Курс лекций для студентов специальности 092108 Теплогазоснабжение и вентиляция
 Скачать 4.93 Mb.
|
|
4.3.2. Устройстворотаметров Ротаметры, применяемые для измерения объемного расхода ж идкостей и газов, имеют несколько разновидностей. В зависимости от величины измеряемого расхода в ротаметрах используются поплавки различного веса. Ротаметры, применяемые для местного измерения расхода, изготовляются со стеклянной конусной трубкой в виде показывающих 234 приборов. Ротаметры, имеющие металлический корпус, снабжаются передающими измерительными преобразователями с электрическим или пневматическим выходным сигналом. Эти ротаметры работают в комплекте с соответс твующими в торичными приборами. Ротаметры с металлическим корпусом близки по своему устройству к поплавковым расходомерам. Ротаметры указанных разновиднос тей выпускаются классов точности: 1,0; 1,5; 2,5; 4,0. На рис. 4.13-а показано ус тройство ротаметра со стеклянной конусной трубкой. Стеклянная трубка 1 зажата в патрубках 2 и 3,которые снабжены сальниками. Оба патрубка между собой связаны тягами 4 с надетыми на них ребрами 5, что придает прибору необходимую прочность. Внутри патрубка 2 находится седло, на которое опускается поплавок 6 при нулевом расходе а) б) Рис. 4.13 - Устройство промышленных ротаметров: а - со стеклянной трубкой; б - с устройством передачи. сигнала 235 измеряемой среды. Верхний патрубок 3 снабжен ограничителем хода поплавка 7. Шкала наносится непосредственно на внеш ней поверхнос ти стеклянной конусной трубки. Указателем у ротаметров со стеклянной трубой служит верхняя горизонтальная плоскость поплавка. Эти ротаметры применяются для измерения расхода газов или прозрачных жидкостей, находящихся под избыточным давлением не более 0,6 МПа. Ротаметры, снабженные передающ ими преобразователями с электрическим выходным сигналом, показаны на рис. 4.13-б. Этот ротаметр имеет конический поплавок 1, который перемещается внутри кольцевой диафрагмы 2 под действием проходящего снизу вверх потока жидкости. При подъеме поплавка проходное отверс тие между рабочей поверхностью поплавка и внутренней кромкой диафрагмы увеличивается пропорционально изменению расхода среды. Поплавок ротаметра жестко связан с сердечником 3 передающего дифференциально- трансформаторного преобразователя 4. Катушка дифференциально- трансформаторного преобразователя надета на разделительную трубку 5, изготовленную из немагнитной стали. Ротаметры, выполняемые по данной схеме в комплекте со вторичными приборами типа КСД и др., имеют класс точности не менее 2,5. Они выпускаются для измерения расхода среды, находящейся под рабочим избыточным давлением до 1,6 и 6,4 МПа. Ротаметры могут быть изготовлены и на большее рабочее избыточное давление. Кроме этого, предусматривается выполнение ротаметров с унифицированным выходным сигналом постоянного тока 0 - 5 мА. Ротаметры с унифицированным пневматическим выходным сигналом 0,02 - 0,1 МПа отличаются от рассмотренных приборов (рис. 4.13-б) наличием пневматического преобразователя. Для преобразования перемещения поплавка ротаметра в пневматический выходной сигнал применяют передающ ие пневматические преобразователи с силовой компенсацией типа, принцип действия которых был рассмотрен выше. 236 4.4. Тахометрическиерасходомерыисчетчики К тахометрическим расходомерам относятся измерительные приборы, в основу работы которых заложено вращение чувствительного элемента, вызываемое потоком измеряемой среды. При этом скорость вращения чувствительного элемента пропорциональна измеряемому объемному расходу. На базе этих приборов строятся счетчики жидких и газообразных сред. По принципу действия выпускаемые тахометрические счетчики количества разделяются на скоростные и объемные. В скоростных счетчиках в качестве рабочего элемента в основном применяют турбины (вертушки) с вертикально и горизонтально расположенными осями вращения. У счетчиков с вертикальной осью вращения турбины поток измеряемой среды направлен по касательной