Курс лекций для студентов специальности 092108 Теплогазоснабжение и вентиляция
 Скачать 4.93 Mb.
|
|
5.4. Уровнемерыдифманометрические Для измерения уровня жидкостей в баках , аппаратах и резервуарах , находящ ихся под атмосферным , избыточным и вакуумметрическим давлением , часто применяется метод измерения , основанный на определении разности давлений При этом в качес тве измерительных приборов , в зависимости от требований , предъявляемых к ав томатизации технологических процессов , применяют различные типы дифманометров Если нет необходимости в дистанционной передаче показаний уровня , то целесообразно применять дифманометры с отсчетным устройством Эти дифманометры могут быть снабжены контактными устройствами для сигнализации предельных значений уровня Для дистанционного измерения уровня могут быть использованы дифманометры или преобразователи давления с электрическим или пневматическим выходным сигналом в комплекте с соответствующ ими вторичными приборами К приборам давления , используемым при определении уровня , относятся дифманометры : сильфонные типа ДСС и ДСП , мембранные электрические ДМЭУ - МИ , измерительные преобразователи разности давления 13 ДД 11, преобразователи гидрос татического давления типа « Сапфир -22 ДГ », а также разности давлений « Сапфир -22 ДД ». Поскольку жидкость , уровень которой измеряется , может находиться под атмосферным , вакуумметрическим или избыточным давлением , то это необходимо учитывать при выборе типа и модели дифманометра , так как они выпускаются на различное предельно допускаемое рабочее избыточное давление Предельный номинальный перепад давления дифманометра выбирают в зависимости от диапазона измерения уровня Для присоединения дифманометра к баку или другому устройству применяют различные типы уравнительных сосудов В качестве примера на рис . 5.7 показана общая схема измерения уровня нейтральной , невязкой жидкости , находящейся в баке или резервуаре под атмосферным давлением 275 При измерении уровня в баке 1 должно быть обеспечено пос тоянство уровня в сосуде 2, установленного при нижнем уровне жидкости в баке Поэтому этот сосуд должен иметь такой размер , при котором можно было бы пренебречь дополнительной погрешностью дифманометра , вызываемой изменением уровня в сосуде от начального его положения при измерении дифманометром - уровнемером 3 верхнего уровня жидкости Н в баке . Если свойства жидкости , уровень которой необходимо измерять , не позволяют подключать дифманометр по схеме , показанной на рис . 5.7, необходимо вместо уравнительного сосуда применять разделительные сосуды или разделительные ус тройства других типов , которые должны располагаться в соединительных линиях максимально близко к баку или резервуару Размеры уравнительных и разделительных сосудов обычно выбирают в зависимости от объема плюсовой и минусовой камер дифманометра При применении разделительных устройств другого типа необходимо учитывать возможное изменение показаний уровнемера В случае незначительного изменения плотности измеряемой жидкости , расчет шкалы дифманометра производится для среднего значения плотности жидкости Для измерения уровня жидкостей в объектах , находящихся под давлением , например , барабанах паровых котлов , конденсаторах , паровых подогревателях воды и т д применяются различные схемы подключения дифманометров , а также различные типы разделительных сосудов Рис . 