2822

Топливо–измерительные комплексы. Расходомеры

Контрольная

Производство и промышленные технологии

Назначение топливо- измерительных комплексов На большинстве самолетов устанавливаются две системы. Одна включает устройства для измерения количества топлива в баках, управления порядком заправки его на земле и выработки в полете, другая...

Русский

2012-10-20

619.54 KB

68 чел.

  1.  Назначение топливо- измерительных комплексов

На большинстве самолетов устанавливаются две системы. Одна включает устройства для измерения количества топлива в баках, управления порядком заправки его на земле и выработки в полете, другая – для измерения суммарного и мгновенного расходов топлива.

Совместное применение систем обосновано необходимостью измерять не только запас, но и расход топлива двигателями. В то же время известно, что наличие на борту летательного аппарата военного назначения только расходомера не гарантирует точного определения расхода и остатка топлива в случае утечки топлива из топливной системы в результате пробоя баков и других причин. Но наличие на борту расходомера и топливомера увеличивает общую массу оборудования, количество визуальных приборов и затрудняет работу летчика. В связи с этим в настоящее время наметилась тенденция к созданию комбинированных систем – топливомерно-расходомерные (топливо измерительных комплексов), работающих на один показывающий прибор. Это позволило, особенно для самолетов-истребителей, получить выигрыш в массе, обеспечить точное измерение запаса топлива в аварийных ситуациях и при различных эволюциях самолета, а также упростило индикацию текущих значений запаса и расхода топлива.

Топливо измерительные комплексы помимо выполняемых ими задач измерения расхода топлива и управления расходом предусматривают широкие связи с бортовыми устройствами регистрации (БУР), автоматизированными системами контроля (АСК) и наземными пунктами управления полетами, выдают информацию о располагаемой дальности и продолжительности полета в пилотажно-навигационные комплексы.

В настоящее время на самолетах находят применение топливомеры-расходомеры типа ТР54, ТРВ, ТР13 и топливомерно-расходомерные системы СТР22А, СТР62А, СТР65, СТР72А и другие.

Топливомерно-расходомерная система СТР65А предназначена для выполнения следующих задач:

  1.  измерения и индикации запаса топлива в единицах массы (килограммах) во всех баках самолета;
  2.  вычисления и индикации располагаемой дальности полета на текущем и оптимальном режимах работы двигателей и полета самолета;
  3.  контроля централизованной заправки топлива и управления ею (на земле);
  4.  сигнализации окончании выработки топлива из баков, неисправного состояния системы СТР6–5А и топливной системы, нормального и предельно допустимого уровней масла левого и правого двигателей, допустимых уровней гидросмеси в баках бустерной и общей гидросистем (на земле);
  5.  выдачи информации о запасе, резервном запасе и расходе топлива, о располагаемой дальности полета, о неисправном состоянии СТР65А и топливной системы, о возврате по запасу топлива в бортовое устройство регистрации (БУР) и контрольно-записывающую аппаратуру (КЗЛ), в бортовую систему контроля и предупреждения экипажа, в системы световой сигнализации и речевой информации, в наземные автоматизированные контрольно-ремонтные средства (ЛКРС).

1.1. Состав и структурная схема топливо измерительных комплексов

Рассмотрим состав и структурную схему топливомерно-расходомерной системы (топливо измерительных комплексов) на примере системы СТР65А. Первичными преобразователями данной системы являются датчики расхода (типа ДРТС 30), топливомеры (типа ДТ36А), датчики-сигнализаторы (типа ДСМК10) и термоприёмники (типа П77), сигналы от которых подаются на блок преобразования БПВ15, пульты контроля и управления ПКУ64 и ПКУ3012, а с них – на индикатор ИСТР45 и в другие системы.

Рис. 1. Структурная схема СТР6–5

Система представляет собой комплекс, состоящий из четырех взаимодействующих частей (рис.1): расходомерной, топливомерной, автоматической и вычисления располагаемой дальности.

Расходомерная часть системы (рис.2) состоит из датчиков расхода, термоприемников в расходной магистрали, блока преобразования, пульта ПКУ64, индикатора и предназначена для измерения суммарного и мгновенного расходов топлива с учетом топлива, возвращаемого по магистралям перепуска.

Рис. 2. Структурная схема расходомерной части СТР6–5

Измерение суммарного расхода топлива происходит путем суммирования импульсов, поступающих от датчиков расхода с частотой, пропорциональной мгновенному объемному расходу, с расчетной плотностью 0,7 г/см3, и импульсов поправки на плотность топлива, формируемых аналого-цифровым преобразователем (АЦП) по сигналам от термоприемника П77 и задатчика марки топлива (ЗМТ). Суммирование импульсов от датчиков расхода, имитаторов расхода (ИР), каналов перепуска производится электромеханическим сумматором, состоящим из усилителей- формирователей (УФ1, УФ2), устройства суммирования импульсов массового расхода (УСМР), устройства управления шаговым двигателем (УУДШ) и шагового двигателя (ДШ), расположенного в пульте ПКУ6–4.

С валом шагового двигателя кинематически связаны движки потенциометров для выдачи информации о запасе топлива от расходомерной части системы (QР) на индикатор и в другие связанные с СТР6–5 устройства. Передача информации на индикатор осуществляется с помощью следящей системы, состоящей из усилителя (У) и исполнительного двигателя (ДГМ), расположенного в индикаторе. С валом двигателя (ДГМ) кинематически связаны профиль шкалы запаса индикатора и движки потенциометров для выдачи информации о запасе топлива в смежные системы.

Расходомерная часть системы позволяет отрабатывать показания от топливомерной части системы на шкалу запаса по сигналу слежения от автоматической части системы посредством перевода шагового двигателя из режима суммирования в режим слежения. Такой перевод происходит при автоматизированной выставке и коррекции показаний расходомерной части системы. Измерение мгновенного расхода производится измерителем мгновенного расхода (ИМР). Принцип измерения состоит в подсчете количества импульсов от датчика расхода за калиброванные интервалы времени и преобразовании его с учетом информации о плотности топлива в аналоговую величину, пропорциональную мгновенному массовому расходу, Информация о мгновенном расходе топлива выдается в вычислитель располагаемой дальности полета.

Топливомерная часть системы (рис.3) состоит из датчиков топливомера, термоприемника в баке, пульта ПКУ6–4 и осуществляет:

  1.  измерение запаса топлива в фюзеляжных баках самолета;
  2.  автоматизированную выставку индекса индикатора на

заправленное количество топлива;

  1.  формирование сигнала о резервном запасе топлива;
  2.  коррекцию показаний расходомерной части при неполной выработке топлива (например, при сбросе невыработанных подвесных баков).

Рис.3. Структурная схема топливомерной части СТР6–5

Принцип действия топливомерной части системы состоит в измерении самоуравновешивающимся измерительным мостом (ИМ) переменного тока электрической емкости датчиков топливомера, пропорциональной массе залитого топлива, с учетом компенсации методической погрешности, обусловленной изменением температуры и марки топлива.

Компенсация методической погрешности производится с помощью термоприемника, задатчика марки топлива (ЗМТ) и устройства температурной компенсации (ТК).

Информация о запасе топлива от топливомерной части системы (QТ) снимается с движка потенциометра отработки, механически связанного с валом двигателя уравновешивания.

Топливомерно-расходомерная система СТР6–5 построена так, что расходомерная и топливомерная части системы образуют один общий канал измерения запаса топлива, при этом основным источником информации о запасе топлива является расходомерная часть системы, так как ее показания не зависят от эволюции и ускорений объекта. Информация о запасе топлива от топливомерной части системы является дублирующей и постоянно выдается в расходомерную и автоматическую части системы.

