Проектирование и эксплуатация насосных и компрессорных станций

Рис. 2.41. Схема турбинного расходомера:

1— корпус; 2 — передние опоры; 3 — задние опоры; 4 — турбина; 5 — обмот­ ка датчика; 6 — сердечник (постоянный магнит); 7 — индуктивный датчик

смонтирован зубчатый диск из ферромагнитного материала. В го­ ловке счетчика укреплены постоянный магнит 7 и катушка индук­ тивности 5 с сердечником 6. При прохождении зубцов диска вбли­ зи катушки в ней происходит изменение поля, создающего им­ пульс в соединительной линии с прибором. Максимальная частота импульсов при максимальном расходе составляет 1000 Гц, ампли­ тудное значение напряжения при минимальном расходе — 20 мВ. Номенклатура и размеры счетчиков "Турбоквант" приведены в табл. 2.6.

Счетчики "Турбоквант" в диапазоне измерения расходов име­ ют следующие характеристики: погрешность — 0,5 %; повторяе­ мость — 0,1 %; температура окружающей среды — от —50 до +150 °С. Подшипники счетчиков могут быть изготовлены из теф­ лона, стеллита, вольфрамкарбида, бронзы. Допускаемая кратков­ ременная перегрузка не превышает 125 % от номинального расхода.

Применяемые счетчики фирмы "Смит Митер" показаны на рис. 2.42 и рис. 2.43.

Счетчики группы а предназначены для станций налива неф­ тепродуктов в автоцистерны. При перекачке нефтепродуктов ис­ пользуют опорные шарикоподшипники при установке на горизон-

121

где Q — расход;

— коэффициент отношения средней скорости к местной скорости;

им — скорость в месте установки;

F — внутренняя площадь поперечного сечения трубы. Величина остается постоянной во всем диапазоне скоро­

стей турбулентного режима. Принцип действия погружных счет­ чиков аналогичен турбинным. Естественно, что погрешность из­ мерения несколько увеличивается. Преимуществами погружных счетчиков являются низкая стоимость, а также малое сопротивле­ ние, создаваемое в потоке. Конструкция погружных счетчиков по­ зволяет устанавливать и демонтировать их без остановки трубо­ провода и снижения давления в нем. По сравнению с объемными турбинные счетчики имеют меньшие габаритные размеры и мас­ су, более долговечны в эксплуатации, имеют большую пропуск­ ную способность. Однако наличие вращающегося тела, помещен­ ного в поток, приводит к износу опор, а также к большим гидрав­ лическим потерям. Поэтому в настоящее время активно ведутся разработки новых типов счетчиков без подвижных частей.

В вихревых счетчиках используется эффект возникновения вихревых колебаний в движущемся потоке. В поток помещают ус­ тановленное в корпусе датчика неподвижное тело плохообтекае­ мой формы (пластина, цилиндр). За этим телом происходит перио­ дический срыв вихрей (рис. 2.44, а). Частота генерирования вихря при однородных потоках пропорциональна только скорости пото­ ка. Линейный эффект существует в потоках, в которых число Рей­ нольдса превышает 10000. В этом случае частота образования вих­ рей /определяется формулой

(2.29)

где %— постоянная Струхаля;

d — лобовая поверхность тела возмущения;

о— скорость потока.

Вкачестве чувствительных элементов, воспринимающих вих­ ревые колебания, можно использовать терморезисторы, представ­ ляющие тонкий провод, намотанный на теплоизолирующее осно­ вание. От воздействия внешней среды элемент защищают метал-

124

на рис. 2.44, в. В последнем случае преобразователь реагирует на изменение температуры с одной или другой стороны датчика, в за­ висимости от возникновения вихря. На рис. 2.44, г датчики уста­ новлены в вихревой дорожке. Если в тело, образующее вихри, ус­ тановить магнит, он может служить датчиком (рис 2.44, д). Реак­ ция, возникающая при срыве вихрей, заставляет помещенный в поток цилиндр 3 колебаться с частотой вихреобразования. Весь цилиндр или его часть изготавливают из ферромагнитного мате­ риала. На корпусе прибора устанавливают индуктивный датчик 2, импеданс которого меняется при приближении к нему ферромаг­ нитного диска.

Из-за ограничений по минимальному значению числа Рей­ нольдса вихревые счетчики не могут быть использованы при малых диаметрах трубопроводов, при применении на больших диаметрах возникают сложности в связи с очень низкой частотой срыва вихрей (меньше 1 Гц). Поэтому вихревые счетчики обычно изготавливают диаметром 50—150 мм.

Представляют интерес методы, в которых отсутствует тело, помещенное в поток.

Ультразвуковые методы основаны на изменении скорости распространения ультразвуковой волны в жидкости при наличии потока (рис. 2.45). При распространении волны по направлению потока скорость возрастает, а против потока — уменьшается. Эффект этот проявляется в изменении времени распространения ультразвука от излучателя Б к приемнику А в том случае, если уль­ тразвуковая волна распространяется в жидкости под некоторым углом к оси трубопровода. Счетчики, основанные на использова­ нии ультразвуковых методов, разделяют на типы в зависимости от схемы измерения. Приборы, измеряющие скорость распрост­ ранения ультразвука только в одном направлении, называются одноканальными, а в двух направлениях — двухканальными. Время прохождения расстояния между излучателем и приемни­ ком по направлению потока т, и против потока т2 определяется формулами

где L — длина пути между излучателями; с — скорость ультразвука в среде; о — скорость потока.

