Материал: Расходомеры и счетчики количества веществ. Расходомеры переменного перепада давления, расходомеры переменного уровня, тахометрические расходомеры и счетчики

Другой путь турбулизации потока — установка перед турбинкой с зазором 0,5-3 мм неподвижных направляющих лопаток под углом 45-50° к оси трубы. Здесь турбинка может иметь как винтовые [14, 32], так и прямые [33] лопасти. При этом уменьша­ ется влияние вязкости и местных сопротивлений, а также возра­ стает крутящий момент.

14.5.УКАЗАНИЯ ПО ЭКСПЛУАТАЦИИ КРЫЛЬЧАТЫХ

ИТУРБИННЫХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ

Аксиальные турбинки весьма чувствительны к направлению движения потока, поэтому в большинстве случаев на входе, а иногда и на выходе в их конструкции предусматриваются неподвижные лопатки, направляющие поток параллельно оси трубы. Измене­ нием угла наклона хотя бы одной из этих лопаток можно воз­ действовать на частоту вращения турбинки. Несмотря на при­ сутствие струевыпрямителей, турбинные расходомеры нельзя ус­ танавливать рядом с местными сопротивлениями.

В работе [3] приведены результаты исследования влияния мест­ ных сопротивлений на входе на показания ряда турбинных пре­ образователей расхода. Наибольшее влияние оказывают местные сопротивления, создающие сильное одностороннее пережатие по­ тока, а также сопротивления, вызывающие винтовое движение. Тем не менее прямой участок трубы между местным сопротив­ лением и турбинным преобразователем, равный всего 10D, в боль­ шинстве случаев оказывается достаточным для снижения влия­ ния местного сопротивления до пренебрежимо малого значения. Применение мелкоячеистых сеток и других типов турбулизаторов [2, 3] на входе перед турбинным преобразователем оказыва­ ется также весьма эффективным для устранения деформаций потока, вызываемых местными сопротивлениями.

Изменение пространственной ориентации (вертикальная или горизонтальная установка) изменяет условия работы подшипни­ ков и поэтому может оказать влияние на градуировочную зави­ симость, особенно при малых расходах, как это видно из резуль­ татов испытаний, приведенных в работе [62]. Вместе с тем в рабо­ те [10] указано, что большинство конструкций турбинных расхо­ домеров малочувствительны к изменению пространственной ори­ ентации.

Большое значение для обеспечения не только стабильности статической характеристики преобразователя расхода, но и дли­ тельного срока его службы имеет надежная работа опор. Усло­ вия их работы весьма тяжелые — высокая частота вращения Тур­ биной, доходящая до нескольких сотен оборотов в секунду, и от­ сутствие в большинстве случаев подачи смазочного материала к подшипникам. Поэтому смазывающая способность измеряемо­

303

го вещества весьма желательна. Но у сухих газов и кислот она полностью отсутствует. Изменение смазывающей способности из­ меряемой жидкости может оказывать влияние на характеристи­ ку расходомера. Так, при переходе от воды к керосину (вязкости их близки друг к другу) наблюдалось возрастание частоты вра­ щения турбинки, особенно это проявлялось в переходной зоне при уменьшении расхода.

Механические примеси недопустимы. Испытания показали, что при работе на мазуте подшипники турбинных расходомеров РВН быстро выходили из строя [37]. Если момент трения в подшип­ никах составляет небольшую часть от общего момента сопротив­ ления, то замену износившихся подшипников можно делать даже без переградуировки расходомера [24]. Но если момент трения существен, то постепенное изнашивание подшипников будет вли­ ять на показания. В этих случаях необходимо проводить перио­ дическую проверку градуировки расходомера.

Изменение температуры и давления, сопровождающееся изме­ нением плотности и вязкости измеряемого вещества, будет вли­ ять на градуировочную характеристику, главным образом у га­ зов. Так, изменение плотности вызывает изменение движущегося момента и сказывается на показаниях расходомера, особенно при малых числах Re [56]. С уменьшением плотности уменьшается частота вращения турбинки и возрастает порог чувствительности приблизительно обратно пропорционально квадратному корню из отношения плотностей. Так, при испытании одного преобразовате­ ля его показания на гелии по сравнению с показаниями на возду­ хе снизились при gmax на 2,5 % , а при 20 % дш х даже на 7 % .

В процессе эксплуатации оси турбинных расходомеров изна­ шиваются, особенно на газе, в связи с чем некоторые изготовите­ ли ограничивают их срок службы семью годами, например для приборов типа «Тургас». Но имеются данные, свидетельствую­ щие о возможности более длительной работы турбинных расхо­ домеров. Так, в Нидерландах провели повторную градуировку большого числа турбинных расходомеров газа после 5—15 лет их работы. Градуировочная характеристика изменилась лишь на 0,1 -

0,2 %.

Вертикальная или горизонтальная установка изменяет уело- . вия работы подшипников, и это может влиять на градуировку, особенно при малых расходах, но в большинстве конструкций крыльчатые расходомеры малочувствительны [10] к изменению пространственной ориентации.