Контроль количества топлива на земле и в полете осуществляется с помощью индикатора ИСТР4–5, предназначенного для индикации запаса топлива от расходомерной или топливомерной части системы, индикации располагаемой дальности полета, сигнализации об окончании выработки топлива из баков и выдачи информации о запасе топлива и располагаемой дальности в смежные системы. Индикатор является профильным и состоит из двигателя, кинематически связанного с профилем и потенциометрами, предназначенными для размножения информации о запасе топлива. На лицевой панели индикатора расположена шкала запаса топлива, относительно которой перемещается профильная лента с индексом. В верхней части индикатора размещен трехразрядный счетчик, предназначенный для индикации располагаемой дальности полета. Вызов информации от топливомерной или расходомерной части системы осуществляется с помощью переключателя Т–Р, установленного внизу под шкалой запаса топлива. Помимо этого, на передней панели индикатора расположены световые табло сигнализации о выработке баков, светосигнализаторы положения переключателей Т–Р и ОПТ–ТЕК, зоны-допуски на срабатывание световых табло выработки, характеризующие правильность работы топливной и топливно-измерительной систем.

Информация о запасе топлива от расходомерной и топливомерной частей используется в автоматической части для формирования сигналов состояния топливо – измерительной системы, сигнала резервного запаса топлива, управления автоматизированной выставкой.

Автоматическая часть (рис.4) системы состоит из датчиков-сигнализаторов, термоприемника в подвесном баке, блока преобразования, пульта ПКУ6–4, пульта ПКУЗ01–2, индикатора и осуществляет:

  1.  выдачу сигналов выработки топлива из баков, резервного запаса топлива, возврата по топливу;
  2.  автоматизированную выставку показаний расходомерной части системы на заправленное количество топлива;
  3.  контроль за уровнем масла и гидросмеси;
  4.  контроль и управление централизованной заправки;
  5.  вызов информации от топливомерной или расходомерной части системы на шкалу запаса индикатора;
  6.  проведение встроенного контроля при оперативных формах технического обслуживания.

Принцип действия автоматической части системы состоит в преобразовании дискретных и аналоговых сигналов (с помощью устройства релейно-логического (УРЛ) и устройства управления заправкой УУЗ) в сигналы индикации, управления и контроля.

Рис. 4. Структурная схема автоматической части СТР6–5

Вычислитель располагаемой дальности полета служит для вычисления и индикации располагаемой дальности полета по информации о запасе и расходе топлива и скорости полета объекта, как на расчетном, так и на текущем режиме и включает в себя потенциометрическое счетно-решающее устройство, реализующее уравнение, выраженное формулой:

(1)

где Q  текущий запас топлива на борту от расходомерной

или топливомерной части системы, кг; V расчетная или истинная воздушная скорость полета, км/ч; q часовой расход топлива, кг/ч; Д располагаемая дальность полета, км.

Вычислитель располагаемой дальности (рис.5) представляет собой следящую систему, состоящую из дифференциального усилителя (УП), масштабирующего усилителя (МУ) в блоке преобразования, потенциометра отработки R1–1 и двигателя (ДГМ) в индикаторе.

На дифференциальных входах усилителя следящей системы УП происходит сравнение двух напряжений, каждое из которых является произведением двух переменных величин, входящих в уравнение (1).

Электрический аналог левой части уравнения реализуется потенциометрическим умножением напряжения, пропорционального запасу топлива, подаваемого на выходной потенциометр системы СВС, и относительного углового перемещения движка этого потенциометра, пропорционального истинной воздушной скорости. Аналогично реализуется правая часть уравнения: напряжение питания потенциометра дальности, движок которого механически связан с валом двигателя уравновешивания (ДГМ), пропорционально расчетному, или мгновенному, расходу топлива. Усилитель (УП) усиливает сигнал разности входных напряжений и управляет вращением вала двигателя до устранения неравенства на входах. Таким образом, на входах (УП) постоянно поддерживается равенство аналогов левой и правой частей указанного уравнения, а угол поворота движка потенциометра дальности соответствует решению уравнения относительно значения Д. С движком потенциометра дальности механически связаны трехразрядный указатель располагаемой дальности и движки потенциометров, предназначенных для выдачи этой информации в КЗА и АКРС.

Масштабирующий усилитель (МУ) предназначен для согласования масштабных коэффициентов величин, входящих в уравнение.

Контакты реле Р2 при встроенном контроле вычислителя дальности (от кнопки КОНТРОЛЬ Р, Д на пульте ПКУ6–4) переключают вход УП с движка потенциометра на его вывод питания.

Реле РЗ по сигналу «Возврат по топливу» переводит вычислитель дальности в режим определения дальности с расчетного на текущий режим полета.

Рис. 5. Структурная схема вычислителя располагаемой

дальности

Элементы управления и контроля CTP6–5 расположены на передних панелях пультов ПКУ6–4, ПКУЗО1–2 и индикатора. Реле РЗ по сигналу «Возврат по топливу» переводит вычислитель дальности в режим определения дальности с расчетного на текущий режим полета.

Элементы управления и контроля CTP6–5 расположены на передних панелях пультов ПКУ6–4, ПКУЗО1–2 и индикатора.

Рис.6. Передняя панель пульта ПКУ6-4

На передней панели пульта ПКУ6–4 (рис.6) расположены: РТ, ТС–1, Т–1 – переключатели для установки марки залитого в баки топлива; ТОПЛ. ВОЗВР. – переключатель для установки значения топлива, необходимого на возврат; АВТ. – кнопка для автоматизированной выставки индекса индикатора системы на количество топлива, залитого в баки; светодиод АВТ. – для контроля исправности и готовности устройства автоматизированной выставки; РУЧН. – кремальера для ручной выставки индекса на произвольную отметку шкалы индикатора (при положении Р переключателя Т–Р на индикаторе); КОНТРОЛЬ Т(А) – кнопка для наземного контроля топливомерной и автоматической частей системы; КОНТРОЛЬ Р(Д) – кнопка для наземного контроля расходомерной части системы и вычислителя располагаемой дальности полета; П77 – светодиод для контроля исправности цепи термоприемника расходомерной части системы. Под крышкой РЕГУЛИРОВКА Т находятся регулировочные потенциометры: НУЛЬ – для установки профиля индикатора на начальную отметку шкалы при пустых баках; МАКС. – для установки профиля индикатора на отметку шкалы, соответствующую запасу топлива при полностью залитых фюзеляжных баках; РЕП. – для установки профиля индикатора на реперную точку 2500 кг при осуществлении встроенного контроля топливомерной части системы; О.С.2 – для регулировки чувствительности следящей системы индикатора.

Рис.7. Передняя панель пульта ПКУЗО1–2

На передней панели пульта ПКУЗ01–2 (рис.7) расположены: переключатель –  для установки вариантов заправки; ПЕРЕКР.ЗАПРАВ. – кнопка и световое табло для выдачи управляющих сигналов на агрегаты заправки; ПИТАН. –тумблер для включения питания ПКУЗ01–2; КОНТРОЛЬ ЛАМП. – кнопка для проверки исправности ламп сигнализаторов пульта; ЗАПРАВКА ОКОНЧЕНА – световое табло для сигнализации окончания заправки; Н (норма) – световое табло зеленого цвета, которое включается при уровнях масла в баках, равных уровням (выше уровней), разрешающим эксплуатацию левого и правого двигателей и коробки самолетных агрегатов; ЛД, ПД, КСА. – световые табло красного цвета, которые включаются при уровнях масла в баках ниже уровней, разрешающих эксплуатацию левого и правого двигателей и коробки самолетных агрегатов соответственно; табло желтого цвета – включаются при уровнях гидросмеси выше нормы в баках бустерной (БУСТ.) и общей (ОБЩ.) гидросистем соответственно; табло красного цвета – включаются при уровнях гидросмеси ниже нормы в баках бустерной (БУСТ.) и общей (ОБЩ.) гидросистем соответственно; табло Н (норма) зеленого цвета – включаются при уровнях гидросмеси в баках бустерной (БУСТ.) и общей (ОБЩ.) гидросистем, разрешающих эксплуатацию объекта.

