Трубка пито для чего
Трубка Пито: подробно простым языком
Трубка Пито — это полая трубка, изогнутая под углом в 90°, которая используется в качестве устройства создающего перепад давления. В трубопровод устанавливается таким образом, чтобы открытый конец ее был направлен навстречу потоку.
Схема трубки Пито
При наличии двух камер давления, разделенных диафрагмой, даже самый незначительный перепад давления в потоке жидкости можно измерить с точностью. Отдельные точки отбора давления расположены по всему поперечному сечению трубы для обеспечения репрезентативных показателей.
Принцип работы трубки Пито
В процессе эксплуатации трубка Пито заполняется жидкостью или газом, и таким образом, играет роль некоего предмета на пути движущегося потока. Входящий поток ударяется о стенки трубки Пито, создавая таким образом давление, которое измеряется прибором, расположенным на другом конце трубки.
Конец трубки, который открыт для входящего потока, всегда направлен вверх по потоку относительно места монтажа трубки, а другой конец трубки подсоединяется к контрольно-измерительному прибору. Отбор низкого давления вмонтирован в трубопровод под прямым углом относительно направления движения потока, с его помощью измеряется давление, оказываемое потоком на стенки трубопровода. Для того, чтобы определить величину расхода, измеряется разность этих двух манометрических величин.
Принцип работы трубки пито
Что такое трубка Пито – метрологический аппарат для измерения располагаемого (полного) и статического давления, массового расхода движущегося газа (воздуха) или жидкости и скорости движения в трубе. Назвали ее в честь ее изобретателя инженера-конструктора из Франции Анри Пито. Внутри трубка Пито полая и выгнутая под углом 90 градусов.
Самым простым вариантом данного прибора является Г-образный трубчатый корпус, часть которого погружается в закрытую полость трубопровода. Монтируется в трубопровод открытым концом навстречу потоку газа или жидкости, как показано на рисунке 1.
Принцип работы трубки Пито
В начальной стадии работы трубка Пито заполняется движущейся жидкостью или газом. Соответственно, поток, входящий в трубку Пито и вертикальную трубку, создаст некое давление, которое будет контролироваться с помощью манометров, установленных на свободных концах трубок.
По разности давлений измерительных приборов или разности высот поднятия жидкости в трубках судят о полном напоре жидкости, протекающей в трубе, его непосредственно скорости, а также расхода. Таким образом, в основу принципа измерения положен принцип дифференциальной разности давления.
Как работает трубка Пито
Представим, что жидкость под каким-то неизвестным давлением течет по трубе, как изображено на рисунке 2.
Необходимо отметить, что отверстие монтируется в трубопроводе в строгой перпендикулярности во избежание большой погрешности измерения. Это значит, что давление измеренное в трубке А не зависит от скорости потока жидкости.
Вторая же трубка В формой Г является напорной и опущена в жидкость – навстречу движущемуся потоку. Газ или жидкость, движущаяся с определенной скоростью, будет заполнять полость трубки. К свободному концу трубки также присоединим контрольно-измерительный прибор – манометр. Входящий поток жидкости, ударяясь о стенки внутри трубки, будет создавать определенное давление, контролируемое манометром с другой стороны.
Уровень жидкости в манометрической трубке В ht будет состоять из 2-х складывающихся физических величин: статического напора и напора, который создается скоростным движением потока. Скоростной напор определяется разностью уровней в трубках h=ht-hs.
Таким образом, мы имеем две абсолютно разные величины измеренного давления вертикальной трубкой и трубкой Пито. В этом и состоит основной принцип работы трубки Пито, в частности, сумма статического и скоростного напоров составит величину полного напора жидкости в трубе. А для нахождения расхода жидкости в данном сечении трубопровода берется разность двух этих физических величин.
Гидрометрическая трубка Пито
Рассмотрим принципиальную схему измерений с помощью гидрометрической трубки.
Установим связь между этими величинами. Запас кинетической энергии частицы можно вычислить используя зависимость:
При попадании частиц жидкости в изогнутую трубку, скорость движения этих частиц снижается и падает до 0, кинетическая энергия переходит в потенциальную, вызывая подъем жидкости в этой трубке на дополнительную высоту Δh. Запас потенциальной энергии частицы, поднятой на высоту Δh:
Полученную формулу можно использовать для определения скорости движения жидкости U, при известном перепаде уровней, который легко измерить.
Конструкция трубки Пито
Многозаборная трубка Пито
Разновидность трубки Пито с четырьмя точками измерения полного давления, трубка для измерения пьезометрического напора, развернута в противоположную сторону. Схема много заборной трубки Пито показана на рисунке.
