Приборы для измерения расхода вещества

Расход вещества и методы его измерения.Количество вещества, переме­щаемое в единицу времени по трубопроводу или каналу, называется расходом вещества. Расход вещества выражают в единицах измерения объема или массы. Наиболее распространенные единицы измерения объемного расхо­да — м³/с, м³/ч, а для массового расхода — кг/с, кг/ч, т/ч. Для перевода объемных единиц измерения расхода в массовые и обратно используют формулу

G= Vr

где G — массовый расход вещества, кг/с; V — объемный расход вещества, м³/с; r — плотность вещества, кг/м³.

К приборам, измеряющим суммарное количество вещества, прошедшее за известный промежуток времени, относятся счетчики. С их помощью фик­сируются показания прибора в начале и конце периода измерения и по раз­ности определяют общее количество жидкости, газа или пара за какой-то период работы.

Приборы, измеряющие или записывающие мгновенное значение из­меряемого количества, отнесенное к единице времени, называются расходо­мерами. В ряде случаев расходомер снабжается суммирующим счетным механизмом (интегратором).

Для определения количества и расхода жидкости, газа или пара обыч­но применяют скоростной, объемный и дроссельный методы измерений. Скоростным и объемным методами определяют количество жидкости, газа и пара, а дроссельным — их расход.

Дроссельные расходомеры. Дроссельный метод измерения основан на использовании изменения статического давления среды, проходящей через искусственно суженное сечение трубопровода. Дроссельный расходомер со­стоит из сужающего устройства, устанавливаемого в трубопроводе в целях местного сжатия струи (первичный прибор), дифференциального манометра, предназначенного для измерения разности статических давлений протекаю­щей среды до и после сужающего устройства (вторичный прибор), и соеди­нительных линий — двух трубок, связывающих между собой первичный и вторичный приборы.

Сужающее устройство (диафрагма) имеет круглое отверстие, располо­женное концентрично относительно стенок трубы, диаметр d которого мень­ше внутреннего диаметра D трубопровода.

Рис. 1.17. Характер потока в трубопроводе до и после сужающего устройства в виде диафрагмы:

D, d — диаметр трубопровода и сужающего устройства; F₀, F₁, F₂ — площади сечений соот­ветственно трубопровода, сужающего устройства, максимально сжатого участка на схеме; v₁, v₂ — скорости потока в трубопроводе и максимально сжатом участке; —► — направление потока среды

При прохождении потока через сужающее устройство происходит изменение потенциальной энергии вещества, часть которой вследствие сжатия струи и соответствующего увеличения скорости по­тока преобразуется в кинетическую энергию. Из­менение потенциальной энергии приводит к появ­лению разности статических давлений (перепад давления), которая определяется при помощи диф­ференциального манометра. По измеренному пере­паду давления может быть определена кинетиче­ская энергия потока при дросселировании, а по ней — средняя скорость и расход вещества.

На схеме установки диафрагмы в трубопроводе тонкими линиями по­казан характер потока до и после сужающего устройства (рис. 1.17).

По способу отбора статического давления к дифференциальному мано­метру стандартные измерительные диафрагмы подразделяют на камерные (I) и бескамерные (II) (рис. 1.18). В камерной диафрагме импульсы давления к дифференциальному манометру передаются через две кольцевые уравнитель­ные камеры, позволяющие усреднить давление по окружности трубопровода и обеспечивающие более точное измерение перепада давления в камере.

Для установки диафрагм необходимо соблюдение определенных требо­ваний. Тщательно проводить центровку отверстия сужающего устройства относительно оси трубы. Не допускать наличия на внутренней поверхности трубопровода перед сужающим устройством больших неровностей (уступов, сварных швов, выступающих внутрь уплотнительных прокладок и др.). До и после сужающего устройства необходимо иметь прямые «успокоительные» участки трубопровода постоянного диаметра, так как разные местные сопро­тивления (колена, угольники, вентили, задвижки и др.) приводят к иска­жению профиля скоростей потока по сечению и увеличению погрешности измерения.

Наименьшие относительные (кратные по отношению к диаметру тру­бопровода D числа) длины прямых участков перед сужающим устройством (l₁) и после него (1₂) зависят от модуля диафрагмы т=d²/D² и характера местных сопротивлений и составляют:

· для участков до диафрагмы l₁/D = 10... 80;

· для участков после диафрагмы l₂/D = 4...8.

Рис. 1.18. Камерная (I) и бескамерная (II) стандартные измерительные диафрагмы:

D, d — диаметр трубопровода и сужающего устройства; f — угол скоса; «+», «-» — импульс давления соответственно до и после диафрагмы;

—► — направление потока

При правильно установленных диафрагмах основная погрешность из­мерения не превышает ±0,5... 1 %.

Объемные счетчики для газа. Для измерения объема горючего газа ис­пользуются объемные ротационные счетчики. Ротационный счетчик содержит измерительную камеру 1 (рис. 1.19, а), в которой размещены две широкие вращающиеся в разные стороны лопасти 2 и 3 восьмеричной формы.

Действие ротационного счетчика основано на вытеснении определенных объемов газа, заключенных между стенками измерительной камеры и ло­пастями, при вращении последних под влиянием разности давлений газа до счетчика и после него. Величина зазоров между шестернями и стенками измерительной камеры не превышает 0,03...
0,06 мм, вследствие чего по­грешность измерения из-за перетекания газа через них невелика.

В приборе РС-100М роликовый счетный механизм 4 (рис. 1.19, б) связан с одной из лопастей при помощи магнитной муфты или непосредственно с выходной осью, пропущенной через сальниковое уплотнение. Для контроля за степенью засоренности счетчика в него встроен водяной двухтрубный диф­ференциальный манометр 5, измеряющий перепад давления в приборе.

Ротационные счетчики устанавливают на вертикальных участках га­зопровода с нисходящим потоком газа. Входной патрубок счетчика снабжен сетчатым фильтром для очистки газа от механических примесей.

Ротационные счетчики типа PC выпускаются на номинальный расход газа 40... 1 000 м³/ч. Сопротивление счетчиков при номинальном расходе газа составляет 300 Па (30 мм вод. ст.).

Рис. 1.19. Ротационный счетчик:

a - схема; б - счетчик РС-100М; 1 - измерительная камера; 2,3- лопасти;

4 - счетный механизм; 5 — дифференциальный манометр; ---► — направление потока среды; —► направление вращения лопастей

Турбинные (скоростные) счетчики.Тахометрический турбинный газовый счетчик (рис. 1.20) состоит из чугунного корпуса 1 с фланцами для присо­единения к трубопроводу, турбины 2, счетчика 3, обтекателей 5, располо­женных с обеих сторон турбины. Лопатки турбины размещены в кольцевом зазоре между гильзой 7 и обтекателями 5 и имеют наклон примерно 45°. Спереди и сзади турбины установлены неподвижные направляющие лопат­ки 6, выравнивающие поток газа. Турбина связана посредством червячной передачи 4 со счетчиком 3. Частота вращения турбины пропорциональна скорости течения газа, а следовательно, и его расходу.

Рис. 1.20. Турбинный (тахометрический) гиоаый сметчик:

1 — корпус; 2 — турбина; 3 — счетчик;

4 — червячная передача; 5 — обтекатель;

6 — непо­движная направляющая лопатка;

7 — гильза; —► — направление потока среды