Управление системой в процессе эксплуатации при подготовке к полету производится следующим образом:

После включения питания переключатель ТОПЛ. ВОЗВР. на ПКУ6–4 устанавливается в положение КОНТРОЛЬ. При установке переключателя на лицевой панели индикатора в положение Р включается светосигнализатор положения Р. В результате нажатия кнопки КОНТРОЛЬ Т(А) на пульте ПКУ6–4 профиль индикатора должен установиться на отметке (2500±100) кг, показания отсчетного устройства располагаемой дальности индикатора должны соответствовать (1390±100) км, все световые табло индикатора должны включиться.

После нажатия и отпускания кнопки КОНТРОЛЬ Р (Д) на пульте ПКУ6–4 профиль индикатора должен сместиться вниз на (1200±100) кг, показания отсчетного устройства располагаемой дальности должны уменьшаться, а светодиод П77 должен включиться.

Переключатель ТОПЛ. ВОЗВР. устанавливается в положение, соответствующее запасу топлива, необходимого на возврат.

После заправки баков топливом переключатель марки топлива на ПКУ6–4 должен быть установлен на марку заправленного топлива. При готовности устройства автоматизированной выставки на пульте ПКУ6–4 должен включиться светодиод АВТ. При нажатии на кнопку АВТ. пульта ПКУ6–4 светодиод АВТ. должен отключиться, а индекс индикатора должен установиться на отметке шкалы, соответствующей массе заправленного топлива. При необходимости индекс индикатора можно выставить на любую отметку шкалы кремальерой РУЧН. пульта ПКУ6–4.

При выдаче сигнала «Проверь запас» в бортовую систему контроля, а также в случае необходимости вывода информации о запасе топлива от топливомерной части системы в полете нужно установить переключатель Т–Р на лицевой панели индикатора в положение Т.

Настройка и регулировка системы в условиях эксплуатации осуществляется при несоответствии установки профиля индикатора запасу топлива в баках, при установке профиля индикатора на реперную точку с погрешностью более допустимой и при нарушении чувствительности топливомерной и расходомерной частей системы.

Управление централизованной заправкой на земле и контроль запаса масла и гидросмеси осуществляется с пульта ПКУ301–2.

2. Канал измерения расхода

Приборы и датчики, измеряющие расход топлива в единицу времени (расходомеры), применяются для выдерживания наиболее экономичного режима полета, отвечающего минимуму расхода горючего на километр пройденного пути (с учетом скорости полета). Эта же задача может решаться автоматически с помощью экстремального регулятора, воспринимающими устройствами которого служат датчик расхода топлива и датчик скорости полета. Зная запас топлива и его расход, можно вычислить возможную длительность и дальность полета, а также с учетом скорости полета и дальность.

2.1. Тахометрические расходомеры

Принцип действия тахометрических (скоростных или турбинных) расходомеров основан на зависимости скорости вращения расположенной в трубопроводе ненагруженной тангенциальной крыльчатки (турбины) от расхода жидкости.

Достоинством метода является пропорциональная зависимость скорости вращения крыльчатки от расхода жидкости.

Частота вращения крыльчатки зависит не только от величины расхода, но также от вязкости жидкости (температуры), что вызывает появление погрешностей прибора.

В приборах мгновенного расхода сигнал тахогенератора (напряжение или частота) служит мерой измеряемого расхода.

2.1.1. Математическая модель

Частота вращения ненагруженной крыльчатки пропорциональна скорости потока, т. е.

(2)

где к – коэффициент, зависящий от параметров крыльчатки; ν – скорость потока, км/ч. Мгновенный объемный расход может быть выражен формулой

(3)

а мгновенный массовый расход

(4)

где ρ – плотность жидкости, гр/см3 ; S – сечение трубопровода, м2; Если воспользоваться формулами (2) и (4) получим

(5)

2.1.2.Особенности конструкции

Для построения приборов, измеряющих объемный расход, необходимо измерять частоту вращения крыльчатки. В массовых расходомерах помимо частоты измеряют плотность ρ. В качестве измерителей частоты применяют тахогенераторы переменного тока. Измерение угловой скорости осуществляется магнитоиндукционным тахометрическим узлом (рис.8).

Рис. 8. Кинематическая схема датчика расходомера

Постоянный магнит 2 узла приводится во вращение крыльчаткой 1. Для уменьшения температурных погрешностей применен термомагнитный шунт 3. Герметичность датчика обеспечивается применением диамагнитного кожуха 4. При вращении магнита в чувствительном элементе 5 наводятся вихревые токи, взаимодействующие с полем магнита. Поворот чувствительного элемента (стакана) ограничивается противодействующей пружиной 6. Очевидно, угол поворота стакана пропорционален мгновенному расходу топлива. На оси стакана находится ротор сельсина-датчика 7 синхронной передачи. Сельсин-приемник помещен в указателе прибора, причем его ротор перемещает стрелку прибора в соответствии с изменением мгновенного расхода топлива.

Схема сельсинной передачи представлена на рис.9. Обмотки возбуждения 1 и 1’ и обмотки синхронизации 2 и 2’ размещены на статоре сельсина-датчика (С–Д) и сельсина-приемника (С–П).

Рис. 9. Схема сельсинной передачи тахометрического расходомера

мгновенного расхода

Цилиндрический ротор сельсина состоит из двух пакетов листовой электротехнической стали, впрессованных в пластмассу. Индуктируемые в синхронизирующих обмотках 2 и 2’ эдс зависят от углового положения роторов. При несинхронном положении роторов возникает синхронизирующий момент, устанавливающий ротор сельсина-приемника в положение, синхронное с ротором датчика. Шкала мгновенного расхода градуируется в кг/ч.

2.1.3. Тахометрические расходомеры с температурной коррекцией плотности

Одна из возможных схем расходомера мгновенного расхода представлена на рис.10. Здесь вращение крыльчатки 1 измеряется тахогенератором переменного тока 2. Сигналы частоты вращения f, пропорциональные объемной скорости потока Qv () передаются на блок формирования БФ, на выходе которого получаем напряжение, пропорциональное Qv. Для измерения плотности ρ служит мостовая схема 3, в одно из плеч которой включен конденсатор Cx, помещаемый в поток жидкости (топлива).

 

Рис. 10. Схема тахометрического расходомера с температурной коррекцией плотности

Емкость конденсатора зависит от температуры, а, следовательно, от плотности жидкости. Зависимость плотности ρ от емкости можно представить в виде

(6)

где  = ., ε1 – диэлектрическая постоянная; ρ – плотность, гр/см3; S – площадь обкладок, м2; d – расстояние между обкладками, м. Сигнал, пропорциональный ρ, передается на движок потенциометра R3, где происходит перемножение сигналов Qv и ρ. В схеме усилителя Ус 2 и двигателя Д 2 происходит усиление и отработка сигнала массового расхода.

2.2. Турбосиловые расходомеры

Турбосиловыми называют силовые расходомеры, в преобразователе которых в результате силового воздействия, пропорционального массовому расходу, поток закручивается. Принципиальная схема расходомера при внешнем силовом воздействии представлена на рис.11. Внутри трубопровода 2 установлен ротор 3 с малым радиальным зазором, имеющий каналы для прохода жидкости, разделенные перегородками, параллельными его оси, или же выполненный в виде прямолопастной крыльчатки.

