№10: контрольно-измерительные приборы (стр. 3 из 10)

В промышленности учет расхода жидкостей, пара и газа ведут с помощью двух групп приборов: расходомеров, измеряющих расход вещества, т. е. его количество, протекающее по трубопроводу в единицу времени, и счетчиков количества, измеряющих суммарный объем или массу вещества, протекающего по трубопроводу.

Часть расходомеров оборудована счетными устройствами, служащими как для измерения расхода, так и для определения суммарного расхода за определенный промежуток времени. Наиболее широко применяют расходомеры переменного и постоянного перепада. Расход вязких жидкостей, например мазута, измеряют ультразвуковыми расходомерами. Однако они сложны и дороги, поэтому их применяют сравнительно редко (в данной книге они не рассматриваются). Расходомеры, основанные на других принципах действия, пока еще не получили широкого распространения.

Расходомеры переменного перепада. Принцип действия расходомеров переменного перепада основан на измерении давления по перепаду, который создается в трубопроводе установленным внутри него сужающим устройством. В суженном сечении увеличиваются скорость, а следовательно, и кинетическая энергия потока, что вызывает уменьшения его потенциальной энергии. Соответственно статическое давление потока после сужающего устройства будет меньше, чем перед ним. Разность между статическими давлениями потока, взятыми на некоторых расстояниях до и после сужающего устройства, называют перепадом давления.

Простейшая схема измерения расхода по методу переменного перепада давления (рис. 10.7) включает в себя сужающее устройство (диафрагму) 2, установленное в трубопроводе 1, соединительные трубки 3 для отбора давления до сужающего устройства и после него и передачи этого давления к U-образному манометру 4.

Рис. 10.7. Принципиальная схема измерения расхода по методу переменного перепада давления: 1 - трубопровод; 2 - сужающее устройство (диафрагма); 3 - соединительные трубки; 4 - U-образный манометр

Перепад давления р будет тем больше, чем больше скорость потока, т. е. чем больше расход. Следовательно, перепад давления на сужающем устройстве является мерой расхода жидкости, газа или пара, протекающих через трубопровод.

К достоинствам расходомеров переменного перепада относится возможность использования их при различных температурах и давлениях измеряемой среды, а к недостаткам — потеря давления потока и относительная трудность промышленного применения расходомеров при малых расходах.

Для измерения расхода по методу переменного перепада давления в качестве сужающих устройств применяют стандартные диафрагмы и сопла, изготовленные в соответствии с требованиями специальных правил.

В качестве стандартных сужающих устройств используются:

• трубки Вентури;
• трубки Пито;
• расходомерные сопла;
• диафрагмы.

Наиболее часто в качестве сужающего устройства используются диафрагмы.

Расходомерная диафрагма представляет собой диск с отверстием. Диафрагмы бывают бескамерные и камерные. Бескамерная диафрагма 2 (ГОСТ 26969—86) представляет собой стальной диск, имеющий концентрическое (симметричное оси) отверстие с острой кромкой со стороны входа потока и коническую часть со стороны выхода. Толщина диска не должна превышать 0,05 внутреннего диаметра трубопровода. Бескамерные диафрагмы применяют в трубопроводах диаметром более 400 мм. Отбор давления производится непосредственно перед диафрагмой и после нее по ходу потока в трубопроводе. При этом отборное устройство, установленное перед диафрагмой, обозначают знаком «+», а расположенное за диафрагмой —знаком «—».

Камерная диафрагма (рис. 10.8) состоит из диска 1 и двух кольцевых камер 2 и для отбора давления до диафрагмы и после нее. Камеры соединяются с внутренним пространством трубопровода через кольцеобразные щели А и Б, расположенные непосредственно у торцовой поверхности диафрагмы. Таким образом, отбор давления в камерных диафрагмах производится по периметру трубопровода для измерения среднего давления в трубопроводе. К камерам присоединяют трубки 5 и 6, передающие перепад давления от диафрагм к дифманометру.

Рис. 10.8. Камерная диафрагма: 1 - диск; 2, 3 - кольцевые камеры; 4, 7 - фланцы; 5, 6 - соединительные трубки; 8 - прокладки; 9 -болты

Камерные диафрагмы применяют в трубопроводах с внутренним диаметром от 50 до 400 мм. Диафрагму и кольцевые камеры изготовляют из материалов, устойчивых к длительным воздействиям измеряемой среды. Чаще всего диск делают из нержавеющей, а камеры—из углеродистой стали. К качеству механической обработки поверхностей камерных диафрагм и других сужающих устройств предъявляют повышенные требования. Отверстие диска со стороны входа потока цилиндрическое на длине по оси не более 0,02 внутреннего диаметра трубопровода, а далее расточено на конус под углом 45° у выхода потока. Кромка отверстия диска у входа потока острая, без закруглений, вмятин и заусенцев. Угол между торцовой поверхностью диафрагмы и цилиндрической частью отверстия 90°.

