ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ РАСХОДОМЕР ДЛЯ БОЛЬШИХ ВОДОВОДОВ
ELECTROMAGNETIC FLOW METER FOR LARGE WATER PIPELINES

Изобретение относится к приборостроению, в частности к области измерения расхода электромагнитным методом, и может быть использовано для измерения расхода воды в водоводах ГЭС.
Известны электромагнитные расходомеры для измерения расхода электропроводных жидкостей, содержащие участок трубы прямоугольной формы, индуктор, обеспечивающий в канале магнитное поле, электроды и измерительное устройство [1]. Внутренняя поверхность участка трубы покрыта электроизоляционной футеровкой. Индуктор состоит из магнитопровода и двух индукционных катушек. Пластинчатые электроды установлены на противоположных стенках канала, параллельных магнитному полю, на пересечении двух линий, одна из которых перпендикулярна магнитному полю, а другая является линией пересечения поверхности стенки и плоскости центрального поперечного сечения канала. Эти электроды составляют собой пару, разность потенциалов между которыми служит мерой расхода и измеряется измерительным устройством. Вследствие усредняющего действия пластинчатых электродов практически никакая деформация потока (т.е. изменение структуры потока) не отражается на показаниях расходомера [1]. Электромагнитные расходомеры с прямоугольным каналом получили распространение в лабораторной практике при небольших размерах труб (10-40 мм).
3
Недостатком известных электромагнитных расходомеров является сложность их применения для измерения расхода воды в турбинных водоводах гидроэлектростанций (ГЭС). Турбинный водовод выполнен из железобетона, он имеет канал прямоугольного поперечного сечения размерами до 20 м шириной и 6 м высотой, номинальный расход воды составляет порядка 500 м/с.
Электромагнитный расходомер с прямоугольным каналом [1] является наиболее близким прототипом предлагаемого расходомера.
Для того чтобы измерить поток воды без сужения канала, требуется электромагнитный расходомер, канал которого равен каналу водовода.
Предлагаемый электромагнитный расходомер имеет прямоугольный канал, размеры которого равны размерам канала турбинного водовода.
Участком трубы расходомера является выполненный из железобетона турбинный водовод, у которого имеется ниша по периметру канала. В нишу помещены магнитопровод, две индукционные катушки, электроизоляционная футеровка и электроды.
Ниша имеет прямоугольную форму, она выполнена по всему периметру прямоугольного канала водовода глубиной не менее 100-200 мм и шириной порядка 5-10 м. Магнитопровод выполнен в виде прямоугольного короба, у которого стенка имеет толщину не более 5 мм. Магнитопровод плотно прилегает к внутренней поверхности ниши, и его форма повторяет форму тех внутренних поверхностей ниши, которые параллельны оси канала турбинного водовода.
Индукционные катушки бескаркасные, намотаны многожильным кабелем в количестве не более 10 витков, а жилы кабеля подсоединены к кросс-плате. С помощью небольшой коммутационной печатной кросс-платы жилы кабеля образуют две многовитковые катушки. Использование стандартного кабеля для изготовления катушек позволяет их выполнить практически сколь угодно больших геометрических размеров, с любым числом витков и сечением провода, кроме того, обеспечить экранировку и полную герметичность конструкции катушек. При этом обеспечивается простота изготовления катушек и низкая их стоимость, несложный монтаж на объекте. Катушки, изготовленные с использованием кабеля и кросс-платы, можно применять при сложных условиях эксплуатации, соответствующих условиям на ГЭС, катушки такой конструкции обладают высокой надежностью и большим сроком службы. Схема соединений жил кабеля показана на рис. 1. На рис. 1 обозначены буквой А - печатная кросс-плата. Жилы начального участка кабеля (Б) и его конечного участка (В) подсоединены в соответствии с нумерацией контактов, указанных на плате. При таком соединении все жилы кабеля оказываются соединенными последовательно и согласно образуя две многовитковые катушки, число витков обеих катушек определяется произведением числа жил кабеля, подсоединенных к кросс-плате, и числа витков кабеля. Трассировка кабеля выполняется во внутреннем пространстве короба магнитопровода и закрепляется к магнитопроводу хомутами.
В качестве электроизоляционной футеровки может быть использована резина, полиуретан, пенополиуретан или какой-либо другой материал, обладающий электроизоляционными свойствами. Для того чтобы не создавались дополнительных препятствия потоку, внешняя поверхность электроизоляционной футеровки выполнена заподлицо с поверхностью канала водовода.
На стенках электроизоляционной футеровки, параллельных магнитному полю, устанавливается не менее трех пар электродов, контактные поверхности которых имеют круглую форму диаметром менее 0,1 ширины стенки канала. Причем все смежные электроды расположены на равном расстоянии между собою по линии пересечения поверхности стенки с плоскостью центрального поперечного сечения канала.
Рис. 2 поясняет предлагаемое техническое решение расположения электродов на поверхности электроизоляционной футеровки. На рис. 2 изображено центральное поперечное сечение прямоугольного канала расходомера. Стрелкой обозначено направление магнитного поля В, создаваемого индуктором.
Две стенки канала (правая и левая), изображенные на рис. 2, расположены параллельно магнитному полю В. На этих стенках расположено пять пар электродов. Каждая пара (это пары соответственно 1 и 6; 2 и 7; …5 и 10) расположены на пересечении двух прямых линий, одна из которых перпендикулярна магнитному полю, а другая линия образуется из пересечения плоскости стенки с плоскостью поперечного сечения канала. Благодаря этому между электродами, составляющими каждую пару, возникает максимальная разность потенциалов, вызванная взаимодействием потока жидкости с магнитным полем индуктора.
На двух других стенках (верхней и нижней), перпендикулярных магнитному полю, расположены два электрода. Оба электрода соединены с клеммой «земля», они расположены на линии нулевого потенциала электрического поля, индуцированного взаимодействием потока жидкости с магнитным полем. Эта пара электродов обеспечивает устранение влияния помех, вызванных блуждающими токами в трубопроводе, промышленной сетью частотой 50 Гц и другими помехами электромагнитного происхождения. Мерой расхода является измеряемая измерительным устройством сумма разностей потенциалов всех пар электродов, расположенных на стенках параллельных магнитному полю.
Электромагнитный расходомер, выполненный в соответствии с предлагаемым изобретением, обладает повышенной точностью измерения расхода с изменяющейся структурой потока. Расходомер имеет размер канала, соответствующий полному поперечному сечению турбинного водовода. Благодаря этому обеспечивается высокая точность измерения и независимость показаний от структуры потока. Повышение точности измерения турбинного расхода позволит существенно увеличить КПД работы ГЭС.
Литература
1. Кремлевский П.П. Расходомеры и счетчики количества. Л.: Машиностроение, 1989. С. 408-434.