Рис. 11. Принципиальная схема турбосилового расходомера

Ротор вращается от электродвигателя 1 с угловой скоростью ω и закручивает жидкость, которая приобретает винтовое движение, показанное стрелками. Далее жидкость поступает на ротор 5, закрепленный на пружине 6, и закручивает последнюю на угол φ, пропорциональный массовому расходу. Неподвижный диск 4 уменьшает вязкостную связь между роторами.

Главный момент количества движения жидкости lx относительно оси вращения роторов определяется выражением

(7)

где lx – момент инерции закручиваемой жидкости относительно оси вращения, кг*м2; ω – угловая скорость вращения жидкости, об/мин.

Обозначим через массу m вращающейся жидкости, а через rc средний радиус каналов ротора 3. Очевидно,  Тогда,  из уравнения (7) вытекает:

(8)

Из закона моментов следует, что

(9)

где М – главный момент всех внешних сил, действующих на жидкость со стороны ротора 3, Н/м.

Отсюда

(10)

так как

Момент М не учитывает сопротивления от момента Мв, создаваемого силами вязкостного трения на поверхностях ротора, и от момента Мм, создаваемого силами трения в подшипниках. Крутящий ротор 3 момент Мк должен преодолевать все эти моменты. Следовательно,

(11)

Чтобы исключить появление дополнительной погрешности измерения массового расхода, моменты Мв и Мм должны сохранять постоянное значение или же быть компенсированы. С увеличением наружного радиуса r1 каналов роторов или лопастей крыльчаток чувствительность расходомера увеличивается. Для жидкостей радиус  обычно принимают равным радиусу трубопровода или несколько больше. Внутренний радиус r2 чаще всего равен радиусу ступицы. Длину l лопастей выбирают так, чтобы обеспечить закрутку всех частиц потока, проходящих через ротор при наибольшем измеряемом расходе, т. е. принимают , где t – время поворота крыльчатки между смежными лопастями, c. Так как , где z – число лопастей, то, следовательно, имеем .

Таким образом, длина лопастей l должна быть тем больше, чем меньше их число z. Брать большое число z не рекомендуется из-за загромождения проходного сечения, а также увеличения трения жидкости о лопасти и соответственно потери давления. Угловая скорость вращения жидкости ω при внешнем воздействии в большинстве случаев соответствует 1500 об/мин, но имеются расходомеры и с большей угловой скоростью. Если электродвигатель отсутствует, и закручивание потока происходит за счет его потенциальной энергии с помощью роторов, имеющих наклонные лопатки, то скорость ω возрастает с увеличением расхода.

Турбосиловые расходомеры применяются очень часто, особенно для более значительных расходов. Максимальные расходы для жидкости от 6 до 300 т/ч при диаметрах труб от 50 до 200 мм. Их погрешность ± (0,5 ÷ 2) % от предела шкалы. Постоянная времени около 1с. Рассмотрим их разновидности.

2.2.1. Турбосиловые расходомеры с внешним приводом

Схемы основных турбосиловых расходомеров с внешним приводом (с электроприводом) представлены на рис.12,а–и. 

Первые две схемы (рис.12,а,б) относятся к расходомерам, у которых вращается лишь ротор 1, связанный с электроприводом.

Ротор же 2 закручивается на угол φ, зависящий от сил, создающих противодействующий момент. Как видно из рис.12,а; момент создается при закрутке пружины 3. По такой схеме работали первые конструкции турбосиловых расходомеров. Герметизированный электродвигатель с ротором в виде постоянного магнита помещен внутри входного патрубка в обтекаемом кожухе. Его вал через зубчатую передачу вращает ротор 1, снабженный каналами для прохода жидкости. Угол φ, на который поворачивается ротор 2, воспринимается преобразователем угла поворота, связанным с ротором 2 магнитной муфтой. Если считать, что момент, действующий на ротор 2, определяется уравнением (9), то, обозначая жесткость пружины 3 через с, получим зависимость угла поворота φ от расхода Qм.

(12)

Следующие пять схем (рис.12,в–ж), относятся к расходомерам, у которых непрерывно вращаются оба ротора.

На схемах, (рис.12,в,г) к ведомому ротору 2 приложены противодействующие моменты Mп, создаваемые тормозным диском 3, взаимодействующим с неподвижными магнитами (рис.12,в) или же гистерезисной муфтой 3 (рис.12,г).

Рис. 12. Схемы основных турбосиловых расходомеров с

электроприводом

В первом случае постоянный тормозной момент равен

(13)

где к – коэффициент пропорциональности; ωр – угловая скорость ведомого ротора, об/мин. Во втором случае гистерезисная муфта образует постоянный тормозной момент Mп, не зависящий от ωр. В обоих случаях скорость вращения; ωр ротора 2 будет меньше скорости вращения ω ротора 1 и к ротору 2 со стороны жидкости будет приложен момент, определяемый по формуле:

(14)

Приравнивая этот момент моменту , найдем зависимость между ωр и расходом Qм в случае применения тормозного диска

(15)

Таким образом, путем измерения ωр с помощью тахометрического преобразователя 4 можно судить о расходе Qм. Но здесь нет пропорциональности между ωр и Qм, хотя по мере уменьшения отношения зависимость между ωр и Qм делается не более линейной.

В случае применения гистерезисной муфты (рис.12,г), у которой противодействующий момент Mп = const, возможно несколько измерительных схем. Если ограничиться лишь измерением скорости вращения ωр ротора 2, то получим зависимость

(16)

Шкала такого прибора нелинейна и будет иметь подавленный нуль. Измерение возможно лишь при расходах  Более целесообразна схема, при которой измеряется разность скоростей (ω–ωр) ведущего 1 и ведомого 2 роторов с помощью тахометрических преобразователей 4 и 5. Частота импульсов f и fp, вырабатываемых ими, пропорциональна ω и ωр, а именно:  и , где – коэффициент пропорциональности. Подставляя значения f и fp вместо ω и ωp в уравнение (14), получим

(17)

где – период биения частот  f и fp. Здесь Qм пропорционально T.

Возможна еще и третья измерительная схема, при которой скорость ротора 1 автоматически регулируется так, чтобы крутящий момент М на этом роторе был равен тормозному моменту Mп, т. е. чтобы удовлетворялось уравнение . При этом скорость вращения ω первого ротора будет мерой расхода Qм, но шкала будет гиперболической со всеми присущими ей недостатками. При этой схеме ведомый ротор 2 практически неподвижен.

В схеме расходомера, (рис.12,д) ведущий 1 и ведомый 2 роторы связаны между собою пружиной 3 и вращаются с одинаковой скоростью. Крутящий момент закручивает пружину 3, имеющую жесткость с на угол φ, определяемый из уравнения.

(18)

Угол φ равен угловому сдвигу роторов относительно друг друга. Для измерения этого сдвига снаружи трубы устанавливаются тахометрические преобразователи 4 и 5, а роторы снабжаются отметчиками из магнитомягкого материала. Измеряется промежуток времени Δt между двумя смежными импульсами преобразователей 4 и 5. Если T – время одного оборота роторов, то а так как то, следовательно, 

(19)

Подставляя отсюда значение φ в уравнение (18), получим

(20)

Поэтому расход Qм оказывается пропорциональным Δt как при синхронном так и при асинхронном двигателе, при котором скорость ω переменная и зависит от расхода. Электрические схемы измерения Δt довольно сложные. Схемы, аналогичные показанной (рис.12,д), нашли применение у расходомеров, роторы которых приводятся во вращение за счет потенциальной энергии потока (рис.13). Сложность измерительной схемы компенсируется у них простотой преобразователя расхода.

