книги из ГПНТБ / Печененко, В. И. Автоматика регулирования и управления судовых силовых установок учеб. пособие

Дилатометрические термометры. Принцип действия дилато­ метрических термометров основам на различии коэффициентов линейного расширения двух тел. Измерительная часть термометра

от материала проводников 3 и температуры спаев. Устройства,

концом.

При неизменной температуре рабочего конца термоэлектродвижущая сила зависит только от его температуры, поэтому для по­ лучения правильных показаний прибора следует обеспечить по­ стоянство температуры холодного спая. В практике часто темпе­ ратура холодного спая отличается от температуры, при которой

100

тарировался прибор. В этих случаях при точных замерах следует вводить поправку на температуру холодного спая, пользуясь гра­ дуировочными таблицами или градуировочной кривой. Диапазон температур применения того или иного типа термопар определя­ ется материалами, из которых они изготовлены. Например, тер­ мопара платина — платинородий (ТП) имеет один электрод из чистой платины, а другой — из сплава, содержащего 90% плати­ ны и 10% радия. ТП нормально работает при температурах до 1300° С и кратковременно — при температурах до 1600° С. Термо­

нительных проводов. Для изготовления чувствительного элемента применяется тонкая проволока из металлов с большим коэффи­ циентом электрического .сопротивления, имеющим однозначную зависимость сопротивления от температуры.

В практике нашли применение платиновые (до 500° С) и мед­ ные (до 100° С) термометры.

§ 28. ПРИБОРЫ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ РАСХОДА

Измерение расходов жидкости, пара и газов осуще­ ствляется либо методом непосредственного измерения с помощью приборов, устанавливаемых в трубопроводах, либо методом кос­ венного измерения при помощи импульсных органов, которые уста­ навливаются в трубопроводах и передают импульс к измеритель­ ным приборам.

Непосредственное измерение расхода. Расходомеры со спи­ ральной (горизонтальной) вертушкой (рис. 71, а) применяются для учета значительных расходов жидкости. Внутри цилиндриче­ ского корпуса 1 параллельно оси трубопровода установлена го­ ризонтальная вертушка 4. Частота вращения вертушки прямо про­ порциональна количеству жидкости, проходящей через прибор. Вращение вертушки через червяк 3 передается счетчику оборо­ тов 2 вертушки, градуированному в объемных единицах расхода. Для устранения влияния отклонения потока жидкости на скорость вращения вертушки перед ней со стороны входа жидкости уста­ новлен кронштейн — струевыпрямитель 6. Для регулирования показаний счетчика установлена поворотная лопасть 5 струевыпря­ мителя. Расходомеры со спиральной вертушкой могут быть уста-

101

новлены на горизонтальных и наклонных участках трубопроводов с восходящим потоком жидкости.

Расходомеры с крыльчатой (вертикальной) вертушкой

(рис. 71,6) применяются для измерения небольших расходов жид­ кости (до 3,5 м3/ч). В корпусе расходомера 2 перпендикулярно оси трубопровода установлена вертушка 1, частота вращения ко­ торой прямо пропорциональна расходу жидкости через прибор. Вращение вертушки через редуктор передается счетному меха­ низму 3. Эти расходомеры устанавливаются только на горизон­ тальных участках трубопровода.

Рис. 71. Расходомеры непосредственного измерения:

а — со спиральной (горизонтальной) вертушкой: б — с крыльчатой (вертикальной) вертушкой

При установке расходомеров со спиральной и крыльчатой вер­ тушками необходимо выбирать участок трубопровода, который был бы прямым на расстоянии 10—8 диаметров до и 5 диамет­ ров после расходомера. Величина измеряемого расхода не долж­ на превосходить наибольший и наименьший пределы, так как по­ вышенный расход приводит к быстрому износу, а расход меньше минимально предусмотренного увеличивает погрешность изме­ рения.

Косвенное измерение расхода с помощью дроссельных устройств. Метод определения расхода по перепаду давления, основанный на измерении потенциальной энергии потока при про­ текании его через суженную часть трубопровода, широко приме­ няется для измерения стационарного и квазистационарного пото­ ка. На рис. 72,а,б ,в приведены графики процесса протекания потока через различные дроссельные устройства. Изменение дав­ ления вдоль стенки трубопровода показано сплошной линией, а по оси трубопровода — пунктиром.

102

Секундный объемный расход среды через дроссельное устрой­ ство равен

/"о — проходное сечение дроссельного устройства, м2;

е— поправочный коэффициент на расширение измеряемой среды;

g — ускорение силы тяжести (£=9,81 м/сек2);.

Т— удельный вес измеряемой среды до дроссельного уст­ ройства;

АР — перепад давления на дроссельном устройстве. Дроссельные устройства выполняются в виде диафрагм, сопел

и расходомерных труб. В качестве вторичных — показывающих и самопишущих приборов — используются дифманометры.