5.7 - Измерение уровня дифманометром при атмосферном давлении 276 При измерении уров ня в барабане парогенератора дифманометром распространена схема с использованием стандартного двухкамерного уравнительного сосуда , которая приведена на рис . 5.8. В ш ирокой части сосуда 1, присоединенного к паровому пространству барабана котла , уровень воды ( конденсата ) поддерживается постоянным В трубе 2 уравнительного сосуда , подключенной к водяному пространству барабана , уровень воды будет меняться с изменением уровня в барабане Для исключения возможного образования водяных пробок линия и вентиль , подключенные к широкому сосуду , должны располагаться горизонтально Разность давлений , создаваемая двухкамерным уравнительным сосудом , измеряется дифманометром 3 и определяется по выражению : g h H p ⋅ ′′ − ′ ⋅ − = ∆ ) ( ) ( ρ ρ ( Па ), (5.9) где H и h – высота столба воды в сосуде и трубке соответственно , м ; ρ / и ρ // - плотнос ть воды и пара в состоянии насыщения при рабочем давлении , кг / м 3 Из этого урав нения следует , что при верхнем уровне воды в барабане котла h = H и при любом рабочем давлении ∆ р н = 0, а при нижнем уровне h = 0 и g H p н ⋅ ′′ − ′ ⋅ = ∆ ) ( ρ ρ Для получе - ния нижнего перепада давления в мм вод ст пользуются следующим соотношением : g H p н ⋅ ′′ − ′ ⋅ ⋅ = ∆ ) ( 102 , 0 ρ ρ (5.10) Рис . 5.8 - Измерение уровня в барабане котла при помощи двухкамерного уравнительного сосуда 277 Для градуировки шкалы вторичного прибора по промежуточным точкам шкалы дифманометра N x , лежащим внутри измеряемого диапазона уровней , пользуются следующим выражением : ) 1 ( 5 , 0 N N p p x н x ± − ⋅ ∆ ⋅ = ∆ , (5.11) где N – предел измерения дифманометра , мм Пример 5.1. Произвести расчет шкалы вторичного прибора дифманометра , работающего с двухкамерным уравнительным сосудом для измерения уровня в барабане парового котла при следующих исходных данных : рабочее давление в котле 5 МПа , а шкала вторичного прибора составляет N = ± 500 мм При заданном рабочем давлении температура в котле составит 262,7 0 С ( по справочным данным ), а плотность воды и пара для этих условий соответственно будет равна ρ / = 782,5 кг / м 3 и ρ // = 24,9 кг / м 3 Измеряемая высота столба воды в широкой части разделительного сосуда H = 2 · │ N │ · 10 -3 =1,0 м В соответствии с формулой (5.10) определяем ∆ р н : ∆ р н = 0,102 · 1,0·(782,5 – 24,9) ·9,81 = 758 мм вод ст Пользуясь соотношением (5.11), определяем значения перепада давлений ∆р х для различных промежуточных точек шкалы прибора Результаты расчета сведены в таблицу 5.2. Таблица 5.2 N x , мм 500 400 300 200 100 0 -100 -200 -300 -400 -500 ∆р х , мм вод.ст 0 75,8 151,6 227,4 303,2 379 454,8 530,6 606,4 682,2 758 При измерении уровня воды в барабане котла может быть использована схема с использованием однокамерного уравнительного сосуда , которая приведена на рис . 5.9. Такие схемы измерения применяют при рабочих давлениях пара не более 16 МПа По данной схеме измерения в уравнительном сосуде 1, который присоединен к паровому пространству барабана , поддерживается пос тоянный уровень воды ( конденсата ). Такой сосуд применяют без тепловой изоляции Труба 3 подсоединена к водяному пространс тву барабана 278 Разность давлений , создаваемую уравнительным сосудом ( Па ), измеряют при помощи дифманометра 4, которая определяется следующим выражением : [ ] g h H p в ⋅ ′′ − ′ ⋅ − ′′ − ⋅ = ∆ ) ( ) ( ρ ρ ρ ρ , (5.12) где ρ в – плотнос ть столба Н воды в разделительном сосуде Из представленного уравнения определим максимальную разнос ть давлений при h = H и минимальную разность давлений при h = 0: g H p в в ⋅ ′ − ⋅ = ∆ ) ( ρ ρ ; (5.13) g H p в н ⋅ ′′ − ⋅ = ∆ ) ( ρ ρ (5.14) Разность давлений ∆ р х , соответствующая отметкам шкалы дифманометра N х в диапазоне измерений от +N до – N, определяется по следующей формуле : ± ⋅ ∆ − ∆ − ∆ + ∆ ⋅ = ∆ N N р р р р р x в н в н х ) ( 5 , 0 (5.15) Пример 5.2. Произвести расчет шкалы дифманометра для тех же рабочих условий , что и в примере 5.1. При этом принять ρ в = 985,3 кг / м 3 ( при р = 5 МПа и t = 60 0 С ). Рис . 