126

Для повышения точности используют схему, по которой изме­

Датчики ультразвуковых счетчиков представляют собой пье­ зоэлектрические керамические диски, покрытые титаном, эпок­ сидной смолой или тефлоном. Их устанавливают в стенке трубо­ провода таким образом, чтобы нижний край датчика совпадал с внутренней поверхностью трубопровода, при этом отсутствуют какие-либо дополнительные сопротивления, влияющие на поток жидкости. Рабочая частота ультразвуковых колебаний обычно 1 — 2 МГц. Вследствие асимметрии геометрических размеров аку­ стических каналов одноканальные датчики осуществляют измере­ ние с большей погрешностью, чем двухканальные. При примене­ нии ультразвуковых счетчиков следует считаться с нестабильно­ стью скорости ультразвука, вызываемой изменениями температу­ ры, концентрации, давления измеряемой среды и различием скоростей в различных нефтях (табл. 2.7).

127

При учете поправок на изменение скорости ультразвука в из­ меряемой среде ультразвуковые счетчики могут измерять с пре­ дельной погрешностью порядка 0,3 %.

Кроме рассмотренных четырех основных типов счетчиков, промышленное развитие получили электромагнитные счетчики. Эти счетчики измеряют электродвижущую силу, индуцируемую в потоке, пересекающем магнитное поле.

Поскольку электродвижущая сила возникает в движущемся в магнитном поле проводнике, этот метод применим только для электропроводных жидкостей. Для нефтей и нефтепродуктов, об­ ладающих очень слабой электропроводностью, электромагнитные счетчики непригодны.

В калориметрических счетчиках в поток помещают тонкие чувствительные элементы диаметром 5 мкм. Охлаждение чувстви­ тельного элемента зависит от скорости потока. В опытных образ­ цах достигнута погрешность измерения порядка 1,5 —2 %. Работа счетчиков с использованием луча лазера аналогична ультразвуко­ вым счетчикам и основана на изменении скорости луча в потоке — эффекте Допплера.

Основной метрологический характеристикой счетчика явля­ ется коэффициент пропорциональности к, определяющий зависи­ мость количества жидкости, прошедшей через счетчик, от частоты вращения ротора (для объемных и турбинных счетчиков) или от частоты возникновения вихрей для вихревых счетчиков. Значение коэффициента соответствует числу импульсов на единицу объема

128

жидкости и называется фактором счетчика. Из-за ряда причин значение фактора не остается постоянным во всем диапазоне рас­ ходов, измеряемых счетчиком. Сказываются влияние трения в подшипниках, неточности изготовления, изменение структуры потока и т. п. У турбинных счетчиков в идеальном случае частота вращения ротора линейно связана со скоростью потока. В реаль­ ных условиях вследствие неравномерности потока, дисбаланса ро­ тора, сжимаемости среды действительная частота вращения будет отличаться от расчетной. Эти отличия определяют существование погрешности, особенно сказывающейся при малых значениях измеряемых расходов (рис. 2.46). При использовании счетчиков регламентируется нижнее значение расхода, при котором обеспе­ чивается измерение с гарантированной погрешностью. Другой характеристикой счетчика является номинальный расход — наибольший длительный расход, при котором погрешность пока­ заний не выходит из установленных норм, а потери напора не со­ здают в счетчике усилий, способствующих быстрому износу тру­ щихся частей. Номинальный расход турбинных счетчиков Qc в зависимости от относительной плотности р можно определить по графику, представленному на рис. 2.47.

и,%

Рис. 2.46. Зависимость частоты вращения ротора турбинного счетчика от скорости жидкости о:

1 — теоретическая зависимость; 2, 3 — кривые соответственно при малой и повышенной вязкостях

129

Ведишшм пщиежвамвое нзмереший далянпваепппЕ крагтжовремЕиный ((ше ©гшеа И ^ р&сжод,, шщш котором ш ш реш нооь показаний и на-

цдауушд тдзр йушиуриаг двыпстцлуитг з а иидм^рлид,, угчямпилмчшщар ДОКН-

випдЙгтвдутг.чдяуетцита. В-Дадйв^у <г У1имгрештн1им:;¥мргг т_ е. аиДШИнаамЕдимог-

кнмш ои^ш икаэавш ш отдиш еиш ш характерю зш кш вом эем зста-

шяшввшвтдаоапжэшюизмеряемых расходов Q„доп етепивин» раз-

ДППШШГ 1Ш8ШШВфЙВеМ18В01Ь, X . ©.. гапетпдитядтиуго шимг|МЧ1нн1И1тгчт. Ж ЛМ ЕреннЯ

в фдойвй<шред$йам№таойздравию ОТ1кяялиброюаншж'нютшиь.Иовиорпе-

йв®ОБ, jfc у (СееягаИКЙЯЮ зтддч11ипгеьж1ындп1 вдешьше тттагдимпппяим'тпиг

((рис. TL/Щ.. ДТКигрстдшашьишовтораемостошдртдолшотоиш^^

тяниtrywiwaqpimrojng тимвагаампипт те» увядзит^дд* mwMimiinmtд.

С юсяюшешшем шяшшстш сушщесдаеядвш ццарушаепоЕ эдпгара ско- р©сл®й шэтгаятшю с^жшивех. И з-за разлигаиш урсшгаети шзавшвмт нэ-

ВМДВШШК ЮВЗИВЙСИИ, Д О Я <гчв"1гчияпипяв la g m i^ i ятягяидвь

ри®Щйягшрвдефзшг шяазяишгаа рай&шей:тацдокисга&, в которых сипжратш-

Ш )