Рис. 72. Измерение расхода с помощью дроссельных устройств:

103

Диафрамы'— наиболее простые дроссельные устройства, представляющие собой тонкий диск с концентрическим отвер­ стием. Они устанавливаются в трубопроводе резко очерченной прямоугольной кромкой со стороны входа измеряемого потока (рис. 72,г). Отбор давлений до и после диафрагмы осуществля­ ется при помощи кольцевых камер или отверстий (при диаметре трубопровода больше 200 мм), равномерно расположенных по окружности и соединенных трубопроводом.

При установке диафрагм следует обращать внимание на каче­ ство обработки входной кромки (обработка производится по 6— 7-му классу). До и после диафрагмы должны быть участки пря­ мого трубопровода не мене пяти диаметров трубопровода (длина участков выбирается по справочным таблицам). Диафрагмы мо­ гут устанавливаться на вертикальных, горизонтальных и наклон­ ных трубопроводах.

Периодически следует производить очистку диафрагм от гря­ зи и смолистых осадков. При закруглении входной кромки от­ верстия диафрагму нужно заменить либо расточить проходное отверстие, сделать пересчет диафрагмы и заново переградуиро­ вать показывающий или самопишущий прибор.

Нормальные сопла применяются в трубопроводах с диаметром 50—200 мм при отношении отверстия сопла к диаметру трубопро-

02

вода D = —— (рис. 72, д). При обтекании потоком строго очерчен-

0,8

ного профиля сопла струя потока сужается. Перепад давления из­ меряется непосредственно около сопла с помощью кольцевых камер или отверстий, равномерно расположенных по окружности. При измерениях с помощью нормальных сопел безвозвратные потери несколько меньше, а точность измерения несколько выше, чем при измерениях с помощью диафрагм. Сопла изготавливаются осо­ бенно тщательно с обработкой поверхности по 7-му классу чисто­ ты. Выходная кромка должна быть острой, без закруглений, фа­ сок и заусениц.

Расходомерные трубы (трубы Вентури) применяются, когда безвозвратные потери напора должны быть минимальными (рис. 72,е). Профиль расходомерной трубы обеспечивает мини­ мальное завихрение потока. Нормальные трубы Вентури имеют большую строительную длину, что усложняет их изготовление и установку. Иногда применяются укороченные расходомерные тру­ бы, у которых диаметр диффузора на выходе меньше диаметра трубопровода.

§29. ПРИБОРЫ ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЧАСТОТЫ ВРАЩЕНИЯ

ИМОЩНОСТИ

Тахометры. Для определения частоты вращения при­ меняются приборы, которые называются тахометрами. Тахометры могут быть переносные (ручные) и стационарные.

104

Принцип действия ручного тахометра основан на использова­ нии центробежной силы, появляющейся при вращении вала 6, гру­ за 5, представляющего собой наклонное кольцо, закрепленное на оси 1 (рис. 73, а). Кольцевой груз — маятник насажен на ось — поперечину, перпендикулярную валику. Пружина 4 удерживает кольцевой груз в наклонном положении. При вращении вала 6' кольцо 5 стремится занять положение, перпендикулярное оси вра­ щения, и при этом натягивает пружину 4. Перемещение груза че­ рез муфту 2 и тягу 3 воздействует на указатель.

Рис. 73. Тахометры:

а — ручной; б — электрический; в — индукционный

Для приведения тахометра в действие на конец валика надева­ ется наконечник с резиновой прокладкой, затем наконечник при­ жимается к конусу в центре вала машины.

Стационарные тахометры бывают механические и электриче­ ские. Механические стационарные тахометры устроены подобно ручным. Электрические тахометры имеют датчик 2 (рис. 73, б), ра­ ботающий по принципу электрогенератора постоянного тока. Якорь датчика приводится во вращение от вала машины. Напряжение, возникающее в обмотке якоря, пропорционально частоте его вра­ щения; оно измеряется вольтметром 1, отградуированным в числах

оборотов в минуту.

В основе работы индукционных тахометров лежит принцип электромагнитной индукции, в результате которой происходит ув­ лечение проводника магнитом (рис. 73, в). Стальной магнит 4 по­ лучает вращение от вала машины и создает магнитное поле, кото­ рое воздействует на тонкостенный цилиндр 3 из немагнитного металла, установленный на одной оси со стрелкой-указателем 2. Спиральная пружина 1 создает восстанавливающий момент.

105

Тахографы. В отличие от тахометров они снабжены дополни­ тельным регистрирующим прибором, которой фиксирует частоту вращения вала за некоторый промежуток времени. При уменьше­ нии или увеличении частоты вращения тахометр перемещает запи­ сывающий механизм, снабженный пером, которое записывает ко­ лебания частоты вращения на движущейся бумажной ленте. Пере­ мещение ленты при сматывании с рулона и отметка времени на ней производятся часовым механизмом.

Счетчики оборотов. Принципиальная схема счетчика оборотов показана на рис. 74. Счетчик имеет набор шестерен, первая из которых (ведущая) приводится во вращение от вала двигателя.

среднюю частоту вращения за определенный промежуток времени (обычно за 5 сек). Такие приборы включаются экспериментато­ ром, а выключаются автоматически.