Схемы (рис.12,е,ж) предназначены для измерения расхода веществ (например, жидких топлив) с сильно изменяющейся вязкостью. В схеме (рис.12,е) один электродвигатель приводит во вращение ротор 1 через пружину 3 и независимо от него ротор 2 через пружину 4. Первый по ходу потока ротор 1 нагружен крутящим моментом M и моментом сопротивления Mс1 (от вязкости жидкости и от трения в подшипниках). Ротор 2 нагружен только моментом сопротивления Mс2. Поэтому угол закрутки  пружины 3 будет больше угла закрутки φ2 пружины 4. При равенстве жесткостей обеих пружин и равенстве моментов сопротивления Mс1 = Mс2 угловой сдвиг роторов  измеряемый с помощью тахометрических преобразователей 4 и 5, как было разъяснено выше, оказывается пропорциональным расходу Qм. В схеме (рис.12,ж) каждый из роторов вращается от своего электродвигателя, Первый по ходу потока нагружается суммой моментов Mв + Mс2 , а второй только моментом Mс2. При равенстве моментов Mс1 и Mс2 и одинаковых электродвигателях разность мощностей ΔN =N1  N2  потребляемых электродвигателями, определяется уравнением т. е. будет пропорциональна расходу Qм.

Конструкция, выполненного по этой схеме преобразователя расходомера К–2, разработанного в ИАТ, представлена на рис.13.

Рис. 13. Турбосиловой расходомер К–2 с компенсацией вязкости вещества

Преобразователь имеет два одинаковых ротора 3, состоящих каждый из прямолопастной крыльчатки, совмещенной с ротором своего электродвигателя. Роторы снабжены шариковыми подшипниками, установленными на консольных осях. Статоры 2 находятся в герметических полостях, образованных корпусом 5 и диамагнитными втулками 4, отделяющими их от роторов. Струевыпрямитель 1 создают одинаковые условия входа и выхода жидкости, а значит, и одинаковые условия для сил вязкого трения, действующих на ту и другую крыльчатку. Для достижения полной компенсации моментов вязкого и механического трения оба электропривода должны иметь одинаковые характеристики. Кроме того, необходима полная идентичность обоих роторов, в том числе зазоров. При зазорах между струевыпрямителями и роторами, равных 1,35 мм, градуировки на воде и смеси масла с керосином совпали с погрешностью не более 1 % в диапазоне расходов от 0,5 до 4,5 кг/с. Но при уменьшении у второго ротора этого зазора до 0,6 мм наблюдалось изменение градуировочной зависимости. С уменьшением зазоров между роторами и разделительной втулкой 4 чувствительность расходомера возрастает. При увеличении зазоров от 0,2 до 0,6 мм крутизна градуировочной зависимости заметно уменьшалась. Схемы однороторных турбосиловых расходомеров представлены на рис.12,з,и.

В первой из них расход определяется путем измерения электрической мощности N, затрачиваемой на вращение электродвигателя. Она прямо пропорциональна крутящему моменту Mк согласно зависимости Проще всего определять  по силе тока i, питающего статор электродвигателя. Во второй схеме (рис.12,и) электродвигатель связан с ротором 1 пружиной 2, угол закрутки которой пропорционален расходу.

Для получения высокой точности измерения расхода во всех рассмотренных схемах моменты вязкостного Mв и механического Mм трения должны быть постоянными или сведены до небольшого значения. В схеме (рис.12,д), роторы связаны пружиной, ведомый ротор вращается внутри втулки, укрепленной на ведущем роторе. При этом пружина оказывается разгруженной от вязкого трения на периферии ведомого ротора и остается лишь влияние вязкого трения на его торцевых плоскостях. Весьма полное устранение влияния моментов Mв и Mп достигается в схемах (рис.12,е,ж), у которых один ротор нагружен полным крутящим моментом Mк, а другой – только суммой моментов сопротивления Mв + Mп .

В турбосиловых расходомерах с электроприводом целесообразно электродвигатель располагать внутри преобразователя расхода. При этом ротор последнего совмещают с ротором электродвигателя. Статор же отделяют от измеряемой среды с помощью немагнитной металлической втулки (рис.13). При внутреннем электроприводе устраняется необходимость в зубчатой передаче, связывающей электродвигатель с приводным ротором, исключается трение передающей оси в сальнике, что уменьшает и стабилизирует момент Mм. Толщина разделительной втулки и зазор между втулкой и ротором должны быть минимально допустимыми из условий прочности. Наилучший материал для втулки – сталь 1X13, при которой сила тока холостого хода наименьшая и равна 0.39А. При втулках из стали 1Х18Н9Т сила тока 0.785А, а при втулке из латуни – 0,878А. В расходомерах ИАТ применялись как синхронные (типа ДВС–У1), так и асинхронные (типа ДВА–УЗ) электродвигатели с проточенными статорами и частотой вращения 1500 об/мин.

2.2.2. Турбосиловые расходомеры с приводом от потока

Многие из схем, представленных на рис.12, можно осуществить без электродвигателя с приводом от потока. При этом закрутка потока достигается с помощью неподвижного шнека или другим путем. Таким образом, реализована схема, в которой электродвигатель был заменен на неподвижный шнек (рис.12,г). Расход определялся по уравнению (14) путем измерения периода Т биения частот, пропорциональных скоростям ω и ωр.

Схемы расходомеров (рис.14,а–в) состоят из двух (иногда трех) крыльчаток, связанных пружиной. Если одну из них сделать с наклонными или винтовыми лопастями, то она также как и ведомая крыльчатка станет вращаться за счет внутренней энергии потока. Отсутствие электродвигателя упрощает конструкцию преобразователя расхода и увеличивает надежность его работы. Обе крыльчатки вращаются с одинаковой угловой скоростью ω, а образующийся при этом угол сдвига φ между ними, равный углу закручивания пружины, будет возрастать с ростом массового расхода Qм. Момент, закручивающий пружину, равен  (к – коэффициент, зависящий от соотношения углов наклона лопастей на крыльчатках; если ведомая крыльчатка прямолопастная, то к = 1). Противодействующий момент, создаваемый пружиной, равен (с – жесткость пружины). Приравнивая эти моменты, получим

(21)

Из уравнения (21) следует, что  (Δt – время поворота крыльчаток на угол φ). Тогда из предыдущего уравнения вытекает, что Для измерения времени Δt каждая из крыльчаток имеет свой тахиметрический преобразователь. Время Δt измеряется по времени сдвига двух соседних импульсов, генерируемых этими преобразователями. У турбосиловых расходомеров без электропривода угловая скорость ω растет вместе с расходом.

Схема, разработанная фирмой «Поттер» (Potter) представлена на рис.14,а.

Рис. 14. Турбосиловые расходомеры с приводом от потока и

измерением временного сдвига

Преобразователь состоит из двух крыльчаток 1 и 3, связанных между собой пружиной 2. Углы наклона лопастей у крыльчаток разные. Это вызывает при движении потока закручивание пружины 2 на угол φ, пропорциональный расходу Qм. Направление закручивания зависит от того, какая из крыльчаток 1 и 3 имеет больший наклон лопастей. Угол φ измеряется с помощью тахометрических преобразователей 4 и 5 по времени сдвига. По этой схеме был создан отечественный турбосиловой расходомер. Роль пружины выполнял торсион (стержень, работающий на кручение), пропущенный внутри пустотелого вала, на котором посредством шпонки закреплялась одна из крыльчаток. Один конец торсиона соединен с валом, другой – со второй крыльчаткой. Расходомер предназначен для измерения больших расходов газа до 20 000 кг/ч. Другой расходомер, разработанный по этой же схеме, предназначен для измерения расхода жидкости от 290 до 1620 т/ч в трубе диаметром 250 мм при давлении 5 МПа.

По схеме преобразователя расхода (рис.14,б) создан расходомер К–101. Для устранения влияния ближайшего местного сопротивления здесь предусмотрен струевыпрямитель 1, пройдя через который, поток сперва поступает на прямолопастную крыльчатку 3, а затем на крыльчатку 5 с наклонными лопастями, которая и будет ведущей.

