страница - 32
1.11.2. МЕТОДЫ И УСТРОЙСТВА ИЗМЕРЕНИЯ РАСХОДА
Расходом называют количество вещества, протекающее через данное сечение трубопровода в единицу времени. Различают объемный расход, измеряемый в единицах объема в еди-
ницу времени, и массовый расход, измеряемый в единицах массы в единицу времени.
Классификация методов, применяемых для измерений объемных расходов, приведена в табл. 1.11.1. В зависимости от принципа действия объемные счетчики подразделяют на две большие группы.
1.11.1. Классификация методов для измерений объемных расходов
Метод измерения | Тип счетчика | Чувствительный элемент | Модель | Контролируемая среда |
Прямое измерение объемов (объемные счетчики непосредственного действия) | Объемные счетчики с неподвижными стенками измерительных камер (опорожняющие счетчики) | Неподвижные камеры Опрокидывающаяся камера Вращающиеся камеры | Камера с автоматическим переключением Опрокидывающиеся счетчики Барабанные счетчики | Жидкость |
Объемные счетчики с перемещающимися стенками камер (вытесняющие счетчики) | Поршень Вращающийся поршень Запорная жидкость Упругий чувствительный элемент | Счетчики: однопоршневые, многопоршневые, кольцевые, с овальными шестернями, сухие газовые, мокрые газовые, дисковые | Газ | |
Косвенное измерение объемов (счетчики без измерительных камер) | Объемные счетчики, лопастные (турбинные) | Аксиальная турбинка Тангенциальная турбинка | Лопастные счетчики: Вольтмана, роторные, шнековые | Жидкость, жидкость + газ |
1.Объемные счетчики непосредственного действия, в которых последовательно отмеряются определяемые размером и формой измерительных камер объемы контролируемой среды и с помощью счетного механизма под-считывается число прошедших через счетчик порций. Счетчики этого типа разделяют на опорожняющиеся и вытесняющие. Опорожняющиеся счетчики имеют жесткие камеры, из которых контролируемая среда свободно вытекает. Счетчики этого типа непригодны для измерения расхода как жидкостей, так и газов.
2.Бескамерные счетчики, в которых объем определяется различными косвенными методами, например путем измерения перемещения или скорости потока, интегрированием расхода по времени. При этом необходимо учитывать плотность контролируемой среды.
Принцип действия объемных счетчиков. В
объемных счетчиках опорожняющегося типа
заполнение измерительных камер обеспечивается подачей контролируемой среды под небольшим давлением, а их опорожнение - опрокидыванием или автоматическим открытием выпускного клапана.
Барабанный счетчик (рис. 1.11.4) является типичным примером опрокидывающегося счетчика. Измерительная камера 2 почти целиком заполнена средой. После окончательного ее заполнения контролируемая среда через щель начинает поступать в камеры 3, в результате чего центр тяжести системы смещается влево и барабан поворачивается по направлению стрелки. При этом измерительная кромка. 4 выходит из контролируемой среды; при дальнейшем вращении среда из камеры 2 выливается через выпускное отверстие 5. Одновременно камера 3 снова начинает наполняться. Для удаления воздуха из измерительной камеры при ее заполнении предусмотрена трубка 7. Погрешность лучших моделей таких счетчиков не превышает 0,1 %.
Рис. 1.11.4 Схема барабанного счетчика
В вытесняющих счетчиках контролируемая среда приводит в движение подвижные стенки измерительных камер. Погрешность измерения вызывается главным образом утечками между неподвижными и перемещающимися стенками измерительных камер. Существенную роль играет вязкость контролируемой среды. Счетчики этого типа применяют во всех случаях, когда точность расходомеров с дросселирующим (сужающим) устройством недостаточна. Значительным преимуществом вытесняющих счетчиков является повышенная точность при измерении пульсирующих потоков. Вследствие наличия утечек эти счетчики неприменимы для измерения малых расходов.
Известны также расходомеры, в которых вытесняющие счетчики приводятся в движение не за счет энергии потока контролируемой среды, а сервомотором. В процессе измерения число оборотов сервомотора изменяется таким образом, что разность давлений на входе и выходе расходомера равна нулю. В диапазоне расходов 0,15 - 150 л/ч достижима погрешность 0,25 %.