к окружности, описываемой средним радиусом турбины. Такие крыльчатые турбины называют тангенциальными. У счетчиков же с горизонтальной осью турбины поток направлен параллельно оси вертушки. Такие турбины называют аксиальными. В скоростных расходомерах и счетчиках угловая скорость вертушки пропорциональна средней скорости потока измеряемой среды, а следовательно, и объемному расходу. Число оборотов вертушки прибора суммируется счетным механизмом, а количество вещества, прошедшего через счетчик в единицах объема указывается счетным указателем. Объемные тахометрические счетчики обладают более высокой точнос тью по сравнению со скоростными. В объемных счетчиках протекающая через него среда измеряется отдельными, равными по объему дозами, отсекаемыми одним или несколькими рабочими элементами. Число пропущенных доз измеряемой среды суммируется счетным механизмом, а суммарное количес тво вещества, прошедшее через прибор за определенный промежуток времени, показывается счетным указателем. 237 Счетчики количес тва обычно характеризуются следующими техническими данными: − калибром - размером диаметра условного прохода входного патрубка, выраженного в миллиметрах; − пределами допускаемой основной погрешнос ти показаний, выраженной в процентах от дейс твительного количества вещества, протекшего через прибор; − потерей давления, вызываемой прибором; − начальным, номинальным и верхним пределами измерений; − порогом чувствительности; − емкостью счетчика - наибольшим значением количества вещества, на которое рассчитан счетный механизм прибора; − предельным допускаемым избыточным давлением и предельной температурой измеряемой среды. Погрешнос ть показаний рассматриваемых счетчиков зависит от вязкости и расхода среды и определяется экспериментальным путем при различных расходах. Необходимо также иметь в виду, что потеря давления, вызываемая счетчиком, растет с увеличением расхода и вязкости измеряемой среды. В связи с этим потеря давления является критерием пропускной способности счетчика. Под нижним пределом измерений счетчика понимают наименьший расход, при котором погрешнос ть показаний прибора не превышает допускаемую. Номинальным расходом счетчика называют наибольший длительный расход, при котором погрешность показаний прибора не выходит за пределы допускаемой. Под верхним пределом измерения счетчика понимают максимальный расход, допускаемый в течение одного часа в сутки. При выборе счетчика необходимо иметь в виду, что калибр его может быть взят меньше диаметра трубопровода, тогда в трубопроводе до и после счетчика необходимо устанавливать конические переходы. 238 Скоростные счетчикиколичестважидкости. В этих счетчиках, используются тангенциальные или аксиальные турбины. Применяются они в основном для измерения суммарного количества воды в горизонтальных трубопроводах с верхним диапазоном измерения от 0,15 до 12,5 м 3 / ч. Счетчики этого вида в зависимости от того, находится ли его счетный механизм непосредственно в воде или изолирован от нее, делятся на так называемые « мокроходы» и «сухоходы». Мокроходы имеют ряд преимуществ перед сухоходами (меньше деталей, отсутствие уплотнений и т.д.), но их нормальная работа возможна только на чистой воде. Поэтому наибольшее распространение получили счетчики- сухоходы. В зависимости от способа подведения воды к лопастям вертушки счетчика они разделяются на одноструйные и многоструйные. В однос труйных и в многоструйных счетчиках вода к лопастям вертушки подводится тангенциально. В одноструйных счетчиках (см. рис. 4.14-а) жидкость подается в камеру, где расположена вертушка и отводится оттуда на одном уровне, что исключает образование застойных зон, уменьшает потери давления и возможность оседания твердых взвешенных в воде частиц. а) Рис. 4.14 - Тангенциальные турбины: а - одноструйная; б - многоструйная б) 239 Корпус одноструйного счетчика снабжен коническими патрубками на входе и выходе. В широкой части входного патрубка устанавливается фильтр в виде металлической сетки, после которой находится стабилизатор потока, представляющий собой пластинчатый струевыпрямитель. Ось турбины прибора соединяется с зубчатым передаточным механизмом, который приводит в действие декадное счетное устройс тво, снабженное циферблатом с одной большой и несколькими маленькими шкалами. На большой шкале имеются 100 делений с ценой деления 0,001 м 3 Малые шкалы имеют по десять делений. Цена деления первой малой шкалы 0,1 м 3 , второй – 1,0 м 3 , третьей- 10,0 м 3 и т.