Четыре точки отбора давления позволяет точнее измерить среднее значение полного давления.
Характеристики трубок Пито
Точность измерения многозаборных трубок Пито достигает 1%.
Ан-148, Boeing 757, Airbus A330: какие лайнеры погубила трубка Пито и для чего она нужна
Ровно две недели назад Ан-148 «Саратовских авиалиний» разбился в поле спустя несколько минут после вылета из Домодедово. По предварительным данным, к крушению привело стечение обстоятельств: приборы показывали неверную скорость из-за обледеневших трубок Пито, и действия пилотов по исправлению ситуации не увенчались успехом. Почему самолет взлетал с неработающим обогревом критически важного устройства, пока неизвестно. Это не первая катастрофа, чьей косвенной причиной стал придуманный почти 300 лет назад прибор. Мы вспомнили громкие случаи крушений лайнеров, к которым привели неполадки с трубками Пито.
В свое время французский инженер Анри Пито (1695—1771) озадачился измерением скорости потока воды. Он хотел узнать, насколько быстро течение реки Сены. Так в 1732 году появилась простейшая по конструкции трубка в форме перевернутой буквы Г. Система показывает скорость за счет разницы между статическим и динамическим давлением.
В дальнейшем трубка Пито была усовершенствована другими изобретателями — в частности, Людвигом Прандтлем. Его решение позволяет определять как скорость, так и высоту полета. Этот прибор в составе системы воздушных сигналов используется во всех самолетах — и военных, и гражданских.
Почему не GPS
Для начала — почему в авиации не используется что-то более современное типа GPS (которая в самолетах тоже есть). Дело в том, что данная технология показывает скорость движения относительно поверхности планеты. Это нужно, например, для расчета времени прибытия в определенную точку. Однако система глобального позиционирования не умеет учитывать скорость ветра.
Отсюда возникает необходимость в других скоростях: воздушной (она же истинная: движение лайнера относительно воздушных потоков) и приборной (разница между статическим и полным воздушным давлением, что называется скоростным напором). Последний показатель необходим уже не для навигации, а как раз для пилотирования. Приборная скорость — характеристика угла атаки крыла. Именно ее показывает прибор полного давления, элементом которого является трубка Пито.
Несмотря на надежность и незаменимость (конструкторы сделали колоссальные шаги в области безопасности самолетов, но ничего лучше этой трубки так и не придумали), систему легко вывести из строя, просто закупорив ее. Если на машине с неисправным спидометром можно ехать «по ощущениям», ориентируясь на остальной трафик и другие параметры, то с самолетом это не работает. Печальное доказательство тому — несколько крупных авиакрушений.
За рулем стажер
Одной из самых громких катастроф, вызванных неверными показаниями скорости, стало падение Airbus A330 авиакомпании Air France в 2009 году. Рейс AF447 направлялся из Рио-де-Жанейро в Париж. Примерно через 3 часа и 45 минут после отрыва он исчез в Атлантическом океане с 228 людьми на борту.
Поиски самолета на такой территории — непростая задача для спасателей. Но в отличие от пропавшего Boeing 777 Malaysia Airlines, в A330 хотя бы работал передатчик. Поэтому вскоре поисковой группе удалось найти обломки. Специалисты пришли к выводу, что самолет разрушился не в воздухе, а от удара о воду. Причем упал он практически плашмя, на брюхо. Это может говорить о сваливании, которое произошло из-за недостаточной подъемной силы.
Проанализировав информацию с самописцев A330, следователи поняли, что у самолета резко упала скорость. Из-за этого отключился автопилот: при резком изменении показателей система в целях безопасности отстраняется от управления, предоставляя контроль людям. Для экипажа такая ситуация стала неожиданностью. Управлявший лайнером пилот-стажер поднял нос воздушного судна, хотя обычно при угрозе сваливания штурвал (джойстик в случае с Airbus) отклоняют от себя.
Для набора скорости двигатели были переведены во взлетный режим — при нем обеспечивается максимальная тяга. Самолет набирал высоту слишком резко, из-за чего снова появилась вероятность сваливания. Лайнер исправно сигнализировал об опасности, но управлявший им стажер допустил фатальную ошибку, удерживая нос A330 поднятым. Вернувшийся в кабину командир заметил это слишком поздно: уже не хватало высоты для спасения самолета.
Экипаж совершил грубые ошибки, но неясным оставался момент начала всех проблем: почему лайнер резко потерял скорость. Следствие пришло к выводу, что трубки Пито обледенели и перестали показывать достоверную информацию о скорости полета — то есть самолет двигался с прежней скоростью, но электроника посчитала, что воздушное судно замедлилось, и отключила автопилот.