Крыльчатки связаны пружиной 4 и вращаются с одинаковой частотой. Чтобы уменьшить влияние вязкости на точность измерения расхода, на крыльчатке 5 укреплена втулка 2. Внутри которой, с очень малым зазором вращается крыльчатка 3. В результате уменьшается момент вязкого трения, вызывающий дополнительное закручивание пружины 4, При изменении расхода от 1 до 5 кг/с в расходомере К–101 время Δt изменялось от 5 до 11,5 мс. Дополнительная погрешность от шестикратного изменения вязкости (от 1·10-6 до 610-6 м2/с) составила 2 %.

Схема преобразователя расходомера К–102, разработанного в ИАТ для более полного устранения влияния вязкости, представлена на рис.14,в. С этой целью в преобразователь введена третья крыльчатка 5. Ведущая крыльчатка 8 с наклонными лопастями укреплена на оси 1, имеющей подшипники качения, установленные в струевыпрямителях 2 и 6. От оси 1 через отдельные пружины 3 и 7 приводятся во вращение прямоломастные крыльчатки 4 и 5. Поток проходит через крыльчатку 4, а затем через крыльчатку 5. Поэтому на крыльчатку 4 и пружину 3 действует как момент, закручивающий поток М, так и сумма моментов Mв + Mм от вязкости и трения в подшипниках. На крыльчатку же 5 и пружину 7 действует только сумма моментов Mв + Mм. Поэтому угол закручивания φ2 пружины 7 будет меньше угла закручивания φ1 пружины 5. В результате между крыльчатками 4 и 5 образуется угол сдвига . Если суммы моментов Mв + Mм  действующих на крыльчатки 4 и 5, одинаковы и жесткости обеих пружин равны друг другу, то будет зависеть лишь от момента, закручивающего поток. Тогда, очевидно, 

(22)

где Δt – время поворота всей системы на угол Δφ, измеряемое с помощью двух тахометрических преобразователей, с.

Результаты испытания расходомера К–102 на расходах от 1 до 5 кг/с на воде и водоглицериновой смеси при более чем десятикратном изменении вязкости дали практически одну градуировочную кривую с разбросом экспериментальных точек в пределах ± 1 %. В расходомерах К–101 и К–102 число оборотов крыльчаток возрастает от 600 до 3000 об/мин при увеличении расхода от Qmin = 1 кг/с до Qmax = 5 кг/с. Соответственно, частота импульсов, генерируемых тахометрическими преобразователями, возрастает от 10 до 50 Гц. 

Существуют и другие разновидности турбосиловых расходомеров с приводом от потока. Так, если в схеме на рис. 6,а заменить электродвигатель на неподвижный шнек, закручивающий поток, то первая прямолопастная крыльчатка будет вращаться с угловой скоростью ω, а пружина, передающая это вращение второй крыльчатке, закрутится на угол φ, пропорциональный моменту . Очевидно, расход Qм можно будет определить по формуле  где с – жесткость пружины, rc – средний радиус каналов ротора, м. Здесь в дополнение к измерению угла φ надо еще измерять ω с помощью тахометрического преобразователя.

Относительная простота конструкции турбосиловых преобразователей расхода без электропривода – их несомненное достоинство, а сложность схем измерения времени Δt – их недостаток. Точность же измерения расхода в большой степени зависит от совершенства упругих свойств, применяемых пружин и стабильности их характеристик в условиях эксплуатации. Кроме того, на точность и надежность работы преобразователей влияют качество и надежность опор.

3. Способы получения интегрального расхода

Измерение суммарного расхода топлива сводится к интегрированию по времени сигналов мгновенного расхода. Сигналы мгновенного расхода дискретизируются, поэтому интегрирование сводится к суммированию импульсов за определенное время.

В датчике суммарного расхода топлива (рис.15) вращение крыльчатки 1 через червячную передачу 3 с помощью индуктивно-импульсного устройства (ИИУ) преобразуется в электрические импульсы.

Рис. 15. Кинематическая схема датчика суммарного

расхода топлива:

1 – крыльчатка, 2 – подшипники, 3 – червячная передача, 4 – стальной сердечник, 5 – сердечник, 6 – магнитный шунт, 7 – катушка постоянной индуктивности, 8 – катушка переменной индуктивности.

Якорь ИИУ представляет собой стальной сердечник 4, укрепленный на немагнитном цилиндрическом основании и помещенный в магнитное поле катушек переменной индуктивности 8 с незамкнутым П-образным ферромагнитным сердечником 5. Над катушками размещена другая пара катушек постоянной индуктивности 7. Через каждые 30 оборотов крыльчатки якорь ИИУ приближается к сердечнику нижней пары катушек и этим уменьшает магнитное сопротивление воздушного зазора сердечника катушки, а, следовательно, вызывает увеличение индуктивности катушек. Катушки 7 постоянной и катушки 8 переменной индуктивности, имеющие коэффициенты самоиндукции L2 и L1, включены в разные плечи индуктивного моста, остальные два плеча которого образованы обмотками трансформатора L3 и L4 (рис.16).

Рис. 16. Принципиальная электрическая схема

суммирующего расходомера:

1 – обмотка ДШР, 2 –корпус, 3 – возвратная пружина, 4 – храповое колесо, 5 – стрелка, 6 – кремальера.

При изменении индуктивности L1 равновесие моста нарушается и на eгo измерительной диагонали появляется напряжение частотой 400 Гц (мост питается напряжением 115 В, 400 Гц), промодулированное по амплитуде частотой импульса, как видно из рис.17,а. Это напряжение поступает на вход импульсного усилителя и преобразуется в импульсы прямоугольной формы постоянной длительности и амплитуды, необходимые для управления шаговым двигателем.

Усилитель состоит из следующих функциональных каскадов: амплитудного детектора, усилителя постоянного тока, формирующего устройства, времязадающего каскада, выходного каскада мощности.

Амплитудный детектор выделяет низкочастотную составляющую входного сигнала и представляет собой мостовую двухполупериодиую схему выпрямления, выполненную на диодах VD1,VD2, VD3, VD4.

Усилитель постоянного тока, выполненный на транзисторе VT5, усиливает выходной сигнал амплитудного детектора до величины, достаточной для надежного срабатывания формирующего устройства.

Рис. 17. Графики изменения входного (а) и выходного (б) напряжений импульсного усилителя

Роль формирующего устройства выполняет триггер с эмиттерной связью, в схему которого входят транзисторы VТ6, VT7 и резисторы R4 – R9.

Времязадающий каскад, состоящий из транзистора VT8, резистора R10 и емкости С2, представляет собой однотранзисторный мультивибратор и служит для формирования импульсов постоянной длительности, поступающих затем на выходной каскад мощности, собранный на транзисторе VT9.

Таким образом, на выходе импульсного усилителя формируются прямоугольные импульсы напряжения постоянной длительности, частота следования которых определяется низкочастотной составляющей сигнала датчика (рис.17,б).

Рис. 18. Кинематическая схема указателя расходомера:

1 – электромагнит; 2 – якорь электромагнита; 3 – ведущая собачка; 4 – храповое колесо; 5 – стопорная собачка; 6 –возвратная пружина; 7 – червяк редуктора; 8 – червячное колесо; 9 – шестерня; 10 – фиксатор; 11, 12, 13, 17 – шестерни; 14 – стрелка; 15 – шкала; 16 – кремальера.

