Устройство для измерения расхода жидкости

 

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

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

<я) 5 G 01 F 1/12

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

V2

Z,=Í+, м, 2g

0= p ro gg K>, M /ñ. (21) 4913189/10 (22) 20,02,91 (46) 07,03,93,Бюл.¹ 9 (75) Э.С.Расимс (56) Авторское свидетельство СССР ¹

972221, кл. G 01 F 1/12, 1979. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ РАСХОДА ЖИДКОСТИ (57) Использование: в измерительной техниИзобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при эксплуатации гидростанций для водноэнергетических расчетов, Цель изобретения — повышение точности измерений эа счет увеличения функциональности вычислительного устройства, конструктивного улучшения датчика открытия направляющего аппарата и применения устройства, позволяющего учитывать напор посредством уровнемеров.

Теоретической основой предлагаемого изобретения является принцип решения математического уравнения, определяющего расход воды. Расходы воды через гидравлическую турбину определяется как расход через затопленное отверстие и равен: гдеp — коэффициент расхода, который зависит от геометрических размеров и конфигурации отверстий, в частности проходов между лопатками направляющего аппарата турбины и,углв разворота лопастей турби„„50 „„1800275 А1 ке учета водно-энергетического баланса гидростанций. Сущность изобретения: гидравлическая турбина установлена между двумя уровнемерами и содержит ругулирующий орган, соединенный с преобразователем углового перемещения через профилированный клин, выходы вычислительного устройства соединены с индикатором расхода и интегрирующим прибором. 2 ил. ны. При регулировании мощности турбины величина меняет свое значение; м — площадь отверстия, через которое происходит истечение жидкости, в данном случае зта величина определяется величиной S открытия направляющего аппарата;

Z> — разность уровней перед отверстием и после него. С учетом скорости подхода воды эта разность будет равна: где Н вЂ” разность уровней верхнего и нижнего бьефов с учетом потери напора на сороудерживающей решетке, Скорость лодходв I/o в верхнем овефе очень мала и ею можно пренебречь. Таким ъ образом, величина расхода через турбину (при отсутствии деривации) будет:

0- /т S К т 2 ц Н, мв/с, где К вЂ” коэффициент пропорциональности.

При наличии деривации необходимо учитывать потери напора в напорном тунне1800275 ле или в турбинном водоводе, Эти потери пропорциональны квадрату расхода через турбину:

A=bQ, м, где Ь вЂ” коэффициент пропорциональности, Тогда при наличии водовода расход через турбину равен:

Q= è S K 2g (H — h, h ), мз/с.

Новым признаком предлагаемого обьекта является то, что он содержит вычислительные блоки, которые решают данное уравнение. Для каждой турбины на основании натурных испытаний определяется нелинейная зависимость Q= fS, которая является физической характеристикой данной турбины. Обычно конфигурации этих кривых идентичны при разных напорах на турбину и отражают изменения коэффициента расхода в зависимости от изменения открытия направляющего аппарата турбины. Открытие направляющего аппарата тур- 25 бины устройство выявляет посредством измерительного преобразователя углового перемещения, кинематически связанного с регулирующим органом турбины через профильный клин, Клин служит не только для выявления открытия направляющего аппарата турбины, но и дает коррекцию на изменение коэффициента расхода при регулировании открытия направляющего аппарата. Это достигается тем, что профиль 5 рабочей поверхности клина выполнен не прямолинейным, а в виде кривой Q=fS. Длина клина равна или пропорциональна полной длине хода S „, поршня сервомотора направляющего аппарата турбины, Высота клина соответствует наибольшему открытию направляющего аппарата, пропорциональна наибольшему расходу воды через турбину и является определяющей для максимального угла поворота ротора измери- 45 тельного преобразователя углового перемещения в электрический сигнал.

Применение устройства, измеряющего напор на турбину (преобразователь перепада давлений), является новым признаком объекта и основано на том, что содержит датчики уровня и схему измерения . Датчик уровня представляет собой рейку, длина которой соответствует диапазону колебаний уровня, с размещенными в ней по всей длине электродами с расчетом, исключающим образование мениска жидкости между ними, Рейка опускается в жидкость. вертикально и закрепляется в неподвижном сов стоянии. При повышении уровня электроды замыкаются жидкостью, при этом замыкается электрическая цепь, состоящая из шин с постоянными напряжением, резисторов и конденсатора, размещенных в рейке и залитых компаундом. Конденсатор при этом заряжается, пропустив импульс по электрической цепи. При понижении уровня жидкости электроды размыкаются и конденсатор разряжается через резистор. Импульсы заряда-разряда конденсатора преобразуются формирователем импульсов и поступают в логическую схему, Логическая схема, играющая роль схемы измерения, состоит из триггеров и логических элементов, формирующих информацию о повышении или пони>кении уровня, Импульсы от датчика уровня верхнего бассейна, возникающие при повышении уровня, поступают на один общий ввод схемы измерения. На другой общий ввод поступают импульсы от датчиков верхнего и нижнего бассейнов, возникающие при понижении уровня верхнего бассейна и при повышении уровня нижнего бассейна. Все физические величины, определяющие расход через турбину, выявленные датчиком открытия направляющего аппарата и устройством по определению на пора, преобразуются в электрические сигналы, которые поступают на вычислительное устройство, вычисляющее расход и сток воды через турбину (см.а.с.М

1262992).