На такой случай компания Airbus предусмотрела инструкции для пилотов, однако они не были выполнены. В отчете комиссии по расследованию говорится, что экипаж не был хорошо подготовлен на случай такой внештатной ситуации.
Природа против самолета
Если в Airbus A330 трубки Пито покрылись кристаллами льда и начали показывать неверную информацию, то в случае с упавшим в 1996 году Boeing 757 авиакомпании Birgenair причина неполадок оказалась не столь очевидной. Самолет выполнял рейс ALW301 по длинному маршруту: из доминиканского города Пуэрто-Плата он должен был долететь до Гандера на острове Ньюфаундленд, оттуда взять курс на Берлин, а уже после немецкой столицы лететь во Франкфурт.
Пилоты заметили неладное еще при разбеге по полосе аэропорта Пуэрто-Плата: командир воздушного судна сообщил, что скорость отображается неверно. Тем не менее экипаж не прервал взлет. Показатели скорости у командира и второго пилота различались примерно в два раза — 650 и 370 км/ч соответственно. Экипаж решил, что у второго пилота показания верные: они выглядели более реалистичными для Boeing 757 на текущем этапе полета. Однако вскоре пилоты пришли к выводу, что оба прибора показывают неправильные данные.
Далее последовали противоречивые показатели: электроника сигнализировала о слишком высокой скорости полета, а затем — о чересчур низкой. Самолет поднимался под большим углом, из-за чего работавшие на максимуме двигатели не могли обеспечить достаточную тягу. Это привело к падению скорости, сваливанию и гибели всех 189 человек на борту лайнера.
Следователи установили, что неверные показатели скорости были вызваны проблемой с одной из трубок Пито. Перед своим последним рейсом Boeing 757 около трех недель находился в ангаре тропической Доминиканы. Обычно при длительной стоянке самолета двигатели и трубки Пито закрывают чехлами. В случае с лайнером Birgenair этого сделано не было. Предположительно, в трубке успели построить гнездо мелкие насекомые, чем забили важный прибор. Эта версия указана лишь как наиболее вероятная — источник засорения установить не удалось.
Фатальная халатность
Но еще более нелепая причина крушения была у другого Boeing 757, разбившегося в том же 1996 году. На этот раз самолет потеряла авиакомпания Aeroperu. Рейс PLI603 направлялся из Лимы (Перу) в Сантьяго (Чили). После взлета у лайнера начали сбоить показатели высоты, горизонтальной и вертикальной скоростей. Рейс был ночным, и экипаж не мог визуально определить хотя бы высоту полета. Автопилот не активировался из-за большой разницы в данных приборов. Это накладывало на летчиков дополнительную нагрузку: им требовалось не только сконцентрироваться на решении проблемы, но и вести судно.
Самолет заваливал экипаж сигналами об опасности: то максимальная скорость, то сваливание, то опасное сближение с землей, то сдвиг ветра. Куча предупреждений вселила уверенность, что у лайнера проблемы еще и с органами управления.
Экипаж запрашивал данные о скорости и высоте Boeing 757 у диспетчера, чтобы иметь хоть какую-то информацию. От катастрофы это не уберегло: самолет постепенно снижался, но вокруг была кромешная тьма. Летчики не могли знать, что через несколько секунд лайнер коснется воды.
Самолет зацепил Тихий океан левым крылом. Пилоты мгновенно сориентировались и подняли лайнер, но первый двигатель успел зачерпнуть много воды и отключился. Воздушное судно начало заваливаться на левый бок, перевернулось и упало. Жертвами стали 70 человек, выжить не удалось никому.
Следователи сосредоточились на вероятном источнике первых неполадок — приемнике воздушного давления (ПВД). Как уже известно по другим катастрофам, трубки Пито могут пострадать при обледенении или образовании конденсата. По этой причине на время техобслуживания самолета приемники закрывают, что и сделали во время мойки Boeing 757. Проблема в том, что клейкую ленту потом нужно снять. Но этого никто не сделал.
Механики забыли оторвать изоленту, а проводивший с фонариком осмотр самолета КВС не увидел проблему — серебристая изолента сливалась с цветом лайнера, к тому же была ночь. Таким образом, сигналы о превышении скорости, сваливании и сдвиге ветра оказались ложными — электроника сходила с ума от некорректных показаний ПВД, а экипаж не понимал, на какую информацию ориентироваться.
