RU1800275C - Устройство дл измерени расхода жидкости - Google Patents

Abstract

Использование: в измерительной технике учета водно-энергетического баланса гидростанций. Сущность изобретени : гидравлическа  турбина установлена между двум  уровнемерами и содержит ругулирующий орган, соединенный с преобразователем углового перемещени  через профилированный клин, выходы вычислительного устройства соединены с индикатором расхода и интегрирующим прибором. 2 ил.

Description

Изобретение относитс  к измерительной технике и может быть использовано при эксплуатации гидростанций дл  водно- энергетических расчетов.

Цель изобретени  - повышение точности измерений за счет увеличени  функциональности вычислительного устройства, конструктивного улучшени  датчика открыти  направл ющего аппарата и применени  устройства, позвол ющего учитывать напор посредством уровнемеров.

Теоретической основой предлагаемого изобретени   вл етс  принцип решени  математического уравнени , определ ющего расход воды. Расходы воды через гидравлическую турбину определ етс  как расход через затопленное отверстие и равен:

- коэффициент расхода, который зависит от геометрических размеров и конфигурации отверстий, в частности проходов между лопатками направл ющего аппарата турбины и. угла разворота лопастей турбины . При регулировании мощности турбины величина мен ет свое значение:

о) - площадь отверсти , через которое происходит истечение жидкости, в данном случае эта величина определ етс  величиной S открыти  направл ющего аппарата;

Z0 - разность уровней перед отверстием и после него. С учетом скорости подхода воды эта разность будет равна:

& 2g

м,

где Н - разность уровней верхнего и нижнего бьефов с учетом потери напора на сороу- держивающей решетке.

Скорость подхода V0 в верхнем бьефе очень мала и ею можно пренебречь. Таким образом, величина расхода через турбину (при отсутствии деривации) будет:

Q SKV2gH,M3/c, где К - коэффициент пропорциональности. При наличии деривации необходимо учитывать потери напора в напорном туннеел

с

00

о

го

XJ

ел

ле или в турбинном водоводе, Эти потери пропорциональны квадрату расхода через турбину:

, м,

где b - коэффициент пропорциональности. Тогда при наличии водовода расход через турбину равен:

Q- ft SКV2g(H-Ah), м3/с.

Новым признаком предлагаемого объекта  вл етс  то, что он содержит вычислительные блоки, которые решают данное уравнение. Дл  каждой турбины на основании натурных испытаний определ етс  нелинейна  зависимость Q fS, котора   вл етс  физической характеристикой данной турбины. Обычно конфигурации этих кривых идентичны при разных напорах на турбину и отражают изменени  коэффициента расхода в зависимости от изменени  открыти  направл ющего аппарата турбины . Открытие направл ющего аппарата турбины устройство вы вл ет посредством измерительного преобразоаател  углового перемещени , кинематически св занного с регулирующим органом турбины через профильный клин. Клин служит не только дл  вы влени  открыти  направл ющего аппарата турбины, но и дает коррекцию на изменение коэффициента расхода при регулировании открыти  направл ющего аппарата . Это достигаетс  тем. что профиль рабочей поверхности клина выполнен не пр молинейным, а в виде кривой . Длина клина равна или пропорциональна полной длине хода Змакс поршн  сервомотора направл ющего аппарата турбины. Высота клина соответствует наибольшему открытию направл ющего аппарата, пропорциональна наибольшему расходу воды через турбину и  вл етс  определ ющей дл  максимального угла поворота ротора измерительного преобразовател  углового перемещени  в электрический сигнал.

Применение устройства, измер ющего напор на турбину (преобразователь перепада давлений),  вл етс  новым признаком объекта и основано на том, что содержит датчики уровн  и схему измерени  . Датчик уровн  представл ет собой рейку, длина которой соответствует диапазону колебаний уровн , с размещенными в ней по всей длине электродами с расчетом, исключающим образование мениска жидкости между ними. Рейка опускаетс  в жидкость вертикально и закрепл етс  в неподвижном состо нии . При повышении уровн  электроды замыкаютс  жидкостью, при этом замыкаетс  электрическа  цепь, состо ща  из шин с посто нными напр жением, резисторов и

конденсатора, размещенных в рейке и залитых компаундом. Конденсатор при этом зар жаетс , пропустив импульс по электрической цепи. При понижении уровн  жидкости электроды размыкаютс  и конденсатор разр жаетс  через резистор. Импульсы зар да-разр да конденсатора преобразуютс  формирователем импульсов и поступают в логическую схему, Логическа  схема, играюща  роль схемы измерени , состоит из триггеров и логических элементов, формирующих информацию о повышении или понижении уровн . Импульсы отдатчика уровн  верхнего бассейна, возникающие при повышении уровн , поступают на один

общий ввод схемы измерени . На другой общий ввод поступают импульсы от датчиков верхнего и нижнего бассейнов, возникающие при понижении уровн  верхнего бассейна и при повышении уровн  нижнего

бассейна. Все физические величины, определ ющие расход через турбину, вы вленные датчиком открыти  направл ющего аппарата и устройством по определению напора , преобразуютс  в электрические сигналы , которые поступают на вычислительное устройство, вычисл ющее расход и сток воды через турбину (см.а.с.№ 1262992).

На фиг.1 изображена структурна  электрическа  схема устройства дл  определени  расхода и стока через турбину; на фиг,2 - схема профильного клина и его геометрические параметры в системе координат. Устройство дл  определени  расхода и

стока через турбину (фиг.1) состоит из датчиков 1 уровн , расположенных в верхнем и нижнем бассейнах. Датчики электрически св заны с распределителем импульсов 2 (интегратор), который расположен там же,

где и вычислительное устройство, и представл ет из себ  реверсивный счетчик импульсов . Интегратор 2 св зан- с вычислительным устройством, которое состоит из сумматора 3, масштабного усилите0 л  4, блока 5 возведени  в степень.