Индикаторы. Индикаторы служат для регулирования газорас­ пределения и парораспределения поршневых машин, а также для определения индикаторной мощности.

Схема и внешний вид индикатора для тихоходных машин пока­ заны на рис. 75, а. Прибор состоит из цилиндра 1 с поршеньком 8, штока 7 с пружиной 6, записывающего механизма 5 с каранда­ шом 3 и барабана 4, на котором крепится индикаторная бумага. Индикатор устанавливается на цилиндр машины с помощью на­ кидной гайки 9. Через трехходовой кран цилиндр индикатора сооб­ щается с внутренней полостью цилиндра машины. Давление газа или пара перемещает поршенек 5 вверх. Это движение через рыча­ ги записывающего устройства передается на карандаш. Запись диаграммы производится на индикаторной бумаге, надетой на ба­ рабан, который совершает возвратно-поступательное движение под действием индикаторного шнура 2 и пружины, находящейся внутри барабана. Вниз поршень индикатора движется под действием пру­ жины 6.

Устройство индикатора для быстроходных машин показано на рис. 75, б. Для снятия индикаторных диаграмм быстроходных ма-

106

шин применяются механические индикаторы со стержневой пружи­ ной 2 с облегченным поршеньком 4 и рычажным записывающим механизмом 3 для уменьшения сил инерции масс движущихся час­ тей. Стержневая пружина крепится в корпусе 1 и представляет со­ бой стальной стержень, поперечное сечение которого уменьшается

Рис. 75. Индикаторы:

а — с цилиндрической пружиной; б — со стержневой

от точки приложения сил так, что размеры каждого сечения опре­ деляются по величине наибольшего момента и наибольшей перере­ зывающей силы, действующей в этих сечениях. Выполненный таким образом стержень имеет небольшой вес и значительно большую стрелу прогиба, чем равный ему по прочности стержень постоянно­ го сечения. Для уменьшения приведенной массы рычаг записываю­

107

щего механизма имеет форму, близкую к форме тела равного со­ противления, и выполнен из легкого сплава.

Индикатор для снятия развернутых диаграмм работает по та­ кому же принципу, что и рассмотренные индикаторы. Барабан та­ кого индикатора приводится в движение от часового механизма или от вала^ашины через гибкий валик и имеет значительно больший диаметр, что позволяет снимать непрерывную диаграмму процес­ са, соответствующую нескольким ходам поршня.

Ѵ-3

Рис. 76 Планиметр

Индикатор непрерывной записи работает по принципу рассмот­ ренных индикаторов. Имеет два барабана. На барабане малого диаметра устанавливается лента длиной 1,5—3 м, которая прохо­ дит по поверхности большого барабана и наматывается на второй барабан малого диаметра, приводимый во вращение часовым ме­ ханизмом. Запись диаграммы производится на бумаге, когда она проходит большой барабан.

Планиметры. Для того чтобы определить среднее индикатор­ ное давление по индикаторной диаграмме, необходимо знать пло­ щадь индикаторной диаграммы. Она может быть определена с помощью прибора, называемого планиметром.

Планиметр (рис. 76) состоит из полюсного стержня 4 и обвод­ ного стержня 5. Полюсный стержень имеет грузик с иглой 3, ко­ торый устанавливается на бумаге неподвижно. Другой конец по­ люсного стержня имеет стержень 2 с шарообразной головкой, вхо­ дящей в отверстие ползуна 1, охватывающего обводной стержень 5. Обводной стержень имеет штифт 8, которым обводится измеряемая площадь индикаторной диаграммы. На другом конце обводного

108

стержня с помощью рамки закреплен счетный механизм, состоящий из циферблата 6, счетного ролика 7 и нониуса. Ролик свободно ка­ тится по бумаге и через червячную передачу производит отсчет на циферблате в соответствии с длиной пройденного пути. Поверх­ ность счетного ролика разделена на 100 частей. Окружность ци­ ферблата разделена на 10 частей. Один оборот ролика вызывает перемещение окружности циферблата на одно деление и соответ­

ной гайки 3. Под действием давления Рис. 77. Механический пиметр газов поршень 5 перемещается в ци­ линдре 4 и воздействует через систему рычагов на зубчатый сек­

тор 6 и основной маховик 2, на оси которого насажена стрелкауказатель. Обратное движение поршень совершает под действием пружины 7. Отклонения маховика от положения равновесия про­ порциональны импульсу давления газов на поршень прибора, т. е. пропорциональны среднему давлению газов pt, отнесенному к опре­ деленному времени.

Вследствие значительной инерции прибора колебания стрелкиуказателя будут тем меньше, чем большую частоту вращения имеет машина. Для определения среднего индикаторного давления р(і) двигателей, работающих с частотой вращения вала, меньшей 800 об/мин, имеется дополнительный маховик 1, связанный с основ­ ным маховиком 2 спиральной пружиной.

Для определения среднего индикаторного давления по ходу поршня пиметр специально тарируют. Для этого при различных нагрузках двигателя индикатором определяют величину рі и по­ средством пиметра ■— соответствующее им значение р t• По резуль-

109