д. Счетный механизм счетчика отделен от его проточной час ти герметичной перегородкой и сальниковыми уплотнениями. В многоструйном счетчике (см. рис. 4.14-б) жидкость поступает в нижнюю часть проточной камеры и несколькими с труями подается на лопасти крыльчатки. Приведя крыльчатку во вращение, жидкость далее поднимается через осевой раструб в верхнюю час ть проточной камеры и далее в выходной патрубок. В этих счетчиках вращение крыльчатки передается на счетный механизм аналогично, как и у одноструйного счетчика. Счетчики с тангенциальными турбинами выпускаются калибром от 20 до 50 мм и рассчитаны на рабочее давление среды до 1,0 МПа. Они применяются в системах коммунального водо- и теплоснабжения, а также в системах промышленных водопроводов, например счетчики типа ВСКМ и УВКГ-32. Приборы типа ВСКМ используются в трубопроводах с температурой воды 5 – 40 0 С, у них обычно применяют крыльчатку, выполненную из пластмассы. Приборы же типа УВКГ-32 используют в теплотрассах с температурой воды до 90 0 С и снабжены металлической крыльчаткой. На рис. 4.15 приведена конструкция одноструйного водомера-сухохода. Скоростные расходомеры с аксиальной турбиной (спиральной вертушкой) применяются для учета больших количеств жидких сред. Они могут быть установлены не только на горизонтальных участках трубопроводов, но и на наклонных и вертикальных с восходящим потоком жидкости. В этих 240 приборах жидкость, протекающая через него, вращает турбину, которая представляет многоходовой винт с большим шагом. Число оборотов турбины, пропорциональное скорости потока и обратно пропорциональное шагу лопасти, определяется в соответс твии с выражением: l V k n ср ⋅ = , (4.34) где n – число оборотов турбины, с -1 ; l – шаг лопастей, м; k – постоянная данного расходомера; V ср – средняя скорость потока. Выражая значение средней скорости потока через объемный его расход Q o и площадь живого сечения прибора F из уравнения (4.34), получим Рис. 4.15 - Расходомер с вертикальной крыльчаткой вертушкой: 1- сетка; 2 - струевыпрямитель; 3 - крыльчатка; 4- редуктор; 5 - сальниковое уплотнение; 6 - счетный механизм; 7 - циферблат. 241 l F Q k n o ⋅ ⋅ = (4.35) Для обеспечения постоянс тва метрологических характерис тик прибора необходимо, чтобы направление потока жидкос ти было параллельно оси турбины, т.к. незначительные отклонения в движении потока влияют на число ее оборотов. Для стабилизации направления потока перед турбиной со стороны входа потока жидкос ти устанавливают струевыпрямитель. Кроме того, необходимо, чтобы перед прибором был прямой участок трубы длиной не менее (8-10)D, а после него - не менее 5 D, где D- диаметр трубопровода. На рис. 4.16 приведена схема расходомера с аксиальной турбиной. Как видно из рисунка, винтовая вертушка расходомера связана посредством червячной передачи и вала с передаточным механизмом ( редуктором), а последний, в свою очередь, через передаточную ось с сальниковым уплотнением соединен со счетным механизмом. Для изменения угловой скорости вертушки счетчика при его градуировке служит пластина- регулятор, которая является продолжением укороченной радиальной перегородки с труевыпрямителя. Аксиальная турбина является важнейшим элементом прибора и поэтому долж на быть тщ ательно сбалансирована при Рис. 4.16 - Схема расходомера с аксиальной турбиной: 1 - винновая вертушка; 2 - струевыпрямитель; 3 - червячная передача; 4 - кронштейн; 5 - редуктор; 6 - ось с сальником; 7 - счетный механизм; 8 – регулятор скорости вращения 242 установке. Удельный вес ее необходимо подбирать близким к удельному весу измеряемой среды. В связи с этим турбину изготавливают с полой центральной частью. Выпускаемые турбинные водомеры типов ВТ, ВТГ, СТ В и СТ ВГ используются в системах коммунального и промышленного водоснабжения, а также в системах теплоснабжения. Эти водосчетчики изготовляются калибром 50, 80, 100, 150, 200, 250 и 300 мм и рассчитаны на измерение расходов от 2,5 до 350 м 3 / ч при максимальном рабочем давлении до 1,5 МПа. Пределы допускаемой основной погрешнос ти показаний водосчетчиков этого типа при измерении в диапазоне от нижнего предела до номинального расхода составляют не более ±2%. Объемные счетчикиколичестважидкостей К их числу относятся счетчики количества жидкости – порш невые, дисковые, ротационные, с овальными шестернями и др. Для ознакомления с принципом дейс твия этих счетчиков рассмотрим упрощенную схему поршневого счетчика с вращающимся затвором, схема которого приведена на рис. 4.17. Жидкость из трубы 1 через распределительный четырехходовой кран 2 пос тупает под поршень 3и поднимает его. Поршень, перемещаясь вверх, вытесняет жидкость, находящуюся в верхней полости цилиндра, через распределительный кран в трубу 4. Когда поршень достигнет верхнего крайнего положения, затвор четырехходового крана, связанный специальным механизмом 5 со штоком порш ня, повернется на угол 90 0 Благодаря этому жидкость из трубы 1 Рис. 4.17 -Схема однопоршневого счетчика жидкости 243 будет поступать в верхнюю полость цилиндра, поршень начинает перемещаться вниз и из нижней полости жидкос ть вытесняется через четырехходовой кран и трубу 4. После достижения поршнем крайнего положения цикл пов торяется. Количество жидкости, прошедшее через счетчик за определенный промежуток времени, определяется по счетному механизму, связанному с помощью передаточного механизма со штоком поршня по количеству порций жидкости, вытесненной поршнем. Для поршневых счетчиков по сравнению с другими типами объемных счетчиков характерна большая потеря давления. Порш невые счётчики используются для измерения суммарного количес тва нефтепродуктов и других жидкостей. В промышленнос ти ш ироко применяют четырехпоршневые счетчики типа МП и СМ. Эти приборы могут быть показывающими или с дистанционной передачей сигнала при наличии частотных струнных преобразователей или преобразователей ферродинамической системы. Приборы этого типа выпускаются с верхними пределами измерения от 50 до 4000 л/ч. Рабочее давление измеряемой среды долж но быть не более 1,6 МПа, а температура от 10 до 100° С. Наибольшая потеря давления для счетчика-мазутомера не превышает 0,035 МПа. Пределы допускаемой основной погрешности суммирования составляю т ±1%. Пределы допускаемой основной погрешности по шкале расхода составляют: ±1,5% для преобразователя; ±2,5% для вторичного прибора. Шариковые расходомеры. Расходомеры этого типа относятся также к тахометрическим расходомерам. Чувствительным элементом у них является шарик, вращающийся в одной плоскости по внутренней поверхности трубы под воздействием предварительно закрученного потока измеряемой среды. Эти расходомеры состоят из первичного шарикового преобразователя расхода и нормирующего преобразователя. Преимуществом шариковых расходомеров является их нечувствительность к твердым включениям в измеряемой среде, а 244 также к ударам и вибрациям, они отличаются простотой конс трукции и позволяют измерять пульсирующие расходы с амплитудой пульсации, достигающей до максимального измеряемого расхода. Схема устройства первичного шарикового преобразователя расхода приведена на рис. 4.18. Корпус шарикового преобразователя расхода выполнен аналогично с корпусом турбинного преобразователя. Внутри корпуса шарикового преобразователя 1 расположен сборный узел, состоящий из струенаправляющего устройства 2, выполненного в виде многозаходного винта, и струевыпрямителя 3. На крестовине струевыпрямителя находится ограничительное кольцо 4.