Счетчик с кольцевым поршнем (кольцевой счетчик) состоит из двух полых концентрично установленных и соединенных между собой перегородкой цилиндров. В образованную таким образом измерительную камеру помещают кольцевой поршень с радиальной прорезью. При своем движении кольцевой поршень перемещается радиально вдоль разделяющей перегородки измерительной камеры; одновременно ось поршня скользит по внутренней стенке внутреннего цилиндра. Таким образом, поршень перемещается по внутренней и наружной стенкам измерительной камеры. Для входа и выхода контролируемой среды предусмотрены на одном или на разных торцах измерительной камеры входное и выходное отверстия. Кольцевые счетчики применяют в основном в качестве бытовых счетчиков расхода воды. Счетчики этого типа особенно подходят для точного измерения малых расходов.
Рис. 1.11.5. Принцип действия счетчика с овальными шестернями
Счетчики с овальными шестернями относятся к измерителям объемного расхода жидкостей с перемещающимися разделительными элементами. Прибор состоит из измерительной камеры, в которой находятся две сцепленные между собой овальные шестерни, обкатывающие друг друга во встречных направлениях. На рис. 1.11.5 показана схема вращения шестерен.
Под действием поступающего под давлением в измерительную камеру потока жидкости разделительная стенка, образованная зацеплением шестерен, перемещается при обкатке и порции жидкости, объем которых зависит от геометрических размеров четырех серповидных частей камеры между шестернями и участками ее стенок, вытесняются через выходной патрубок.
При каждом полном обороте шестерен выдаются одинаковые объемы жидкости, по числу оборотов счетчика определяют суммарный объемный расход. Благодаря высокой точности измерения ш широком диапазоне расходов, независимости показаний от вязкости контролируемой среды, малым потерям давления и значительному вращающему моменту даже при пуске, а также благодаря длительной работоспособности счетчики нашли широкое применение в качестве измерителей расходов жидкостей и газов, а также в качестве измерительных преобразователей (датчиков) и сигнализаторов в системах управления и регулирования.
Основными элементами роторного газового счетчика являются установленные в подшипниках гладкие роторы, обкатывающие друг друга в камере, выполненной в виде неподвижных цилиндров неполного кругового сечения. Роторы соединены с шестеренчатым редуктором, залитым маслом. Так как зазор между поверхностями роторов равен 0,05 - 0,1 мм, то при вращении, вызываемом контролируемым потоком газа, роторы не соприкасаются.
Роторные счетчики применяют в основном для установки на газопроводах дальнего
газоснабжения и при измерении расхода дорогостоящих газов. Их применение неизбежно при низком давлении газа и требованиям повышенной точности измерения, несмотря на высокую стоимость. Высокая точность измерения может быть обеспечена только при учете реальных параметров контролируемого газа (давления, температуры, влажности) и непрерывной корректировке показаний.
С помощью запорной жидкости в мокрых газовых счетчиках отделяется часть объема. Измерительная камера, включающая эту часть объема, поворачивается вокруг оси под давлением контролируемой среды, поступающей через входное отверстие. По мере вращения измерительная камера заполняется, затем отсекается дальнейшее поступление среды и происходит ее вытеснение из измерительной камеры, заполненной жидкостью. Малогабаритные счетчики подобного типа широко применяют в лабораториях, при калибровке расходомеров других типов, а также в качестве контрольных счетчиков в промышленных условиях.
В рассмотренных объемных счетчиках каждому перемещению или повороту чувствительного элемента соответствовал точно ограниченный объем жидкости. В рассматриваемых далее счетчиках, обеспечивающих косвенное определение расхода, в качестве чувствительного элемента применена турбина с лопастями, вращаемая контролируемым потоком. При использовании такого прибора в качестве объемного счетчика число оборотов турбинки должно быть пропорционально объему протекающей жидкости.
Одним из наиболее распространенных счетчиков подобного типа являются счетчики Вольтмана. Их выполняют двух видов:
1)со шнековой турбинкой, ось которой совпадает с направлением контролируемого потока и соединена передачей со счетчиком оборотов - так называемые счетчики с аксиальной турбинкой;
2)с турбинкой, ось которой перпендикулярна направлению потока и несет на себе счетчик оборотов - так называемый счетчик с вертикальной турбинкой.
Принцип действия приборов обоих типов основан на измерении скорости вращения турбинки контролируемым потоком жидкости. В химической промышленности счетчики Вольтмана с вертикальной турбинкой применяют главным образом для измерения расхода горячей и холодной воды. Преимущественно их устанавливают на турбопроводах с диаметром условного прохода более 50 мм.
