Использование местных сопротивлений трубопроводов и парциальных устройств для измерения расхода.

Иногда, если не требуется высокая точность измерения, применения общепромышленных расходомеров технически и экономически нецелесообразно. В этих случаях может быть использован перепад давления, образующийся при протекании жидкости или газа через местное сопротивление, а так же парциальный метод.

Наиболее изученными местными сопротивлениями являются центробежные преобразователи расхода - закругленные участки трубопровода, например колено, создающие перепад давления на внешнем и внутреннем радиусах закругления в результате действия центробежных сил в потоке. Центробежный преобразователь расхода вместе с дифференциальным манометром, измеряющим создаваемый перепад давления, образует центробежный расходомер. Преимущество такого расходомера состоит в том, что не требуется вводить в трубопровод какие-либо дополнительные устройства. В качестве местного сопротивления для измерения расхода может быть также использован конический переход (конфузор), который можно рассматривать как входную часть трубы Вентури. Парциальными называются расходомеры, в которых производится измерение определённой доли расхода основного потока. Измерительное устройство устанавливают в ответвлении основного трубопровода (в шунте). Жидкость или газ движется в шунте благодаря перепаду давления, создаваемому сужающим устройством или местным сопротивлением в основном трубопроводе. В качестве парциальных расходомеров могут быть использованы расходомеры переменного перепада давления, обтекания, электромагнитные. При измерении расхода парциальным методом соотношение между расходами в основном трубопроводе и в шунте должно быть постоянным на всём диапазоне измерения. В некоторых типах парциальных расходомеров, например в расходомерах, с ротаметром на шунте, допускается непостоянство соотношения расходов, в этом случае необходимо вводить нелинейную градуировочную шкалу расходомера на шунте.

Описанные в настоящем разделе устройства требуют индивидуальной градуировки вместе с прилегающими участками трубы.

3. Тахометрические расходомеры и счетчики количества жидкостей

Счетчики жидкостей турбинные

Принцип действия турбинных счетчиков основан на измерении числа оборотов крыльчатки (турбинки), которая вращается со скоростью, пропорциональной расходу жидкости, протекающей в трубопроводе. Счетчики обычно именуются по роду контролируемой жидкости (например, водомеры). По конструктивному исполнению их подразделяют на две основные группы: крыльчатые (с тангенциальным подводом потока), в которых ось вращения крыльчатки перпендикулярна направлению движения воды, и турбинные (с аксиальным подводом потока), у которых ось вращения параллельна направлению движения потока воды. Первые применяются для измерения малых, вторые - больших расходов.

Крыльчатые и турбинные водосчетчики состоят из одинаковых по назначению узлов и имеют идентичную кинематическую схему. Вращение оси крыльчатки (турбинки) через редуктор и магнитную муфту передается счетному механизму, по показаниям которого определяют количество воды, прошедшей через прибор. Счетчики характеризуются величиной расхода жидкости. Под минимальным расходом понимается расход, при котором счетчик работает с погрешностью ±5% и ниже которого погрешность не нормируется. Переходный расход - это расход, при котором счетчик работает с погрешностью ±2%, а ниже- с погрешностью ±5%. При эксплуатационном расходе счетчик может работать круглосуточно. Под номинальным понимается расход, равный половине максимального. При расходе, равном максимальному, счетчик должен работать в сутки не более 1 ч.

Крыльчатые водомеры. Давление воды до 1 МПа, потеря давления при максимальном расходе до 0,01 МПа. Счетчики типа ВСКМ и УВКГ - 32 используют в системах коммунальных и промышленных водопроводов. Счетчики ВСКМ устанавливают на трубопроводах с температурой воды от 5 до 40 0С, счетчик УВКГ - 32 - на теплотрассах с температурой воды до 90 ⁰С.

Конструктивно счетчики ВСКМ состоят из корпуса с фильтром, измерительной камеры и счетного механизма. В корпусе, изготовленном из чугуна, находится винт для регулирования погрешности измерения пропуском части потока воды в обход измерительной камеры, разность погрешности измерения при крайних положениях регулятора составляет 6%. Фильтр может быть снят для очистки без демонтажа счетчика.