Изменение плотности газа сказывается на скорости вращения турбинки. В результате испытания турбинки диаметром 10 мм (градуированной на воздухе при абсолютном давлении 0,2 МПа) на азоте, аргоне и гелии при давлениях 0,2 и 0,9 МПа и расходах от 2 до 14 м3/ч. Значения плотностей р газов были в пределах от 0,3 до 1,5 кг/м3. При давлении 0,2 МПа, когда у гелия р = 0,3 кг/м ,

304

а у азота, аргона и воздуха р= (2,4+2,5) кг/м3, скорость вращения турбинки на гелии снизилась на 4 % по сравнению с остальными газами во всем диапазоне измеренных расходов от 4 до 14 м3/ч. При давлении же 0,9 МПа, когда у гелия р = 1,3 кг/м3, у аргона р= 14,6 кг/м 3 и азота р= 10,4 кг/м 3, скорость вращения на гелии снизилась на 2 -3 % только при малых расходах 2-4 м3/ч.

В сообщении на конференции «Flomeko-93» в Сеуле рассмот­ рено влияние завихрения потока на показания турбинных рас­ ходомеров.

14.6.ВЫБОР ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ АКСИАЛЬНЫХ ТУРБИНОК

Кчислу основных параметров аксиальной турбинки относят­ ся: число лопастей г, их высота ft, толщина 5 и длина I в направ­ лении оси турбинки, угол <р, образуемый лопастями с плоскостью, перпендикулярной к оси турбинки, и зазор Л3 между корпусом и турбинкой.

Высота лопастей Л = 0,5 (DB - DH), где DBи Du — верхний и нижний диаметры турбинки соответственно. Высота ft должна быть небольшой, чтобы избежать неблагоприятного влияния не­ постоянства углов атаки, различия осевых угловых скоростей и явлений, связанных с центробежными силами. При небольших диаметрах трубопровода высота ft не может быть большой. Здесь лопатки укрепляют непосредственно на ступице (см. далее рис. 140, а), диаметр которой DCT при DB= 10 мм обычно равен 0,5ПВ. Тогда ft = 0,5 (DB- 0,5DB) = 0,25 DB. При значительных же

диаметрах DB лопатки приходится укреплять на ободе (см. рис. 140, б), диаметр которого достигает (0,8+0,85) £>в. При этом ft= 0,5 (DB - 0,8ПВ) =0,1 DB.

Момент сопротивления М в и момент инерции турбинки возра­ стают с увеличением числа z лопастей. Но при слишком малом z возможно уменьшение движущего момента М д вследствие не­ достаточного взаимодействия части струй потока с лопатками. В работе [10] рекомендуется выбирать z так, чтобы расстояние между лопастями, или иначе, шагН лопастей на верхнем диамет­ ре DBбыл не менее высоты ft лопастей. Полагая Н = ft, получим уравнение z = nDB/h для определения г. Учитывая, что ft лежит в пределах (0,25+0,1) DB, найдем, что с увеличением DBчисло ло­ пастей z возрастает от 12 до 30. На практике ограничиваются меньшим числом лопастей — от 4 до 24. При выборе z надо помнить, что моменты Мд и М в зависят не просто от г, а от произ­ ведения zl9 поэтому при уменьшении I надо увеличивать z и на­ оборот. От значения I зависят густота решетки т = l/H sin <р и шаговое перекрытие рш = l/H tgcp. С увеличением I возрастают значения как т, так и рш. Оптимальные значения т и рш, при

305

20 П . П . Кремлевский

Рис. 138. Зависимость оптимальных значений т и рш от угла <р лопасти

Рис. 139. Зависимость отношения SK/tg а от угла<р при различных зна­

чениях т

которых скольжение, вызываемое моментом М в, минимально, приведены согласно [10] на рис. 138. С учетом других моментов сопротивления — М т и М п значения т и рш, приведенные на рис. 138, следует несколько увеличить.

Осевая длина лопастей I обычно постоянна по высоте, но как показали опыты [34] с турбинкой, имевшей DB - 100 мм, уменьше­ ние I с увеличением радиуса г при условии lr = const увеличивает область линейной характеристики в сторону малых чисел Re. Толщина 8 лопастей должна быть минимальной. Для лопастей из стали и алюминиевых сплавов 8 составляет 0,8, 1,0 и 2,0 мм для D менее 50 мм, от 50 до 150 мм и свыше 150 мм соответствен­ но [23].

Степень шероховатости лопастей и форма их входных кромок влияют на показания расходомера [9]. В работе [60] для облегче­ ния стандартизации турбинных преобразователей рекомендуется иметь хорошо обработанные гладкие лопасти и острые входные кромки. (Последняя рекомендация сомнительна, так как острые кромки в процессе эксплуатации будут затупляться.)

Весьма важное значение для работы турбинного преобразова­ теля расхода имеет установочный угол ф, который образуют ее лопасти с плоскостью, перпендикулярной к оси турбинки. С уве­ личением значения ф возрастает отношение ш/д0 и, следователь­ но, чувствительность, но также возрастают момент сопротивле­ ния и скольжения SK. В работе [10] рекомендуется определять угол исходя из минимума отношения SK/tg а, где а = рср - ф — угол атаки, которому пропорционален коэффициент подъемной силы. На рис. 139 даны зависимости SK/tg а от угла ф для раз­ ных значений густоты решетки т. Оптимальные значения углов Ф для различных т лежат на линии 1, соединяющей минималь­

306