Камерные диафрагмы устанавливают на прямолинейных участках трубопроводов между двумя фланцами 4 и 7, стягиваемыми болтами 9. Для уплотнения соединения между фланцами и кольцевыми камерами, а также между камерами и диском ставят прокладки 8. Материал для прокладок выбирают в зависимости от химических свойств и давления измеряемой среды.

Расходомерное сопло (рис. 10.9) состоит из плавно сужающейся части на входе и цилиндрической — на выходе.

Кромка цилиндрической части острая, без фасок, закруглений и заусенцев. Очертание профильного отверстия сопла подобно очертанию струи при входе ее в сужающее устройство, поэтому в нем образуется значительно меньше завихрений, приводящих к безвозвратной потере давления потока, чем в диафрагме. Кроме того, сопла более стойки к истиранию и менее подвержены загрязнению. Но из-за сложности изготовления их применяют редко.

Рис. 10.9. Расходомерное сопло

Давление отбирают до начала сужения потока и в начале цилиндрической части сопла. На рисунке показаны два варианта отбора давления через кольцевые камеры (вверху) и через отдельные отверстия непосредственно у сужающего устройства (внизу).

Достоинства метода переменного перепада давления

1. Универсальность. Данный метод применяется для измерения расход практически любых сред: жидкостей, газа, пара. Для вязких жидкостей применяются сужающие устройства специальной формы.

2. Низкая первоначальная стоимость. Стоимость расходомера, основанного на методе переменного перепада давления, складывается, исходя из стоимости сужающего устройства, импульсных линий и датчика дифференциального давления.

3. Беспроливная методика поверки. Для периодической поверки расходомеров на СУ требуется измерить геометрические размеры сужающего устройства и поверить датчик дифференциального давления.

4. Отсутствие движущихся частей.

5. Измерение расхода в условиях высокого давления. Давление в трубопроводе может достигать 40МПа.

6. Измерение расхода в условиях высоких и низких температур. Диапазон температуры измеряемой среды лежит в пределах от -200 до +1000°С.

7. Широкий диапазон типоразмеров. Метод переменного перепада давления используется как на трубопроводах с малым диаметром условного прохода (Ду = 15 мм), так и на больших трубопроводах (Ду = 2000 мм).

Недостатки метода переменного перепада давления

1. Узкий динамический диапазон. Стандартный динамический диапазон сужающих устройств приблизительно 1:3. Такое ограничение связано, в первую очередь, с квадратичной зависимостью между расходом и перепадом давления на СУ. Использование высокоточных датчиков дифференциального давления позволяет увеличить динамический диапазон.

2. Высокая стоимость эксплуатации. Расходомеры на сужающих устройствах требуют периодического обслуживания: измерение геометрических размеров сужающего устройства, прочистка импульсных линий, прогрев импульсных линий, установка нуля на датчике дифференциального давления.

3. Небольшой межповерочный интервал. Стандартный межповерочный интервал расходомера на СУ составляет – 1 год.

4. Низкая точность измерений. Погрешность измерений обычно менее 3,0-3,5 %.

Камерный метод измерения расхода. Камерные расходомеры измеряют объемный расход напрямую путем повторяющегося захвата порции жидкости. Общий объем жидкости, проходящей через расходомер в заданный промежуток времени, – это произведение объема порции на количество порций. Камерные расходомеры часто суммируют расход напрямую на встроенный счетчик, но они также могут генерировать импульсный выход, который может быть прочитан на местном ЖКИ или передан в комнату управления. Так как каждый импульс представляет дискретный объем жидкости, они хорошо подходят для автоматического дозирования и учета. Снижение точности камерных расходомеров связано с просачиванием через внутреннюю изолированную поверхность. Три основных типа таких расходомеров: поршневые счетчики, счетчики с овальными шестернями и дисковые счетчики.

Достоинства камерного метода измерения расхода

1. Невысокая стоимость. Простота метода измерения определяет невысокую себестоимость камерных расходомеров.

2. Возможность измерения малых расходов.

Недостатки камерного метода измерения расхода

1. Наличие движущихся частей. Износ движущихся механизмов приводит к снижению точности измерений или к возможному выходу из строя расходомера.

2. Сложность ремонта. Обычно ремонт камерных расходомеров возможен только в заводских условиях.