Aktuální vydání

celé číslo

05

2020

snímače teploty

celé číslo

Počátky vývoje indukčních průtokoměrů v Československu

Indukční průtokoměr je jediné měřidlo použitelné při měření průtoku vodních směsí s velkým obsahem pevných částic, a tak není divu, že už v 50. letech minulého století o tento způsob měření projevil zájem státní podnik České loděnice v Praze, aby jej mohl využít na svých sacích bagrech vyráběných pro Sovětský svaz.

Vývojem indukčního průtokoměru pro České loděnice se zabýval Výzkumný ústav pro stavbu lodí v Praze 5, známý také pod názvem Navika Praha. Předním odborníkem na indukční průtokoměry se stal Ing. Miroslav Kubišta, jehož nejstarší patentová přihláška týkající se indukčního průtokoměru je z roku 1959; časově tedy spadá do samotných počátků průmyslové výroby indukčních průtokoměrů v Evropě. Během následujících let bylo v podniku Navika zkonstruováno a vyzkoušeno mnoho indukčních průtokoměrů. Na sklonku 60. let byl výrobek uveden na trh, a to i v mezinárodním měřítku, o čemž svědčí anglicky vypracovaná nabídková dokumentace nesoucí ochrannou známku Navika a hlavičku Technoexport.

Nástup normalizace ovšem zamíchal kartami: úředníci rozhodli, že podniku Navika sériová výroba indukčních průtokoměrů nepřísluší, a tak byla převedena do jiných podniků. Podle dokumentace z roku 1971 se tyto průtokoměry měly vyrábět v Cheposu v Brně, ale ve skutečnosti se výroba spíše rozběhla až v 80. letech, a to hned na dvou místech: v Sigmě Brno a zároveň i v brněnském Kovopodniku.

Jaké byly indukční průtokoměry z Naviky?

Funkce indukčního průtokoměru je na sacím bagru omezována dvěma faktory: jednak abrazí způsobenou dopravovaným materiálem, který může porušit izolační výstelku, bez níž průtokoměr nemůže pracovat, a dále nerovnoměrně rozvinutým rychlostním profilem. Při dopravě nasycených směsí je totiž typické, že ve vodorovném potrubí je v dolní části směs hustší, a proudí tedy pomaleji než řidší směs při vršku potrubí.

Aby byla zajištěna odolnost proti abrazi, zvolil tým Miroslava Kubišty kromě tradiční konstrukce (trubka z nemagnetické oceli opatřená navulkanizovanou výstelkou z měkké pryže) i jedno neobvyklé provedení: měřicí trubici zhotovili ze sklolaminátu. (V cizině byly později průtokoměry pro sací bagry zevnitř obkládány destičkami z tvrdého keramického materiálu, např. taveného čediče.)

K pokrokovému řešení dospěl Miroslav Kubišta, když se snažil, aby indukční průtokoměr měřil správně i při nesymetricky rozvinutém rychlostním profilu. Problém vzniká tím, že jednotlivá proudová vlákna se nepodílejí na výsledném indukovaném napětí stejnou měrou. Zjednodušeně lze říci, že kapalina proudící blízko některé z elektrod má velký vliv, zatímco vzdálenější proudová vlákna mají vliv malý. Na základě matematického popisu tohoto jevu byla stanovena tzv. váhová funkce, která pak byla ověřena i měřením v praxi (obr. 2). S tímto jevem se lze vypořádat konstruováním magnetického obvodu tak, aby součin velikosti magnetické indukce a váhové funkce byl v každém místě průtočného průřezu konstantní. Vliv váhové funkce je eliminován takovou konstrukcí budicího magnetického obvodu,
v němž velikost magnetické indukce je v každém místě průtočného průřezu stanovena jako inverzní funkce k funkci váhové.

Uvedená konstrukce magnetického obvodu významně zlepšuje přesnost indukčního průtokoměru a činí ji nezávislou na rozložení rychlostního profilu. Průtokoměry tohoto typu lze montovat těsně za čerpadla, za kolena i za škrticí orgány. Na svou dobu to bylo velmi pokrokové řešení a soudě podle pouček o předepsaných uklidňovacích délkách, které jsou součástí montážních návodů i u dnešních měřidel, ani v současné době není eliminace váhové funkce u všech výrobců samozřejmá. Naproti tomu ovšem technici se zkušenostmi z praxe potvrzují, že kvalitní průtokoměry od špičkových výrobců jsou proti nerovnoměrně rozloženému rychlostnímu profilu v podstatě imunní. O eliminaci váhové funkce se však v marketingových materiálech nikdo z domácích ani zahraničních výrobců výslovně nezmiňuje.

Po roce 1968 byl tedy další vývoj průtokoměrů v podniku Navika zrušen a řešitelský tým se rozpadl. Jeden z jeho nejagilnějších členů, Ing. Igor Kazanskij, skončil v emigraci, kde spolupracoval s mnoha firmami, a dobře se uchytil na technické univerzitě v Hannoveru. Figuruje jako autor několika patentů a vynálezů. Miroslav Kubišta zůstal v Českých loděnicích a posledních několik let před odchodem do důchodu (1989) vedl tým zabývající se automatizací sacích bagrů s použitím mikroprocesorové techniky. V té době byl i vedoucím a hlavně učitelem autora tohoto článku, který po něm později převzal i pracovní stůl a dokumentaci, z níž bylo čerpáno při přípravě článku, včetně publikovaných fotografií (více obráz­ků na www.bhvsenzory.cz, oddíl Publikace).

Výroba sacích bagrů byla v Českých loděnicích ukončena začátkem 90. let, ale žádný z přibližně 350 zde vyrobených sacích bagrů nebyl vybaven indukčním průtokoměrem – to proto, že průtokoměry československé výroby nebyly pro sací bagry vhodné a na průtokoměry z dovozu nebyly devizy.  

Jan Vaculík, BHV senzory

Sací bagry z Českých loděnic

Sací bagry se v Českých loděnicích vyráběly ve dvou typových řadách: s dopravním potrubím o světlosti 500 a 900 mm. Potrubím se čerpala směs vody a štěrkopísku o koncentraci zpravidla přibližně 1 300 kg/m3, špičkově však bylo dosahováno koncentrace až 2 000 kg/m3 –směs této konzistence připomíná řidší maltu. S nasycením směsi rostou hydraulické odpory a klesá průtok; při poklesu rychlosti proudění pod kritickou mez začnou pevné částice vypadávat z proudu a zemina se usazuje na dně potrubí, což může vést až k úplnému ucpání bagrovacího potrubí. Na jedné straně je tedy v zájmu efektivity hnát potrubím co nejkoncentrovanější směs, ale na druhé straně je zároveň třeba udržovat průtok nad kritickou mezí. Je evidentní, že spolehlivý průtokoměr může sehrát při řízení výkonu bagru zásadní roli.

Obr. 1. Průtokoměr z Naviky o světlosti 500 mm po sejmutí krytu magnetického obvodu, s trubicí ze sklolaminátu; foto je přibližně z roku 1966 a dnes už není koho se ze­ptat, zda právě toto je magnetický obvod s eliminací váhové funkce

Obr. 2. Rozložení váhové funkce v průřezu vedeném rovinou elektrod: 1, 2 – elektrody (snímek z výzkumné zprávy Miroslava Kubišty ze 60. let minulého století)

Obr. 3. Měřicí zesilovač, který patřil k průtokoměrům z Naviky (přibližně rok 1966)