Измерение мощности с помощью гидротормозов

Присоединяют к турбине гидротормоз – рис.1.

Принцип работы : лопатки вращаются в камере с жидкостью, крутящий момент через жидкость передается корпусу, который поворачивается и передает этот момент на силоизмеритель. Также за счет внутреннего трения жидкость нагревается (получает теплоту).

Поэтому можно измерять мощность как по теплоте: N = Q_ПОЛ = Δt_Ж ^. С_Ж ^. G_Ж ;

так и по крутящему моменту: N = М_КР ^. ω = F ^. L ^. ω .

Недостатки гидротормозов:

1.Нужен силоизмеритель.

2.Измерение и учет трения в подшипнике.

3.Учет измерений моментов от подводящих и отводящих трубопроводов.

4.Нужно иметь жидкость, стойкую к кавитации.

5.Измерение температуры жидкости на входе и выходе.

6.Нужно иметь систему подготовки, подачи, хранения рабочей жидкости.

Силоизмерители: - используются два типа: - месдозы;

- упругие силоизмерители.

Месдоза – рис.2 – камера, закрытая эластичной мембраной, на которую давит поршень, подвешенный на упругой пластине и на него давит через шарик измеряемая сила. Камера заполнена маслом и в ней измеряется давление с помощью манометра.

Сила : F_Н = P ^. S , где Р – замеренное давление, S – площадь камеры.

Упругие силоизмерители – например балочный силоизмеритель – рис.3. Измеряемая сила пропорциональна прогибу, который меряется либо часовыми индикаторами, либо тензорезисторами. Также бывают сложные упругоизмерители – рамы – рис.4, либо деформируемые элементы с наклеенными тензорезисторами (шарик –рис.4).

Достоинства таких силоизмерителей:

- компактность;

- высокая чувствительность;

- относительная простота;

- способность воспринимать колеблющуюся нагрузку.

Недостатки:

- температурная чувствительность;

- явление гистерезиса;

- возможность возникновения пластических деформаций;

- наличие собственных частот колебаний (нужно отстраиваться от возможного резонанса).

Изменение частоты вращения роторов

Измерение частоты вращения необходимо для : - определения мощности;

- для контроля режимов работы агрегата;

- для определения положения раб. точек на х-ках;

- для ввода этого сигнала в САУ.

Во многих случаях применяются готовые устройства называемые тахометрами.

1. Механические тахометры: см.рис.1.

Недостатки: - механическое присоединение к валу;

- невысокая точность;

- небезопасность (т.к.высокие обороты).

2. Магнито-индукционные тахометры: широко применяется, состоит из 2-х приборов : датчик тахометра и измеритель тахометра – см. рис.2.

ДТЭ (эл. трехфазный генератор переменного тока) вырабатывает ток, а ИТЭ (трехфазный эл. двигатель) поглощает этот ток. Соединение двигателя и стрелки происходит след. образом – рис.3 : магниты, закрепленные на валу двигателя ИТЭ при вращении наводят в близко расположенном диске токи Фуко, которые взаимодействуют с магнитным полем магнитов и создают крутящий момент, которому противодействует спиральная пружина. Связь электроиндукционная, угол поворота стрелки пропорционален оборотам и токам Фуко.

Достоинства:

- достаточно высокая точность (0,5-1%) (но недостаточная по требованиям ГОСТа (n=0,25));

- высокая надежность.

Недостатки:

- механическое присоединение к исследуемой машине;

- ДТЭ содержит подшипники, катушку, провода т.е. не термостойкие узлы;

- проблема размещения (надо располагать в сухом прохладном месте);

- наличие вращающихся частей требует аккуратного обращения (не допускаются больш. перепады т-р);

- шумность (из-за вращающихся деталей).

3. Электро- индукционный тахометр: к валу прикреплен зубчатый диск, а рядом с диском установлен постоянный магнит с намотанной катушкой – см. рис.4.

При вращении к постоянному магниту подходит либо зуб, либо впадина (меняется магнитная проводимость, зуб - повышается, впадина - понижается) из-за колебаний магнитного поля в катушке наводится индуктивная ЭДС, сигнал снимается с концов провода. В катушке наводится переменный ток.

Частота тока: , где Z – число зубьев.

Для измерения частоты вращения можно применить частотомер: . Если взять число зубьев z=60, то частотомер покажет сразу обороты в минуту.

Оценка точности: даже промышленный частотомер обеспечивает точность измерения частоты не хуже чем в 1Гц , поэтому, если принять n = 6000 об/мин, f = 100 Гц или f = 100*60 = 6000 об/мин, то:

; , а по ГОСТу δn = 0,25%, т.е. видно что точность высокая и удовлетворяет требованиям ГОСТа).

Достоинства: - чрезвычайная простота прибора;

- отсутствие в приборе вращающихся элементов;

- в кач-ве зубцов можно использовать фланцевые болты;

- малые размеры;

- высокая точность.

Недостатки: - низкая теплостойкость;

- негерметичность (по маслу );

- установка специального зубчатого диска на роторе;

- чувствительность к внешним эл-магнитным помехам.