В качестве указателя в суммирующих  расходомерах применяется счетчик импульсов (рис.18). При подаче импульса на обмотку релейно-шагового двигателя, состоящего из электромагнита 1 , якорь 2 которого при помощи ведущей собачки 3 поворачивает храповое колесо 4 на один зуб при каждом замыкании цепи. Стопорная собачка 5 предохраняет колесо от проворачивания. Возвратная пружина 6 служит для регулирования усилия возврата якоря. Редуктор, состоящий из червяка 7, червячного колеса 8, шестерни 9, фиксатора 10, шестерен 11, 12 и 13, передает вращение храпового колеса 4 на стрелку 14. Стрелка перемещается по направлению к нулю шкалы 15 и в каждый момент времени показывает запас топлива в топливной системе. Перевод стрелки прибора на деление, соответствующее залитому запасу топлива, производится кремальерой 16, на оси которой укреплена шестерня 17. При перемещении кремальеры в осевом направлении шестерня 17 приходит в зацепление с шестерней 11. Число оборотов сердечника ИИУ датчика пропорционально числу оборотов крыльчатки, следовательно, число срабатываний ДРШ будет также пропорционально числу оборотов крыльчатки и, значит, количеству топлива, прошедшего через датчик.

Перед запуском авиадвигателя на барабанчиках счетчика импульсов устанавливаются вручную показания, соответствующие заправленному количеству топлива для одного двигателя. В процессе расходования топлива показания счетчика уменьшаются. Таким образом, прибор показывает количество топлива, оставшегося в баках.

При эксплуатации расходомеров, как и при эксплуатации топливомеров, следует соблюдать общие правила безопасности при работе с легко воспламеняющимися веществами.

Перед демонтажем датчиков перекрываются топливные магистрали, и сливается топливо из трубопровода, в разрез которого установлен датчик. После монтажа датчика герметичность топливной системы проверяется под давлением, создаваемым перекачивающими насосами.

Перед каждым полетом, а также перед запуском и опробованием двигателей необходимо стрелку запаса топлива указателя суммирующего расходомера установить на фактически заправленное в баки количество топлива. Так как расходомеры рассчитаны на работу с топливом различных марок, необходимо проверить положение переключателя шкалы плотности и его соответствие заправленному топливу.

В процессе эксплуатации обращают особое внимание на целость экранировки и изоляции соединительных проводов. Сопротивление изоляции проверяется при отключенных разъемах агрегатов комплекта и должно быть не менее 20 мОм.

Наиболее частые неисправности расходомеров возникают из-за засорения подшипников крыльчатки в направляющем аппарате, отказов элементов электроники, обрывов соединительных проводов. В случае засорения подшипников датчики промываются бензином.

4. Анализ погрешностей канала измерения расхода

Представленные расходомеры являются приборами косвенного метода измерения, поэтому им свойственны методические погрешности. При градуировке в объемных единицах методические погрешности отсутствуют, так как в градуировочной формуле (2) площадь сечения трубопровода постоянна. Однако при градуировке в массовых единицах методические погрешности возникают, как следует из формулы (3), вследствие изменения плотности ρ при изменении температуры или сорта топлива.

Погрешности при замене сорта топлива могут достигать 5 – 6 %. Они учитываются поправочными графиками.

Методические температурные погрешности в диапазоне температур топлива ±60 °С достигают 5 – 10 %. Для автоматической компенсации этих погрешностей применяют чувствительные элементы, реагирующие на температуру топлива и подающие компенсационные сигналы в схему прибора. В качестве чувствительных элементов применяются конденсаторы, в которых диэлектрическая постоянная является функцией температуры топлива, и терморезисторы.                             Методическая погрешность из-за изменения плотности при замене сорта топлива в расходомерах либо учитывается путем тарировки расходомера под определенный сорт топлива с нанесением на шкале показывающего прибора плотности данного сорта топлива, либо компенсируется автоматически введением в электрическую схему дополнительных поправочных резисторов, подключаемых с помощью специальных переключателей сорта топлива, расположенных на пульте управления.

Погрешность измерения может также возникать из-за неравномерного распределения скорости течения топлива по поперечному сечению датчика расхода.

Для уменьшения этой погрешности необходимо, чтобы течение топлива в области установки крыльчатки не было турбулентным. В целях достижения этого и для направления потока вдоль оси крыльчатки перед крыльчаткой и после крыльчатки устанавливают струенаправляющие аппараты, прямые лопатки которых расположены параллельно оси турбинки.

Инструментальные погрешности расходомеров складываются из погрешностей преобразователя, измерительной схемы и указателя.

Погрешности датчика обусловлены моментом нагрузки на крыльчатку, равным сумме моментов трения МТр, жидкостного сопротивления Мж и преобразования МПр, т. е.

(23)

Обычно <<.

Если момент нагрузки сравним с моментом, развиваемым крыльчаткой Мд, то нарушается пропорциональность в формулах (3) и (4). Для уменьшения погрешностей параметры датчика следует выбирать из условия

>>.

(24)

На современных летательных аппаратах в комплекте суммирующих расходомеров и топливомерно-расходомерные систем применяются датчики типа РТСТ и ДРТС, включающие в себя узлы мгновенного и суммарного расхода топлива. Погрешность измерения комплекта расходомера с датчиками указанного типа в нормальных условиях не превышает ±1,5 % от общего количества топлива, прошедшего через датчик.

Температурные инструментальные погрешности в расходомерах мгновенного расхода компенсируются термомагнитным шунтом.

Инструментальные погрешности измерительных схем суммирующих расходомеров практически отсутствуют, поскольку число импульсов пропорционально расходу. В процессе эксплуатации расходомеров возникают дополнительные инструментальные погрешности, вызываемые изменениями геометрических размеров подвижных элементов датчика расхода и электрических параметров элементов измерительной схемы.

На летательных аппаратах устанавливаются расходомеры типа PTCI6, РТМСА, РТМСВ. Основные приведенные погрешности этих расходомеров не превышают ±2 – 3 % при нормальных условиях и достигают 4 – 5 % при изменении температуры от – 60 до +60 ºС. Для расходомеров типа РТС–1 и топливомерно-расходомерные систем типа СТР суммарная погрешность комплекта при температуре ±60 ºС, как правило, не превышает ±3,5 % общего количества топлива, прошедшего через датчики расходомера.

5. Современные разработки

Турбинные преобразователи расхода (рис.19) предназначены для выдачи информации об объемном расходе измеряемой жидкости в виде частотного электрического сигнала синусоидальной формы с максимальной частотой для ТПР1 6 250 Гц, а для ТПР7 20 500 Гц и амплитудой сигнала на минимальной частоте не менее 25 мВ при наземных (стендовых) испытаниях изделий.

Измеряемая среда:

I группа – неагрессивные смазывающие жидкости (углеводородистые топлива, жидкости гидросистем, промышленные масла);

II группа – неагрессивные несмазывающие жидкости (вода, спирт, аммиак);

III группа – однофазные криогенные жидкости (оксид, энерген);

IV группа – агрессивные жидкости (амил меланж I).

Рис. 19. Турбинный преобразователь расхода ТПР1-20

Кинематическая вязкость измеряемой среды до 100 сСт.

Температура  измеряемой среды:

от  200 до +200 С – для неагрессивных и однофазных криогенных жидкостей;

от  60 до +50 С – для агрессивных жидкостей.

Рис. 20. Массовые расходомеры Danfoss MASSFLO

Расходомеры Danfoss MASSFLO (рис.20) измеряют расход непосредственно в кг/ч. Кроме того, расходомеры MASSFLO измеряют:

  1.  Плотность;
  2.  Температуру.

Расходомеры MASSFLO выполняются из нержавеющей стали, сплава Хастеллой и с встроенной системой подогрева. Расходомеры MASSFLO могут быть получены во взрывобезопасном исполнении.

