РАЗДЕЛ 2
КОНТРОЛЬ И ИЗМЕРЕНИЕ ГИДРАВЛИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК МОДЕЛЕЙ ГИДРОМАШИН
2.1 Постановка задачи
Все параметры, измеряемые при испытаниях моделей, можно разделить на две большие группы: гидравлические и механические. К гидравлическим параметрам относятся расход жидкости, напор и плотность воды. К механическим параметрам - крутящий момент на валу модели и частота ее вращения. Измерение гидравлических и механических параметров различается протекающими физическими процессами, используемыми методами и средствами измерения, а также факторами, влияющими на точность их измерения. Гидравлическая мощность характеризует затраченную энергию потока воды, а ее определение требует знания удельной гидравлической энергии турбины и массового расхода жидкости через базовое сечение на стороне высокого давления [7]:
Ph=E·(сQ) (2.1)
где E - энергия потока воды, Дж; с - плотность воды, кг/м3 ; Q - расход жидкости, м3/с.
Погрешность измерения гидравлической мощности, а, следовательно, и гидравлического к.п.д. модели состоит из погрешностей измерения расхода в проточной части расходомерной установки дQ, погрешностей измерения напора дH (дE) и плотности жидкости дс.
Как показал анализ методов и средств измерения параметров модельных испытаний гидромашин, наибольшие погрешности приходятся на измерение расхода и напора жидкости, т.е. на измерение именно гидравлических характеристик модели. В связи с этим, снижение погрешности измерения гидравлических параметров модели даст наиболее ощутимый эффект повышения точности гидротурбинных испытаний в целом. Рассмотрим гидравлические характеристики модели и выявим факторы, влияющие на общую точность измерений.
Метрологические вопросы измерения расхода и напора жидкости зачастую пересекаются. Так на открытых испытательных стендах обе величины могут быть измерены уровнемером, а на закрытых стендах с помощью однотипных датчиков. Характеристики расхода и напора совпадают по динамическому диапазону, частотным и амплитудным показателям колебаний.
Поэтому методы снижения погрешностей измерений этих величин, могут быть одинаково эффективны с точки зрения получения конечного результата.
2.2 Методы снижение погрешности измерения расхода и напора жидкости, обусловленной наличием динамической составляющей потока
Экспериментальное определение энергетических и кавитационных характеристик гидравлических машин, а также гидродинамических характеристик элементов гидросистем требует измерения расхода рабочей жидкости. Международная Электротехническая Комиссия (МЭК) при проведении модельных приемо-сдаточных испытаний гидравлических турбин рекомендует измерять расход воды с погрешностью не более ±(0,3ч0,5)% [7]. Однако уже сейчас в практике испытаний моделей гидротурбин считается желательным, чтобы эта погрешность не превышала ±(0,1ч0,2)%. При этом значения рабочих расходов при испытаниях достигают 10 м3/с. Требуемые погрешности и динамический диапазон измеряемых потоков жидкости соответствует метрологическим характеристикам рабочих эталонов расхода жидкости по ГОСТ 8.145-75 [82].
Воспроизводимый любой расходомерной установкой расход жидкости является случайным процессом, который может быть представлен в виде суммы трех составляющих [83]:
1. Долговременного систематического изменения (тренда), обусловленного изменением температурного режима установки, развитием устойчивых вихреобразований в зоне местных сопротивлений.
2. Низкочастотных периодических пульсаций, обусловленных колебанием гидростатического напора в системе его стабилизации.
3. Турбулентного пульсационного процесса.
В таких условиях даже при абсолютно точном измерении протекающего потока невозможно осуществить целенаправленное многократное воспроизведение одних и тех же значений среднего расхода. Отмеченное усугубляется еще и тем обстоятельством, что систематический "тренд" может изменяться в зависимости от условий и режимов работы установки.
Отсюда следует два очевидных вывода: 1) результаты многократных измерений воспроизводимых на установке значений расхода характеризуют не только и не столько случайные погрешности измерений, сколько статические свойства воспроизводимого процесса и 2) определение погрешности измерений расхода на установке может быть осуществлено лишь косвенным образом путем суммирования раздельных оценок погрешностей измерений количества протекшей через установку жидкости за интервал времени и фиксации этого интервала.
В обеспечении требуемой точности измерения расхода жидкости, протекающего через модельную установку гидромашины большая роль отводится градуировке расходомерных устройств.
На сегодняшний день градуировка высокоточных расходомеров жидкостных сред осуществляется, как правило, посредством весовых расходомерных установок, в которых расход Q [м3/с] определяется путем измерения массы m [кг] жидкости, поступившей во взвешиваемую емкость из измерительного участка установки, на которой размещен градуируемый расходомер, за известное время Т [с], т.е. Q=m/(с·Т), где с [кг/м3] - плотность жидкости, поступившей во взвешиваемую емкость [84]. Этот метод широко применяется для индивидуальной градуировки встроенных в гидравлические стенды установки высокоточных расходомеров без их демонтажа.
Поскольку данный метод базируется на интегрировании мгновенных значений расхода за известный промежуток времени и аппроксимации измеряемого расхода средним за интервал интегрирования (осреднения) его значением, то при таком методе осуществляется градуировка расходомера по среднему значению расхода. Опыт же эксплуатации расходомерных установок, гидравлических стендов для испытания моделей гидромашин и элементов гидросистем показывает, что проходящий через их расходомерные устройства расход Q(t) (t-текущее время) обладает определенной нестабильностью при неизменной настройке регулирующих органов установок [8, 10, 24, 52, 85, 86, 87, 88]. Это обусловлено наличием в проточных трактах установок ни
- Київ+380960830922