При измерении малых расходов турбинными счетчиками с механической передачей энергетические потери в системе передачи от турбинки к счетчику числа оборотов вызывают значительные погрешности. Индуктивное пре-
образование скорости вращения турбинки в электрический сигнал измерителя скорости снижает энергетические потери. В первоначальной конструкции прибора такого типа {расходомер Поттера) постоянный магнит встроен в одну из лопастей или в ступицу турбинки, помещенной в корпус из аустенитной стали или пластмассы. При вращении турбинки магнит индуцирует в расположенной на наружной части корпуса обмотке импульсы напряжения, частота которых пропорциональна числу оборотов турбинки. Принцип действия расходомера Поттера аналогичен принципу действия счетчика Вольтмана с аксиальной турбинкой.
В другом конструктивном варианте (расходомер Rotoquant) пару или несколько пар лопастей и ступицу турбинки изготавливают из ферромагнитного материала, а на наружной части корпуса располагают по окружности или параллельно оси один или несколько постоянных магнитов с индукционными катушками. При вращении турбинки под действием контролируемого потока жидкости изменяется воздушный зазор магнитного корпуса, а следовательно, и магнитный поток. Изменение потока возбуждает в обмотках переменное напряжение пропорциональной частоты.
Применение счетчиков Поттера ограничивается высокими затратами, вследствие чего эти приборы используют в качестве измерителей расхода горючего в самолетах, а также для дистанционного измерения на нефтепроводах. Компактность конструкции приборов Rotoquant позволяет применять их при высоких давлениях.
Одноструйные тангенциальные счетчики характеризуются наличием прямого гладкого канала, по которому протекает контролируемая среда. Поток жидкости тангенциально подводится к турбинке и приводит ее во вращение. В многоструйных счетчиках имеется специальный корпус, направляющее устройство которого распределяет струи жидкости по всему периметру турбинки. Тангенциальные счетчики позволяют точнее контролировать расходы, чем счетчики Вольтмана. Однако при одинаковом условном проходе допустимая продолжительность работы тангенциальных счетчиков в случае сохранения допустимых потерь давления меньше, чем счетчиков Вольтмана.
Методы измерения расхода по перепаду давления основаны на использовании энергетических закономерностей, определяющих зависимость кинетической энергии потока, а следовательно, его скорости от физического состояния среды. При дросселировании потока установленным в турбопроводе сужающим устройством скорость его увеличивается и согласно уравнению Бернулли потенциальная энергия давления превращается в кинетичес-
содержание:
[стр.Введение] [стр.1] [стр.2] [стр.3] [стр.4] [стр.5] [стр.6] [стр.7] [стр.8] [стр.9] [стр.10] [стр.11] [стр.12] [стр.13] [стр.14] [стр.15] [стр.16] [стр.17] [стр.18] [стр.19] [стр.20] [стр.21] [стр.22] [стр.23] [стр.24] [стр.25] [стр.26] [стр.27] [стр.28] [стр.29] [стр.30] [стр.31] [стр.32] [стр.33] [стр.34] [стр.35] [стр.36] [стр.37] [стр.38] [стр.39] [стр.40] [стр.41] [стр.42] [стр.43] [стр.44] [стр.45] [стр.46] [стр.47] [стр.48] [стр.49] [стр.50] [стр.51] [стр.52] [стр.53] [стр.54] [стр.55] [стр.56] [стр.57] [стр.58] [стр.59] [стр.60] [стр.61] [стр.62] [стр.63] [стр.64] [стр.65] [стр.66] [стр.67] [стр.68] [стр.69] [стр.70] [стр.71] [стр.72] [стр.73] [стр.74] [стр.75] [стр.76] [стр.77] [стр.78] [стр.79] [стр.80] [стр.81] [стр.82] [стр.83] [стр.84] [стр.85] [стр.86] [стр.87] [стр.88] [стр.89] [стр.90] [стр.91] [стр.92] [стр.93] [стр.94] [стр.95] [стр.96] [стр.97] [стр.98] [стр.99] [стр.100] [стр.101] [стр.102] [стр.103] [стр.104] [стр.105] [стр.106] [стр.107] [стр.108] [стр.109] [стр.110] [стр.111] [стр.112] [стр.113] [стр.114] [стр.115] [стр.116] [стр.117] [стр.118] [стр.119] [стр.120] [стр.121] [стр.122] [стр.123] [стр.124] [стр.125] [стр.126] [стр.127] [стр.128] [стр.129] [стр.130] [стр.131] [стр.132] [стр.133] [стр.134] [стр.135] [стр.136] [стр.137] [стр.138] [стр.139] [стр.140] [стр.141] [стр.142] [стр.143] [стр.144] [стр.145] [стр.146] [стр.147] [стр.148] [стр.149] [стр.150] [стр.151]