На фиг,1 изобра>кена структурная электрическая схема устройства для определения расхода и стока через турбину; на фиг,2 — схема профильного клина и его геометрические параметры в системе координат, Устройство для определения расхода и стока через турбину (фиг.1) состоит иэ датчиков 1 уровня, расположенных в верхнем и нижнем бассейнах. Датчики электрически связаны с распределителем импульсов 2 (интегратор), который расположен там же, где и вычислительное устройство, и представляет из себя реверсивный счетчик импульсов. Интегратор 2 связан с вычислительным устройством, которое состоит иэ сумматора 3, масштабного усилителя 4, блока 5 возведения в степень.

Другую электрическую цепь к вычислительному устройству образует датчик 6 от,крытия направляющего аппарата, кинематически связанный с сервомотором направляющего аппарата турбины. Электрический сигнал от датчика 6 поступает на масштабный усилитель 7 вычислительного устройства. Сигналы от датчиков уровня и открытия направляющего аппарата, приведенные к общей системе величин, последо1800275

25 работает следующим образом.

Импульсы, исхоцящие от датчика, при 30

Формула изобретения

Устройство для измерения расхода жидкости, содержащее турбомашину с регулирующим органом, соединенным с преобразователем углового перемещения, О. входную и выходную магистрали, преобразователь перепада давлений, вычислительное устройство, включающее сумматор и первый.блок возведения в степень, и индикатор расхода, о т л и,ч а ю щ е е с я тем, что, 5 с целью повышения точности и расширения функциональных возможностей за счет измерения стока жидкости, в него введены профилированный клин, датчик положения регулирующего органа, множительный блок и интегратор, первый, второй и третий масштабные усилители, второй блок возведе-ния в степень и интегрирующий прибор, турбомашина выполнена в виде гидравлической турбины, преобразователь -давления выполнен из двух уровнемеров, сопряженных с полостями входной и выходной магистралей соответственно и соединенных с сумматором, при этом регулирующий орган соединен с преобразователем углового перемещения через профилированный клин, 50

55 вательно проходят вычислительные блоки и показывающие приборы; множительный блок 8, блок 9 возведения в степень, масштабный усилитель 10, показывающий интегрирующий прибор 11, представляющий из себя счетчик электрической энергии, протарированный в единицах стока, или прибор подобной .конструкции, специально изготовленный для данной цели, показывающий прибор 12, выполненный в виде вольтметра или амперметра, отградуироBBHный в единицах расхода. Датчик открытия направляющего аппарата состоит из преобразователя углового перемещения 13, выполненного с применением синусно-косинусного поворотного трансформатора.

Преобразователь 13 посредством рычага 14 связан с профильным клином 15, профиль которого описывается уравнением Q=fS.

Для защиты преобразователя 13 от воздействия сырой среды предусмотрена его установка в сухом помещении. Тросик 16 с блоком 17 связывает преобразователь 13 со штоком 18 сервомотора направляющего аппарата, Кинематическую -схему уравновешивает противовес 19, Устройство для определения расхода и стока воды через гидравлическую турбину повышении уровня верхнего бьефа и понижении уровня нижнего бьефа поступают на один общий вход измерительной схемы— интегратора 2, а импульсы от датчиков уровня 1 верхнего и нижнего бьефов, возникающие при понижении уровня верхнего бьефа и повышении уровня нижнего бьефа, поступают на другой общий вход измерительной схемы, которая для вычисления 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 приводят сигналы от датчиков 1 и 6 к общей для вычислительного устройства системе величин. Конечные результаты от обработки сигналов от датчиков 1 и 6 поступают на множительный блок 8. По одному из выходов из множительного блока 8 . через блок 9 возведения в степень и масштабный усилитель 10 направляется сигнал в сумматор 3, представляющий величину потери напора в деривации для коррекции значения. полного напора. Второй выход направлен к прибору 11, интегрирующему расход и показывающему сток через турбину. Третий выход направлен к прибору 12-индикатору расхода.

Датчик открытия направляющего аппарата работает следующим образом.

Для изменения, выдаваемой гидроагрегатом мощности меняют открытие направляющего аппарата турбины с помощью сервомотора, шток 18 которого приобретает прямолинейное движение. К штоку 18 прикреплен тросик 16, который с помощью блока 17 осуществляет дистанционную передачу движения профильному клину 15, снабженному противовесом 19. Профильный клин при своем движении разворачивает рычаг 14, который, в свою очередь, поворачивает поворотный трансформатор преобразователя 13 углового перемещения.

Предлагаемое устройство может быть полезным в деле создания единых систем автоматического управления и контроля работы энергетического объединения с входящими в него гидроэлектростанциями.

Устройство, принцип действия которого основан на измерении электрических величин, более точное и надежное, как и злектроизмерительные приборы, чем дифманометрические приборы. При наличии вычислительных машин для решения комплексных задач при автоматическом управлении стоимость предлагаемого уровнемера уменьшится, так как отпадает необходимость в индивидуальном вычислительном устройстве.

1800275

Составитель Э.Расимс

Редактор Т,Мельникова Техред М.Моргентал

Корректор И.Шмакова

Заказ 1157 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва. Ж-35 Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 преобразователь углового перемещения последовательно соединен с датчиком положения регулирующего органа, первым масштабным усилителем, множительным блоком, первым блоком возведения в степень, вторым масштабным усилителем, сумматором, третьим масштабным усилителем и вторым блоком возведения в степень, выход которого соединен с вторым входом множительного блока, выходы которого со5 единены с индикатором расхода и интегрирующим прибором соответственно.