Измерение расхода технологического газа
Проблемы измерений: - большие диаметры трубопроводов от 700 до 1400 мм;
- несмотря на хорошую очитку газ всё равно содержит примеси.
Для замера расхода технологического газа устраивают специальные замерные узлы, устанавливаемые между объединениями. Поток газа разбивают на несколько параллельных веток с трубопроводами меньшего диаметра, для которого можно подобрать диафрагму – рис.1.
Необходимо помнить, что замерный узел определяет коммерческий расход газа.
Причины по которым нельзя перевести коммерческий расход газа в технический:
- замерные узлы находятся на больших расстояниях от КС, поэтому изменение работы нагнетателей
окажет воздействие на замерный узел через какое-то время;
- между КС и замерным узлом могут быть перемычки на газопроводе;
- наличие свищей в газопроводе, нерегулируемых отборов потребителей – трудно учитывать;
- есть ряд нагнетателей, работающих в параллели.
Таким образом возникает проблема определения расхода через нагнетатель. Её решают в основном двумя способами:
1. Измерение расхода газа по перепаду давления на входном конфузоре нагнетателя:
Расход определяется из зависимости: G ~
2. Использование интегрирующих трубок.
Расход определяется по перепаду: ΔP= P*- PСТ ; G ~
Основное достоинства – конструктивная простота, они менее чувствительны к абразивным воздействиям. В отличии от диафрагм, интегрирующие трубки не требуют длинных прямых участков перед установкой.
Измерение больших объёмных расходов
К таким измерениям относят: - расход технологического газа;
- расход циклового воздуха;
- расход выхлопных газов.
Методы измерения расхода выхлопных газов:
Интегрирование поля скоростей:
Gi = pi ci Fi ; GСУММ = ∑Gi.
Недостатки:
- поле скоростей нужно измерять в большом количестве точек;
- для определения р необходимо мерить в этих точках t и P;
- из-за сложности промера поля скоростей точность не высока (погрешность около 20%);
- для повышения точности необходимо проводить составление материального баланса, учитывать
утечки и добавки расхода рабочего тела, учитывать энергетический баланс.
Из переменных режимов известно ур-е Стодолы-Флюгеля (соблюдается только при дозвуковом течении):
G
~
Измерение температуры рабочих тел и деталей гту
Знание температуры рабочих тел необходимо для следующих целей :
- для контроля газодинамических процессов;
- для контроль над термонапряженным состоянием деталей, тепловым расширением и прочностью.
- для оценки тепловых потоков, оценки взаимных перемещений деталей.
- для оценки режимов работы, знания дефектов и др. эксплуатационных проблем.
В ГТУ имеется очень широкий диапазон температур для измерения :
- низший уровень: температура воздуха и транспортируемого газа;
- высший уровень: температура факела в камере сгорания.
Для всего этого нужны различные средства измерения. В зависимости от характера исследования и целей исследования могут применяться разные средства. Для определения полей температур газов можно использовать тепловые зонды, а для измерения полей температур деталей ГТУ – тепловизор.
Во многих случаях требуется измерять не всю температуру, а только максимальные и минимальные её значения. В ГТУ для определения максимальной температуры используются температурные свидетели, которые представляют собой плавкие вставки с определённой температурой плавления, которые вставляются в отверстия (гнезда). Свидетели выполняются либо в виде стержней или трубочек.
Тепловизоры применяются для определения поле температур твёрдых тел в тех ситуациях, когда не требуется высокая точность. Можно ожидать, что в этом поле температур будут большие неравномерности. Тепловизоры основаны на восприятии инфракрасного излучения нагретых тел и преобразовании его в видимые значения на экран тепловизора. При применении тепловизора можно получить температурное поле целиком.
Недостатки тепловизоров:
- невысокая точность;
- необходимо размещать приёмник инфракрасных излучений при низких температурах для подавления
собственного теплового излучения, обычно его размещают в жидкий азот (t= -170OC);
- очень высокая стоимость (10 -100 тыс.$).
В основном измерение температуры производится:
- термопарами;
- термометрами сопротивления;
- жидкостными термометрами.
С помощью термопар (рис.1) можно мерить практически любые температуры. Широко используются следующие типы термопар :
1. Хромель – копелевая термопара (ТХК) :
Хромель – сплав: Ni – 90% , Cr – 10%. Копель сплав: Cu – 56% , Ni – 44%.
