момент

M_н=М_Т+М_ж,

где М_т — приведенный момент трения скольжения, учитываю­щий трение в подшипниках, редукторе и контактном прерывателе;

М_ж — момент жидкостного трения.

Момент М_ж определяется по формуле:

,

где

,

Q – плотность топлива,

- коэффициент сопротивления, равный для ламинарного потока (Re<2320) и для турбулентного потока (Re>2320)

,

Re – число Рейнольдса, равное для некруглых сечений

,

- кинематический коэффициент вязкости

R_Г – гидравлический радиус, равный

,

Погрешность расходомера суммарного расхода топлива определяется в основном погрешностью от нагрузки крыльчатки.

Относительная погрешность от нагрузки крыльчатки определяется по формуле:

.

где п_иД – скорость вращения идеальной крыльчатки, равная

,

п – скорость вращения при нагрузке,

п_з=п_нД-п – скорость закрутки потока, равная

,

F – проходное сечение в см²

Уменьшение погрешности от нагрузки достигается увеличением длины крыльчатки l и снижением моментов трения.

Погрешности расходомера мгновенного расхода топлива скла­дываются из погрешностей от нагрузки крыльчатки, погрешно­стей измерения ее угловой скорости тахометрическим узлом (см. гл. VIII) и погрешностей сельсинной дистанционной передачи угла.