Другую электрическую цепь к вычислительному устройству образует датчик б от- .крыти  направл ющего аппарата, кинематически св занный с сервомотором

5 направл ющего аппарата турбины. Электрический сигнал от датчика 6 поступает на масштабный усилитель 7 вычислительного устройства. Сигналы от датчиков уровн  и открыти  направл ющего аппарата, приведенные к общей системе величин, последовательно проход т вычислительные блоки и показывающие приборы: множительный блок 8, блок 9 возведени  в степень, масштабный усилитель 10, показывающий интегрирующий прибор 11, представл ющий из себ  счетчик электрической энергии, прота- рированный в единицах стока, или прибор подобной -конструкции, специально изготовленный дл  данной цели, показывающий прибор 12, выполненный в виде вольтметра или амперметра, отградуированный в единицах расхода. Датчик открыти  направл ющего аппарата состоит из преобразовател  углового перемещени  13, выполненного с применением, синусно-косинус- ного поворотного трансформатора. Преобразователь 13 посредством рычага 14 св зан с профильным клином 15, профиль которого описываетс  уравнением . Дл  защиты преобразовател  13 от воздействи  сырой среды предусмотрена его установка в сухом помещении. Тросик 16 с блоком 17 св зывает преобразователь 13 со штоком 18 сервомотора направл ющего аппарата . Кинематическую схему уравновешивает противовес 19.

Устройство дл  определени  расхода и стока воды через гидравлическую турбину работает следующим образом.

Импульсы, исход щие от датчика, при

повышении уровн  верхнего бьефа и понижении уровн  нижнего бьефа поступают на

один общий вход измерительной схемы - интегратора 2, а импульсы от датчиков уровн  1 верхнего и нижнего бьефов, возникающие при понижении уровн  верхнего бьефа и повышении уровн  нижнего бьефа, поступают на другой общий вход измерительной схемы, котора  дл  вычислени  расхода создает на своем выходе код числа, соответствующий действующему напору, и сообщает вычислительному устройству. Сюда же поступает сигнал от датчика 6. Сумматор 3 от величины напора вычитает поправку на потери напора во входной магистрали. Блок 5 извлекает квадратный корень из полной величины напора, масштабные усилители 4 и 7 привод т сигналы от датчиков 1 и 6 к общей дл  вычислительного устройства системе величин. Конечные результаты от обработки сигналов от датчиков 1 и 6 поступают на множительный блок 8. По одному из в.ыходов из множительного блока 8 через блок 9 возведени  в степень и масштабный усилитель 10 направл етс  сигнал в сумматор 3, представл ющий величину потери напора в деривации дл  коррекции значени  полного напора. Второй выход направлен к прибору 11, интегрирующему расход и показывающему сток через турбину . Третий выход направлен к прибору 12 - индикатору расхода.

Датчик открыти  направл ющего аппарата работает следующим образом.

5Дл  изменени  .выдаваемой гидроагрегатом мощности мен ют открытие направл ющего аппарата турбины с помощью сервомотора, шток 18 которого приобретает пр молинейное движение. К штоку 18 при0 креплен тросик 16, который с помощью блока 17 осуществл ет дистанционную передачу движени  профипьному клину 15, снабженному противовесом 19. Профиль-, ный клин при своем движении разворачива5 ет рычаг 14, который, в свою очередь,

поворачивает поворотный трансформатор

преобразовател  13 углового перемещени .

Предлагаемое устройство может быть

полезным в деле создани  единых систем

0 автоматического управлени  и контрол  работы энергетического объединени  с вход щими в него гидроэлектростанци ми. Устройство, принцип действи  которого основан на измерении электрических вели5 чин. более точное и надежное, как и электроизмерительные приборы, чем диф- манометрические приборы. При наличии вычислительных машин дл  решени  комплексных задач при автоматическом управле0 нии стоимость предлагаемого уровнемера уменьшитс , так как отпадает необходимость в индивидуальном вычислительном устройстве.

Claims (1)

1. 5Формула изобретени 

   Устройство дл  измерени  расхода жидкости , содержащее турбомашину с регулирующим органом, соединенным с преобразователем углового перемещени ,

   0 входную и выходную магистрали, преобразователь перепада давлений, вычислительное устройство, включающее сумматор и первый блок возведени  в степень, и индикатор расхода, отличающеес  тем, что,

   5 с целью повышени  точности и расширени  функциональных возможностей за счет измерени  стока жидкости, в него введены профилированный клин, датчик положени  регулирующего органа, множительный блок

   0 и интегратор, первый, второй и третий масштабные усилители, второй блок возведе- - ни  в степень и интегрирующий прибор, турбомашина выполнена в виде гидравлической турбины, преобразователь давлени 

   5 выполнен из двух уровнемеров, сопр женных с полост ми входной и выходной магистралей соответственно и соединенных с сумматором, при этом регулирующий орган соединен с преобразователем углового перемещени  через профилированный клин,

   преобразователь углового перемещени  последовательно соединен с датчиком положени  регулирующего органа, первым масштабным усилителем, множительным

   матором, третьим масштабным усилителем и вторым блоком возведени  в степень, выход которого соединен с вторым входом множительного блока, выходы которого соблоком , первым блоком возведени  в сте- 5 единены с индикатором расхода и интегриру- пень, вторым масштабным усилителем, сум- ющим прибором соответственно.

   матором, третьим масштабным усилителем и вторым блоком возведени  в степень, выход которого соединен с вторым входом множительного блока, выходы которого со