5.9 - Измерение уровня в барабане котла при помощи однокамерного уравнительного сосуда 279 Пользуясь формулами (5.13) и (5.14) определяем перепады давления , соответствующие верхнему и нижнему значению уровня в барабане котла , выраженные в мм вод ст .: ∆р в = 0,102·1,0·(985,3 – 782,5) ·9,81 = 202,9 ( мм вод ст ); ∆р н = 0,102·1,0· (985,3 – 24,9) ·9,81 = 960,9 ( мм вод ст ). Используя уравнение (5.15), определяем значения перепадов давления ∆р х для отметок N x прибора Результаты расчета сведем в таблицу 5.3. Таблица 5.3 N x , мм 500 400 300 200 100 0 -100 -200 -300 -400 -500 ∆р х , мм вод.ст 202,9 278, 7 354,5 430,3 506,1 581, 9 657, 7 733, 5 809, 3 885, 1 960, 9 Для повышения точнос ти измерения уровня воды в барабане парового котла применяются и другие схемы , позволяющие вводить коррекцию по давлению , температуре и разности плотнос тей воды и пара Коррекция по давлению или температуре не обеспечивает достаточной точности измерения уровня воды в барабане мощных парогенераторов при меняющ ихся давлениях пара в широких пределах , т к изменение разности плотностей воды и пара ρ ' - ρ " не является линейной функцией давления ( или температуры ) пара в барабане Уровнемер с коррекцией по разнос ти плотностей воды и пара позволяет с достаточной точностью измерять уровень воды в барабане при отклонении давления пара от номинального значения в широких пределах , а также при пусках и ос тановах парогенераторов Для такого уровнемера используется специальный сдвоенный двухкамерный уравнительный сосуд , схема которого показана на рис . 5.10, позволяющий присоединять два дифманометра : один для измерения уровня воды в барабане , а в торой ( корректирующий ) для измерения разности плотнос тей воды и пара В этой схеме используются дифманометры типа ДМЭ с выходным сигналом постоянного тока 0 – 5 мА В соответс твии с приведенным рисунком , к нижней части уравнительного сосуда присоединен дифманометр ДМ -1, который измеряет уровень воды в 280 барабане К верхней части сосуда присоединен дифманометр ДМ -2, измеряющий разность плотностей воды и пара ( р '- р "). Оба дифманометра подключают к вторичному прибору , типа КСУ или КСП , устанавливаемому на щите парогенератора или блока Разность давлений , создаваемая нижней частью уравнительного сосуда , которую измеряет дифманометр ДМ -1, определяется выражением : g h H р ⋅ ′′ − ′ ⋅ − = ∆ ) ( ) ( 1 1 ρ ρ . (5.16) Разность давлений , создаваемая верхней частью сосуда и измеряемая дифманометром ДМ -2, пропорциональна разнос ти плотностей воды и пара , определяемая в соответствии с выражением : g H р ⋅ ′′ − ′ ⋅ = ∆ ) ( 2 2 ρ ρ 5.17) Для уменьшения влияния на показания уровнемера охлаждения воды в сдвоенном двухкамерном уравнительном сосуде его полностью закрывают тепловой изоляцией , а поддержание постоянства высот с толбов воды Н 1 и Н 2 обеспечивается конденсацией пара в дополнительной трубе - конденсаторе , не покрытой тепловой изоляцией Рис . 