ТХК измеряют температуру до 400ОС.
ТермоЭДС (ТЭДС) ТХК – 0.07 мВ/ОС.
Стандартная термопара имеет практически линейную шкалу, имеет ТЭДС равную 0 при t = 0ОС.
Холодный спай должен находиться при температуре 0ОС.
С помощью мостовых схем (электрических мостов) сопоставляется измеряемая ЭДС с ЭДС прецензионного источника напряжения и компенсируются токи внутри моста. В связи с тем, что термопара включается в мостовую схему нужно обеспечить её минимальное сопротивление, для уменьшения сопротивления при неизменных диаметрах электродов в цепь включают компенсационные провода, которые имеют большое сечение и малое удельное сопротивление. Компенсационные провода должны вырабатывать близкую ЭДС, как и сама термопара для исключения погрешностей связанных с неодинаковой температурой точек контакта термоэлектродов компенсационных проводов.
В последнее время вместо мостовых схем стали использовать цифровые вольтметры. Это позволяет увеличить точность измерения до мкВ и обойтись компенсационных проводов, т.к. у них высокое сопротивление входных контуров, и токи проходящие через термопару очень малы.
В наше время применяются аналогово – цифровые преобразователи.
2. Хромель – алюмелевая термопара (ТХА) :
Алюмель – сплав Ni – 95%, Al, Si, Mn – 5%.
ТХА измеряют температуру до 800ОС. ТЕДС ТХА – 0.04 мВ/ОС.
3. Термопары на основе платины :
1) Платина – платино–радий (ТПП) : - платино-радий – сплав платина – 60%, радий – 40%;
- ТПП применяется до 1000 ОС;
- ТЭДС ТПП – 0.006мВ/ ОС.
2)Платино-радий – платино-радий (ТПР) : - платина(94%)–радий(6%) – платина(70%)–радий(30%);
- ТПР применяется до 1800 ОС;
- ТЭДС ТПР 0,003мВ/ ОС.
4. Термопара вольфрам – молибден - применяется до 2000 ОС.
5. Термопара вольфрам – рений - применяется до 2600 ОС.
Для температур ниже 400 ОС применяют термометры сопротивления. Они основаны на зависимости удельного сопротивления материала от температуры.
Типы термометров сопротивления:
- платиновые : t = -120 ОС до 500 ОС.
- медные : t = -50 ОС до 100 ОС.
Применение термопар и термометров сопротивления обеспечивают возможность автоматизации сбора и обработки информации о температурах.
Дилатометрические термометры или термометры расширения. Они бывают жидкостные и газовые. В исследовательской практике применяют обычно жидкостные термометры.
Ртутные термометры : - термометры ТЛ – 4 – цена давления 0.1 оС ;
- термометры ТЛ – 6 – цена давления 0.5 оС.
Термометры ТЛ – 4 выпускаются на диапазоны : -30 ОС…+20 ОС ;
0 ОС …+50 ОС ;
+50 ОС…+100 ОС ;
+300 ОС…+350 ОС .
Достоинства:
- простота использования;
- непосредственный отсчет результата измерения;
- высокая точность, которая может быть повышена специальной градуировкой.
Недостатки:
1. Термометр практически никогда не может быт размещен в измеряемой среде.(их обычно размещают в гильзах или в карманах (рис.2), что приводит к появлению методологических погрешностей). Термические сопротивления стенки гильзы и зазоры приводят к методологическим погрешностям. Для уменьшения термического сопротивления зазора, его засыпают медными опилками или маслом, или сам термометр обматывают в фольгу. Перетекание теплоты по корпусу кармана происходит из-за разницы температур. Для устранения этого нужно минимизировать размеры выступающей части кармана или теплоизолировать. Если температура измеряемо и окружающей сред сильно различны, то нужно вносить поправку.
2. Необходимо выполнять отсчет при определённом положении глаза наблюдателя.
3. Требуется хорошее освещение места наблюдения.
4. Термометры очень хрупкие и их детали могут ломаться под действием вибрации.
5. Наличие ртути как опасного вещества.
6. Термометры весьма громоздкие (ТЛ-4 диаметр – 11мм. длина – 500мм.).