В пространстве между этим кольцом и струенаправляющим ус тройством находится шарик 5 из ферромагнитного материала, который может свободно вращаться вокруг ступицы 6.На корпусе шарикового преобразователя ус тановлен передающий преобразователь 7 дифференциально- трансформаторного типа. Помимо указанного преобразователя расхода применяется также первичный шариковый преобразователь расхода с тангенциальным подводом измеряемой жидкости. В первичных скоростных тахометрических преобразователях расхода жидкость, протекающая через него, приводит во вращение шарик, частота вращения которого пропорциональна средней скорости потока измеряемой жидкости в данном сечении преобразователя, а, следовательно, и объемному расходу. Установленный с наруж ной с тороны корпуса первичного тахометрического преобразователя расхода бесконтактный передающий Рис. 4.18 - Первичный преобразователь шарикового расходомера жидкости 245 преобразователь формирует электрические импульсы, частота следования которых зависит от частоты вращения шарика. Наиболее широкое распространение получили два типа бесконтактных передающих преобразователей – магнитоэлектрический и дифференциально- трансформаторный. Магнитоэлектрический передающ ий преобразователь используется в первичных тахометрических преобразователях, имеющих большие диаметры условного прохода. Передающ ий магнитоэлектрический преобразователь состоит из постоянного магнита, на котором намотана катушка. Прохождение шарика около торца магнита приводит к появлению электрического импульса в цепи катушки. Передающ ие дифференциально- трансформаторные преобразователи применяются в выпускаемых первичных шариковых и турбинных преобразователях расхода с диаметрами условного прохода до 200 мм. Импульсный сигнал от передающего преобразователя расходомера обычно преобразуется в унифицированный выходной сигнал постоянного тока 0-5 мА, а в качестве вторичных показывающих и регистрирующих приборов могут быть использованы миллиамперметры типа КСУ, КПУ или другие миллиамперметры ГСП. К выпускаемым шариковым расходомерам относятся расходомеры типа ШРТ, «Сатурн», ШИР и ДРШС. Диапазон измерения этих приборов в зависимости от типа лежит от 0,025 до 400 м 3 / ч при давлении контролируемой среды 2,5 и 6,4 МПа. Класс точности расходомеров составляет 1,5% для диапазона измерений 30-100% и 2,5% - в диапазоне измерений до 30%. Аналогичный принцип дейс твия и конструкцию имеют тахометрические и объемные расходомеры и счетчики газа. Выпускаемые газовые расходомеры- счетчики в основном предназначаются для измерения объемного расхода и объемного количества природного газа, воздуха и инертных газов плотностью не менее 0,7 кг/м 3 при температуре 0-50 0 С. Характеризуются такие приборы таким показателем, как G- рейтинг, значение которого соответствует 246 номинальному расходу. Различают следующие базовые значения G- рейтинга: 1; 1,6; 2,5; 4; 6 и 10. Величина же G- рейтинга для газовых счетчиков должна соответс твовать следующему ряду: G = (1; 1,6; 2,5; 4; 6; 10) · 10 n , где n = 0, 1, 10 и т.д. Максимальная допустимая величина расхода газа, определяемая G- рейтингом, соответс твует значению последующего G- рейтинга, приведенного выше ряда. Например, счетчик газа c рейтингом G4 предназначен для измерения номинального расхода 4 м 3 / ч (при этом n = 0), а максимальное же значение расхода для этого прибора составляет 6 м 3 / ч. В настоящее время выпускается большая номенклатура различных расходомеров-счетчиков газа турбинного, ротационного и мембранного типов, которые используются как с корректорами (для коммерческого учета), так и без них. Корректоры, применяемые в этих приборах, предназначаются для автоматического введения поправки на измерения расхода по температуре, давлению и составу измеряемой среды. Основная допустимая погрешнос ть для счетчиков газа составляет 1,0 - 1,5% в диапазоне измерений 0,3Q max - Q max и 2,5 – 3,0% в диапазоне измерений Q min – 0,3Q max |