5.10 - Измерение уровня в барабане котла с коррекцией по разности плотностей воды и пара : 1- труба - конденсатор ; 2 - верхняя часть уравнительного сосуда для измерения р '- р "; 3- нижняя часть уравнительного сосуда для измерения уровня воды в барабане 281 Контрольные вопросы 1. В каких технологических объектах измерение уров ня является одним из основных измерений ? 2. Какого типа уровнемеры используются в промышленнос ти ? 3. Покажите схему поплавкового уровнемера жидкос ти Какими преимуществами и недостатками он обладает ? 4. Чем отличаются акустические и ультразвуковые уровнемеры ? Покажите их структурные схемы и объясните принцип работы 5. Изобразите принципиальную схему емкостного уровнемера и поясните принцип его работы 6. Запишите уравнения для расчета емкостного преобразователя уровня с цилиндрическими электродами 7. Каким образом вводится компенсация изменения электрической емкости уровнемера в рабочих условиях ? 8. Для чего используются уравнительные сосуды при измерении уровня жидкостей с помощью дифманометров - уровнемеров ? 9. Покажите различные варианты схем подключения дифманометров - уровнемеров при измерении уровня в барабане паровых котлов 10. Чем отличаются схемы измерения уров ней жидкости в емкостях с избыточным или вакуумметрическим давлением и без него ? 11. Какой тип уровнемеров может быть использован для измерения уровня сыпучих тел ? 282 Списоклитературы 1. Ав томатические приборы , регуляторы и вычислительные системы Справочное пособие Под ред Кашарского Б Д . - Л .: Машиностроение , 1976.-488 с 2. Артемьев Б Г ., Голубев С М Справочное пособие для работников метрологических служб . - М .: Изд - во стандартов , 1982. – 280 с 3. Бурдун Г Д ., Марков Б Н Основы метрологии . - М . : Изд - во стандартов , 1972. – 317 с 4. Иванова Г М ., Кузнецов Н Д , Чистяков В С Теплотехнические измерения и приборы : Учебник для вузов . - М .: Энергоатомиздат , 1984. – 232 с 5. Государственная система промышленных приборов и средств автоматизации ( ГСП ). Под ред Кавалерова Г И . - М .: ЦНИИТ ЭИ , 1981.– 392 с 6. Кремлевский П П Расходомеры и счетчики количества - Л .: Машинос троение , 1975. – 776 с 7. Международная практическая температурная шкала 1968 г . ( МПТШ -68). - М .: Изд - во стандартов , 1976. -27 с 8. Орнатский П П Ав томатические измерения и приборы : Учебник для вузов – К .: Вища шк ., 1980. – 560 с 9. Правила измерения расхода газов и жидкостей стандартными сужающими устройствами РД 50-213-80. - М .: Изд - во стандартов , 1982.–320 с 10. Преображенский В П Теплотехнические измерения и приборы : Учебник для вузов . – 3- е изд ., перераб . - М .: Энергия , 1978. – 704 с 11. Промышленные приборы и средства автоматизации : Справочник / Под ред Черенкова В В . - Л .: Машинос троение , 1987. – 847 с 12. Справочник проектировщика АСУ Т П Под ред Смилянского Г Л . - М .: Машинос троение , 1983. – 527 с 13. Температурные измерения Геращенко О А ., Городов А Н и др . – К .: Наукова думка , 1984. – 494 с 283 Учебное издание Контрольно - измерительные приборы в теплотехнических измерениях Курс лекций для студентов спец . 7.092108 - « Теплогазоснабжение и вентиляция » Составитель : Нубарян Сергей Манукович Редактор : Ю И Карпенко Корректор : З И Зайцева План 2006, поз . 12 Подп к печати 07.09.2006 Формат 60×84 1/16 Бумага офисная Печать на ризографе Условн .- печ л . 10,5 Уч .– изд . 11 Тираж 100 экз Зак № ХНАГХ , 61002, г Харьков , ул Революции , д .12 Сектор оперативной полиграфии ИВЦ ХНАГХ 61002, г Харьков , ул Революции , д .12 |