Поток воды, пройдя фильтр, попадает в нижнюю часть измерительной камеры, где через косые тангенциально направленные отверстия проходит внутрь камеры и приводит во вращение крыльчатку с закрепленной на ней ведущей магнитной муфтой. Число оборотов крыльчатки пропорционально количеству прошедшей через счетчик воды. После зоны вращения крыльчатки вода по винтовой траектории попадает в верхнюю часть измерительной камеры и через отверстие поступает в выходной патрубок. Через разделительный стакан, изготовленный из немагнитного материала (латуни), вращение ведущей части магнитной муфты передается ее ведомой части. Последняя связана с масштабирующим редуктором и отсчетным устройством. Масштабирующий редуктор обеспечивает соответствие между показаниями отсчетного устройства и числом оборотов крыльчатки. Кроме отсчетного устройства роликового типа имеются стрелочные указатели для определения долей кубического метра (литров). Конструкция магнитной муфты способствует тому, что имеющиеся в воде ферромагнитные частицы (окалина) не прилипают к магнитам и выносятся из зоны их расположения. Редуктор счетного механизма и отсчетное устройство помещены в вакуумированный стакан, закрытый стеклом. Кроме описанных выше, в промышленности применяются водосчетчики: ДВ-40, ВТ, ВТГ, СТВ, СТВГ, ВД-180, СТВГ-Д, СДВ-80.

Расходомеры жидкостей шариковые

Шариковыми называются тахометрические расходомеры, чувствительным элементом которых является шарик, непрерывно движущийся в одной плоскости по внутренней поверхности трубы под воздействием предварительно закрученного потока. Структурная схема расходомера включает первичный преобразователь расхода и измерительный (вторичный) прибор. Первичные преобразователи состоят из шарикового преобразователя расхода и нормирующего преобразователя. Шариковые расходомеры нечувствительны к твердым включениям в измеряемой среде, а также к вибрации и ударным нагрузкам в широком диапазоне, они отличаются простотой конструкции и позволяют измерять расход пульсирующих потоков с амплитудой пульсации, меняющейся от нуля до максимального значения расхода.

Рис.8. Схема работы шарикового расходомера

Преобразователь расхода I типа ШИР (рис. 8) состоит из цилиндрического корпуса 1, выполненного из немагнитного материала, с двумя расположенными в одной плоскости и противоположно направленными тангенциальными патрубками 2 и 6. Внутри корпуса между ограничительными кольцами 4, закрепленными на ступице 3, находится шар 5, выполненный из резины с металлическим наполнителем. Поток измеряемой среды, попадая в рабочую камеру через входной патрубок, приводит шар во вращательное движение. Частота вращения шара, пропорциональная расходу измеряемой среды, фиксируется бесконтактным передающим преобразователем 7 дифференциально-трансформаторного типа, который устанавливается снаружи корпуса в зоне вращения шара. Преобразователь состоит из двух обмоток, на одну из которых подается питание от генератора периодических колебаний 8. Каждый проход шара, обладающего ферромагнитными свойствами, под передающим преобразователем моделирует по амплитуде колебания несущей частоты, которые со второй обмотки подаются на усилитель 9 нормирующего преобразователя 11.

Нормирующий преобразователь обеспечивает осреднение и усиление импульсов стабильной длительности и амплитуды, следующих с частотой, пропорциональной частоте вращения шара. В операционном усилителе 9 отфильтровывается несущая частота и происходит усиление полезного сигнала, который затем поступает в формирователь 10 и ждущий мультивибратор 11, где формируется прямоугольные импульсы стабильной длительности. Формирователь амплитуды 12 производит нормирование импульсов по амплитуде, с помощью фильтра 15 выделяется постоянная составляющая последовательности импульсов, а генератор тока 16 при отсутствии получения нулевого сигнала в измерительном канале предусмотрена специальная схема фиксации последовательности импульсов 14. Питание элементов схемы нормирующего преобразователя осуществляется от специального блока питания 13, размещенного в корпусе прибора.

Промышленные шариковые расходомеры бывают типа ШРТ, "Сатурн", ДРШС, и др..