Витратомір палива

Витратоміри обтікання як прилади, чутливий елемент яких сприймає динамічний тиск потоку й переміщається під його дією, їх різновиди та функціональні особливості. Вибір та розрахунок елементів структурної схеми витратоміра. Розрахунок акустичного каналу.
Краткое сожержание материала:

Размещено на

Размещено на

ДИПЛОМНИЙ ПРОЕКТ

Витратомір палива

Вступ

В наш час цивільна авіація відіграє велику роль в єдиній транспортній системі і народному господарстві країни.

В загальному пасажирообігу усіх видів транспорту цивільна авіація займає третє місце. На її долю припадає третина пасажирообігу в міжнародних сполученнях, а на дальніх магістралях - більш ніж 80%. Літаки цивільної авіації виконують, крім того, регулярні пасажирські та вантажні рейси в Європу, Азію, Африку, Північну Америку.

Основні задачі вітчизняного авіа транспорту - своєчасне, якісне і повне задоволення потреб народного господарства і населення в перевезеннях, підвищення економічної ефективності його роботи, для цього треба вдосконалювати єдину систему управління повітряним рухом, прискорюючи введення відповідних автоматизованих систем. Збільшити пасажирообіг, скоротити питому витрату палива на 3-5%.

Також основними показниками ефективності роботи авіаційної транспортної системи є безпека та регулярність польотів повітряних суден, економічності їх експлуатації.

Кажучи про безпеку польотів, потрібно усвідомлювати, що це, перш за все, - безумовна відповідність нових літаків вимогам норм польотної придатності. З точки зору регулярності - це виконання планового технічного обслуговування і ліквідація відмов техніки заданий час. І, окремо, щодо економічності експлуатації - це виконання технічного обслуговування і відновлення пошкоджених виробів з заданою трудомісткістю та вартістю.

Кількість затримок рейсів зменшилось, завдяки скороченню часу, який витрачається на пошук та ліквідацію відмов та неполадок, а також підвищенню якості ремонту вузлів та блоків авіаційної техніки. Роль приладів, як основного джерела об'єктивної інформації про стан режимів роботи та справності обладнання, правильності настройки його агрегатів, підвищується.

В зв'язку зі змінами основних характеристик сучасних літальних апаратів - швидкості і висоти польоту, дальності, вантажопідйомність, потужність силових установок - створилась потреба для значних змін технічних вимог до бортових вимірювальних приладів, в тому числі, і до систем вимірювання витрати палива.

Витратоміри використовуються також для проведення науково-дослідних робіт, управління виробничим процесом, для контролю роботи енергетичних установок, управління літаками і космічними апаратами, контролю роботи зрошувальних систем в сільському господарстві і в багатьох інших випадках. Без витратомірів неможливо забезпечити нормальний режим роботи важливих технологічних процесів в таких галузях промисловості, як енергетика, металургія, нафтогазова, хімічна, целюлозно-паперова, харчова та інші. Без цих приладів не можна також і автоматизувати відповідні процеси і забезпечити при цьому максимальний ефект виробництва. Витратоміри сприяють підвищенню якості виготовлення продукції, ліквідації браку і економії вихідних матеріалів. Річний економічний ефект від впровадження витратомірів в масштабах всієї країни вимірюється мільйонами грн.

В теперішній час на борту літального апарату використовуються витратоміри палива в яких в якості первинного перетворювача застосовується крильчатка. Таким є турбінний перетворювач витрат палива. До його складу входить гідравлічна крильчатка, вісь обертання якої рівнобіжна напрямку потоку.

Основним недоліком цього перетворювача являється вплив моменту тертя в осях крильчатки на точність вимірювання витрат. Саме тому, метою даного дипломного проекту є обґрунтування можливості використання безконтактного методу вимірювання витрат у первинному перетворювачі.

1. Огляд методів вимірювання витрати

1.1 Витратоміри обтікання

Витратомірами обтікання називаються прилади, чутливий елемент яких сприймає динамічний тиск потоку й переміщається під його дією, причому величина переміщення залежить від витрати. У більшості витратомірів тіло, яке обтікається (поплавець, диск поршень) переміщається прямолінійно, звичайно уздовж своєї вертикальної осі. Але є витратоміри, у яких тіло яке обтікається (диск) обертається навколо осі підвісу. Витратоміри обтікання складаються з наступних груп.

1. Витратоміри постійного перепаду тиску, у яких тіло, яке обтікається переміщається вертикально, а протидіюча сила створюється вагою тіла.

Витратоміри з перепадом, тиску, у яких є протидіюча пружина.

2. Витратоміри з поворотною лопаткою. Протидіюча сила в них створюється не тільки вагою тіла, але ще й пружиною.