Параметры массового расходомера Danfoss MASSFLO:

  1.  Диаметры: DN 10 ÷ 1200 мм;
  2.  Диапазон расхода: 0.2 ÷ 45000 м3/ч;
  3.  Температура среды: от –200 до +250 С;
  4.  Максимальное давление: 160 Бар;
  5.  Точность: 0.15%.
  6.  Класс защиты: IP 68

Заключение

Топливо измерительные комплексы представляют собой совокупность расходомерной, топливомерной, автоматической и вычисления располагаемой дальности систем, которые позволяют летному экипажу измерять количество топлива в баках на земле и в полете с помощью индикатора ИСТР4–5, осуществлять контроль централизованной заправки на земле, определять суммарное и мгновенное значение расхода топлива, а следовательно, производить вычисление и индикацию дальности и времени полета на текущем и оптимальном режимах работы двигателей.

Но, несмотря на общие задачи, расположение топливомерно-расходомерных систем, объем топливных баков и порядок выработки топлива в целях сохранения центровки, которая обеспечивается специальными автоматами, осуществляющие выработку топлива из отдельных групп баков по определенной программе, индивидуальны для каждого типа самолета и его модификаций. Поэтому каждый тип самолета имеет свой топливо измерительный комплекс, отличающийся по устройству, комплектности и маркировке от топливо измерительного комплекса другого типа самолета. Помимо вышеперечисленных возможностей применение комплексных систем программного управления и измерения топлива позволяет, наличием специального компенсационного моста, компенсировать методические погрешности, связанные с изменением температуры или сорта топлива.

В настоящее время широкое применение находят топливомерно-расходомерные системы СТР2–2А, СТР6–2А, СТР7–2А, СТР6–5, СПУТ 1–5, СПУТ 4–1.

6. Контрольные вопросы

1. Какие задачи выполняет автоматическая часть топливо измерительных комплексов?

2. В чем заключается принцип действия топливомерной части топливо измерительных комплексов?

3. Из каких функциональных каскадов состоит усилитель датчика суммарного расхода топлива?

4. В чем отличие принципов действия тахометрических расходомеров от турбосиловых?

5. Для каких целей необходима кремальера указателя расходомера?

6. Назовите основные способы температурной коррекции плотности жидкости?

7. Объясните назначение кнопок на передней панели пульта ПКУ6-4?

8. Каковы достоинства и недостатки применения турбосиловых расходомеров с приводом от потока?

9. Приведите формулу для вычисления массового расхода с помощью турбосиловых расходомеров с электроприводом приводом?

10. Какими погрешностями обладает канал измерения расхода?


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

31609. АЛЕРГІЯ. Алергійні реакції III типу за Кумбсом і Джеллом - імунокомплексні реакції 75.5 KB
  Антиген і антитіло перебувають у вільному стані не фіксовані на поверхні клітин. В результаті активації комплементу і дії продуктів які продукуються макрофагами відбувається ушкодження клітин і розвивається запалення. Алергійні реакції IV типу за Кумбсом і Джеллом гіперчутливість cповільненого типу або клітинноопосередкований тип алергії. Такими клітинами є Тхелпери1 CD41 які мають специфічні до відповідного антигену рецептори Тірецептори.
31610. РОЗЛАДИ РУХОВОЇ І ТРОФІЧНОЇ ФУНКЦІЇ НЕРВОВОЇ СИСТЕМИ 86.5 KB
  Регуляція довільних рухів поперечнопосмугованих м’язів здійснюється руховим аналізатором розташованим переважно в лобовій частці кори півкуль великого мозку клітини Беца передньої центральної звивини через двохнейронний пірамідний шлях: а корковоядерний і б корковоспинномозковий. Регуляція тонусу скелетних м’язів і мимовільних автоматичних рухів здійснюється екстрапірамідною системою яка складається із підкіркових ядер кінцевого мозку хвостатого сочевицеподібного ядер огорожі структур проміжного мозку таламуса...
31611. СЕРЦЕВА НЕДОСТАТНІСТЬ 87.5 KB
  Недостатність серця це патологічний стан при якому навантаження на серце перевищує його здатність виконувати роботу по переміщенню крові у кровоносному руслі та забезпечувати кровопостачання органів і тканин відповідно до їх потреб. Недостатність серця класифікують: I. У залежності від клінічного перебігу розрізняють: а гостру і б хронічну недостатність серця. За виразністю клінічних проявів виділяють: а компенсовану і б декомпенсовану недостатність серця.
31612. СЕРЦЕВА НЕДОСТАТНІСТЬ 131.5 KB
  При цьому стан кровообігу визначається: а діяльністю серця б тонусом судин і в станом крові її загальною і циркулюючою масою а також реологічними властивостями. Порушення функції серця судинного тонусу чи зміни в системі крові можуть призвести до недостатності кровообігу. Усього на сьогоднішній день відомо більш 50 факторів ризику істотна роль яких у виникненні хвороб серця і судин чітко встановлена. Недостатність серця патологічний стан обумовлений нездатністю серця забезпечити кровопостачання органів і тканин відповідно до їх...
31613. СПАДКОВІСТЬ І ПАТОЛОГІЯ 85.5 KB
  Першу групу складають власне спадкові хвороби у яких етіологічну роль відіграє зміна спадкових структур роль середовища полягає лише в модифікації проявів захворювання. У цю групу входять: генні і хромосомні хвороби. □ Друга група екогенетична спадкові хвороби обумовлені патологічною мутацією однак для їх прояву необхідний специфічний вплив середовища. Основним етіологічним фактором у їх виникненні є несприятливий вплив середовища але реалізація дії фактора залежить від індивідуальної генетично детермінованої схильності організму у...
31614. УШКОДЖЕННЯ КЛІТИНИ 80 KB
  2 У залежності від ступеня порушень внутрішньоклітинного гомеостазу розрізняють: а зворотні зникають після припинення дії ушкоджуючого фактора б незворотні ведуть до загибелі клітини. 3 В залежності від періоду життєвого циклу клітини: а мітотичне і б інтерфазне. Насильницьке виникає у разі дії на здорову клітину фізичних хімічних і біологічних факторів інтенсивність яких перевищує порогові подразнення до яких клітина адаптувалася Цитопатичне виникає внаслідок первинного порушення захиснопристосувальних...
31615. АНЕМІЇ 83.5 KB
  Механічний гемоліз виникає внаслідок механічного руйнування еритроцитів при роздавлюванні еритроцитів у судинах стопи маршовий гемоліз. Окисний гемоліз розвивається унаслідок вільнорадикального окислювання ліпідів і білків плазматичної мембрани еритроцитів коли збільшується проникність еритроцитарної мембрани що надалі веде до реалізації осмотичного механізму гемолізу. Детергентний гемоліз зв’язаний з розчиненням ліпідних компонентів мембрани еритроцитів речовинамидетергентами.
31616. АРИТМІЇ СЕРЦЯ а головною причиною раптової смерті при серцевій патології у 93 є. 68 KB
  1 Номотопні аритмії при яких генерація імпульсів як і в нормі відбувається пейсмейкерними клітинами pce nd mker Рклітинами в синуснопередсердному вузлі. За цих умов генерація імпульсів відбувається не в синуснопередсердному вузлі а в інших структурах провідної системи що є водіями ритму II і III порядку. При цьому можуть розвиватися наступні види патологічних ритмів серця: а передсердний повільний ритм водій ритму знаходиться в структурах лівого передсердя частота серцевих скорочень менше 70 у 1 хв; б атріовентрикулярний...
31617. ГАРЯЧКА 74.5 KB
  Температура тіла безумовно не може служити в цьому розумінні універсальним критерієм однак не залежне від зовнішньої температури “саморозігрівання†організму супроводжує багато різноманітних за походженням хвороб маючи при цьому у своїй основі єдиний патофізіологічний механізм. Гарячка проявляється тимчасовим підвищенням температури тіла не залежно від температури зовнішнього середовища і звичайно супроводжується рядом характерних змін обміну речовин і фізіологічних функцій. 2 Нейрони “заданого рівня температури†група...