После каждого инцидента регуляторы выносят рекомендации по предотвращению аналогичных катастроф. Это звучит жутко, но каждое авиакрушение делает перелеты безопаснее — устраняются недочеты конструкции, систем управления, алгоритмов действий экипажа, организации воздушного движения. Падение Ан-148 в Подмосковье, надеемся, тоже приведет к новым стандартам, которые исключат повторение трагедии.
Читайте также:
Наш канал в Telegram. Присоединяйтесь!
Быстрая связь с редакцией: читайте паблик-чат Onliner и пишите нам в Viber!
Трубка Пито. Принцип работы
Трубки Пито представляют собой один из вариантов датчика расхода непрерывного потока рабочей среды. Изобретённые ещё в 1732 году французским инженером Анри Пито, они и сейчас широко используются в гражданской и военной авиатехнике, в инженерных коммуникациях и пр.
Принцип работы
Являясь расходомером дифференциального давления, трубка Пито измеряет два давления: статическое и общее ударное. Статическое давление — это рабочее давление в трубе, воздуховоде или окружающей среде, которая находится перед трубкой Пито. Измерение происходит под прямым углом к направлению потока, предпочтительно в точке с низкой турбулентностью.
Общее ударное давление представляет собой сумму статического и кинетического давлений и определяется в момент, когда протекающий поток воздействует на отверстие трубке Пито. В большинстве конструкций используется Г-образная трубка, входное отверстие которой, обращено непосредственно к встречному потоку.
Для удовлетворительной работы трубки Пито необходимо, чтобы диапазон расхода находился в пределах от 3: 1 до 4: 1 (это требование типично и для диафрагменных расходомеров). Основное отличие состоит в том, что, хотя отверстие измеряет полный поток, трубка Пито определяет его скорость только в одной точке.
Для конструкции описываемого расходомера крайне важны профиль и длина входной трубки, а также форма её стенок.
Параметры входной части трубки влияют на характер распределения давления по сечению. При увеличении скорости потока её профиль в трубке меняется с удлиненного (ламинарного) на более плоский (турбулентный). Это меняет точку средней скорости и требует регулировки глубины вставки. В подобных условиях профиль скорости почти всегда плоский, и глубина введения трубки не является критической.
Важно, чтобы измерение скорости проводилось на глубине введения, которая соответствует средней скорости потока. Поэтому в расходомерах Пито устанавливают короткие трубки с профилем, который увеличивает скорость потока и уменьшает постоянный перепад давления. Выпускаются также и специальные исполнения, в которых профиль входного канала выполняется таким, чтобы создать более высокий перепад давлений, чем у обычной трубки Пито.
Как измеряется давление потока?
В конструкциях трубки Пито (с двойными стенками) ударное давление направлено вперёд, в поток. В обычных конструкциях ось движения рабочей среды совмещается с осью внешней трубки. Оба сигнала давления направляются по трубопроводу на индикатор или преобразователь.
Для промышленных применений статическое давление может быть измерено тремя способами:
Точность функционирования расходомеров данной конструкции зависит от формы аэродинамических тел, окружённых постоянным потоком рабочей среды, а также от характеристик её вязкости, скорости и сжимаемости. Ключом к повышению точности показаний является минимизация кинетической составляющей при измерении давления.
Специально разработанные датчики Пито пригодны и для работ в пульсирующих потоках. Для этого используется зонд Пито, заполненный силиконовым маслом, который служит для передачи давления процесса. В высокочастотных пульсирующих применениях масло служит также средством демпфирования пульсаций и усреднения давления.
Применение
Трубки Пито могут быть использованы в трубах и воздуховодах любого сечения – круглого, квадратного, прямоугольного. Ввиду своей простоты и надёжности такие расходомеры применяются даже в турбинных установках гоночных автомобилей и скоростных истребителей. В промышленных применениях трубки Пито используются для измерения потока жидкости в водосливах и открытых каналах.
Хотя точность и дальность действия относительно низки, трубки Пито недороги и подходят для различных условий окружающей среды, включая экстремально высокие температуры и широкий диапазон давлений.
Монтаж этих устройств заключается в следующем:
Точность показаний — от 0,5% до 5% полной шкалы.
Преимуществами трубок Пито являются низкая стоимость, отсутствие движущихся частей, простота и отсутствие потерь давления в текущем потоке.
Основные недостатки — ошибки, возникающие в результате изменения профиля скорости или закупорки портов давления.
Трубки Пито целесообразно использовать для измерения расхода рабочей среды там, где важна стоимость устройства, а также при значительных диаметрах трубы или воздуховода.