У всіх перерахованих витратомірах між стінками труби й рухливим тілом залишається невеликий прохідний перетин. У зв'язку із цим умови його обтікання будуть істотно відмінними від умов обтікання такого ж тіла у вільному потоці. На створення значної швидкості в прохідному перетині затрачається певна енергія, і на тіло крім динамічного тиску діє також і різниця статичних тисків. Якщо не враховувати цю різницю, то значення коефіцієнта обтікання або опори тіла, що залежить від форми тіла, буде багато більше, ніж при обтіканні тіла в необмеженому вільному потоці. Крім того, на що обтікається діє сила в'язкого тертя. Вона залежить не тільки від в'язкості речовини, але й від конфігурації тіла.

Переваги витратомірів обтікання: простота пристрою, надійність у роботі, значний діапазон вимірювання (від 8 до 15 залежно від різновиду приладу). Похибка звичайно знаходиться в межах ±(1ч2,5)%.

Витратоміри постійного перепаду тиску

Витратоміри постійного перепаду тиску підрозділяються на ротаметри, поплавкові й поршневі (або точніше золотникові). Ці прилади (особливо ротаметри) найбільше широко застосовуються в порівнянні з іншими витратомірами обтікання.

Ротаметр складається з конічної (звичайно скляної) трубки, що розходиться нагору, усередині якої переміщається поплавець. Шкала наноситься безпосередньо на скляну трубку. Довжина труби звичайно знаходиться в межах від 70 до 600 мм, а діаметр від 1,5 до 100 мм.

Межі вимірювання звичайних ротаметрів зі скляною трубкою: по тиску 0, 5-0,6 МПа, при температурі 100-150?С.

Переваги ротаметрів: простота пристрою й експлуатації; наочність показів; надійність у роботі; зручність застосування для вимірювання малих витрат різних рідин і газів (зокрема агресивних), значний діапазон вимірювання, рівномірна шкала.

Недоліки: крихкість і непридатність для вимірювання витрати речовин, що мають значні тиски; зв'язаність приладу з місцем вимірювання; великих витрат.

Більшість із перерахованих недоліків можуть бути усунуті у випадку виготовлення конусної трубки з металу й застосування дистанційної передачі. Але при цьому губляться простота пристрою й наочність показів, а також різко скорочується хід поплавця.

Рис. 1.1. Схема ротаметра

На поплавець знизу (рис. 1.1.) діють три сили: різниця статичних тисків на носову й кормову поверхні поплавця, що виникає внаслідок переходу частини потенційної енергії у швидкість у вузькому перетині 2-2; ця різниця дорівнює (р 1-_р2) f де f - площа найбільшого поперечного перетину поплавця; динамічний тиск W потоку, розраховується по формулі

де с - коефіцієнт опору поплавця; і щільність і характерна

швидкість потоку відповідно; сила тертя N потоку об поверхню поплавця.

Сума цих трьох сил урівноважується вагою G поплавця

де й обсяг і щільність матеріалу поплавця.

Витратоміри зі змінним перепадом тиску

Принцип дії витратомірів змінного перепаду тиску ґрунтується на залежності перепаду тиску від витрати речовини, причому перепад тиску створюється пристроєм, встановленим в трубопроводі, або ж конструктивним елементом самого трубопроводу.

До складу витратоміру входять: перетворювач витрат, який створює перепад тиску; диференціальний манометр, який вимірює цей перепад та з'єднувальні трубки між перетворювачем і диференціальним манометром. У випадку необхідності передавання показів витратоміру на значні відстані, додаються: вторинний перетворювач, який трансформує переміщення рухомого елементу дифманометра в електричний і пневматичний сигнали, які по лінії зв'язку (дротами, трубками) передаються на вторинний вимірювальний прилад. Якщо первинний дифманометр (або вторинний вимірювальний прилад) обладнано інтегратором, то прилад в такому складі придатний для вимірювань не тільки витрат в одиницю часу, але витрат речовини за певний проміжок часу.

В залежності від того, на якому принципі дії побудовано роботу перетворювача витрат, витратоміри поділяються на шість самостійних груп, в межах яких існує декілька конструктивних різновидів перетворювачів.

Витратоміри зі звужуючими пристроями.

Вони застосовуються для вимірювання витрат рідин, газів, пари. Їхня робота ґрунтується на залежності від витрати речовини перепаду тиску, який створюється звужуючим пристроєм. В результаті появи такого перепаду відбувається перетворення частини потенційної енергії потоку в кінетичну. В наш час використовується значна кількість різновидів звужуючих пристроїв. Так, на рис. 1.2. (а, б) зображено стандартні діафрагми; на рис. 1.2. в-стандартне сопло; на рис. 1.2. г, д, е - діафрагми для вимірювання забруднених речовин (сегм...