книги из ГПНТБ / Овчаренко, В. М. Основы автоматизации производства и контрольно-измерительные приборы учебник

110

Наряду с расходомерами общеиромышленного типа, которые в зависимости от метода измерения делятся на расходомеры перемен­ ного перепада давления и расходомеры постоянного перепада давле­ ния, в бурении широко применяются специальные, более сложные по конструкции с электрическим методом измерения приборы. В за­ висимости от условий применения специальных приборов они могут быть разделены на две основные группы: поверхностные и скважин­ ные.

Поверхностные расходомеры предназначены для измерения рас­ хода промывочной жидкости, закачиваемой в скважину. Из этой группы приборов рассматриваются электрический расходомер ЭРМ-5 и электромагнитный расходомер ЭМР-2, технические данные которых приведены в табл. 13.

Скважинные расходомеры предназначены для исследования погло­ щающих горизонтов разведочных и эксплуатационных скважин. К ним относятся: скважинный расходомер ДАУ-ЗМ и тахометрические скважинные расходомеры ТСР-34/70Э, РСТ-ЗСТУ, техниче­ ские данные которых приведены в табл. 14. Из этой группы приборов рассматривается расходомер ДАУ-ЗМ.

§1. СЧЕТЧИКИ

Взависимости от того, какой принцип замера количества вещества заложен в основу прибора, различают счетчики скоростные, объем­

ные и весовые.

Рис. 61. Счетчик со спи­ ральной вертушкой:

1 — корпус; г — вертушка; з — регулирующее устройство струевыпрямителя; 4 — струевыпрямитель; 5 — редуктор; s — счетчик

111

Принцип действия скоростного счетчика основан на зависимости скорости вращения вертушки от скорости протекания измеряемого вещества.

На рис. 61 показан счетчик со спиральной вертушкой. Дви­ жущийся поток струевыпрямителем 4 направляется в кольцевое пространство, где попадает на винтообразные лопасти вертушки и сообщает им вращательное

ном корпусе, отделенном от трубопровода герме­ тичной перегородкой. Шкала счетного механизма отградуирована в литрах или кубических метрах.

По форме вертушки эти счетчики бывают типа ВК — с крыльчатой вертушкой и типа ВВ — со спиральной вертушкой.

Размер или калибр счетчика определяется диаметром входного отверстия.

Калибры счетчиков типа ВК — от 10 до 40 мм, а типа ВВ — от 30 до 100 мм и более. Пропускная

Вобъемных счетчиках измеряемое вещество попеременно заполняет и опоражнивает емкость определенного объема.

Взависимости от конструкции рабочего ор­ гана объемные счетчики делятся на: поршне­ вые, дисковые, с овальными шестернями и др.

На рис. 62 показан счетчик с овальными ше­ стернями типа СВШ. Вращение шестерен проис­ ходит за счет потока жидкости, поступающей через входной патрубок. В процессе вращения шестерни поочередно отсекают, а затем выталки­ вают объемы, заключенные между соответству­ ющей шестерней и внутренней стенкой корпуса,

и шкалой, отградуированной в объемных единицах.

Объемные счетчики производят измерения с высокой точностью (класс точности 0,5).

112

§ 2. АНЕМОМЕТРЫ

Состав атмосферы в горных выработках непрерывно меняется из-за выделений газов из трещин пород, окислительных процессов, в результате проведения взрывных работ и других причин. При этом концентрация ядовитых веществ может достигнуть предельных значений. Поэтому для создания благоприятных условий труда рабочим осуществляют естественную или чаще принудительную вентиляцию горных выработок.

Контроль за производительностью вентиляторов и распределе­ нием воздуха по горным выработкам производят путем замера скоростей движения воздуха в соответствующих каналах или выра­

(МС-13). Крыльчатый анемометр (рис. 63, а) предназначен для изме­ рения средних скоростей потока воздуха в пределах от 0,3 до 5 м/с. Ветроприемником анемометра служит легкая крыльчатая турбинка, через втулку которой свободно пропущена ось из натянутой струны.

На конце втулки закреплен червяк, передающий вращение от турбинки к зубчатому редуктору счетного механизма. Счетный механизм имеет три стрелки, а циферблат соответственно три шкалы: единиц, сотен и тысяч.

Включение и выключение счетного механизма производится арретиром, к ушку которого прикреплен шнурок. Ручка корпуса прибора имеет форму трубки, что в случае необходимости позволяет устанавливать прибор на деревянном шесте.

Чашечный анемометр (рис. 63, б) отличается от крыльчатого конструкцией ветроприемника; у данного анемометра он имеет вид четырехчашечной вертушки. Ветроприемник такого вида обладает большей прочностью и меньшей центробежной силой, что позволяет замерять воздушные потоки со скоростью более 20 м/с.

В процессе измерений крыльчатый анемометр располагают так, чтобы ось турбинки была параллельна потоку, а ось чашечного анемометра с вертушкой — перпендикулярна.

Скорость движения потока в различных точках сечения выработки или канала неодинакова, что объясняется вихревыми движениями воздуха, вызванными шероховатостью стенок. Поэтому для получе­ ния средних значений скорости движения потока производят замеры

вопределенных точках сечения по одной из выбранных методик. При замере способом «по точкам» сечение выработки условно

разбивают на девять частей, в центре которых производится замер. Способ «обвода сечений» заключается в том, что замеряющий ста­ новится в середине выработки лицом к потоку или спиной к стенке выработки и, удерживая анемометр на вытянутой руке или шесте, перемещает его зигзагообразно по сечению, охватывая при этом всю площадь и производя 10—15 замеров.

Продолжительность одного замера 100—120 с. Время замера фиксируется секундомером.

Для получения более верных данных скорости движения воздуха

вгорных выработках замеры следует производить на прямых, незагроможденных участках выработки или специально оборудованных замерных станциях, имеющих по креплению сплошную обшивку тесом. Длина замерной станции 4—6 м.

Расход воздуха, доходящего до забоя, определяют измерением скорости воздуха в конце вентиляционных труб. Время одного изме­ рения 30 с. Количество измерений — 5—6 в различных точках сечения трубы.

Так как счетный механизм анемометра показывает число оборотов турбинки или вертушки, то пересчет на скорости движения потока

вм/с производится по графикам, которые прилагаются к приборам совместно с поверочным свидетельством.

Погрешность измерений крыльчатым анемометром 0,4%, ча­ шечным 1,5%.

§ 3. РАСХОДОМЕРЫ ПЕРЕМЕННОГО ПЕРЕПАДА ДАВЛЕНИЯ

Принцип действия этих расходомеров основан на замере пе­ репада давления, образующегося в месте сужения сечения трубо­ провода.

114

Сужение сечения трубопровода производят диафрагмами, соп­ лами или трубой Вентури, а перепад давления замеряют дифферен­ циальными манометрами (дифманометрами) различных конструкций.

В месте измерения давлений движущаяся по трубопроводу жидкость встречает устройство (рис. 64, а), создающее сужение по­ тока жидкости. Это вызывает увеличение его скорости, так как

Рис. 64. Измерение расхода с по­ мощью сужающего устройства:

количество протекающего вещества в различных участках трубо­ провода одинаково.

устройства, — меньшим.

В подтверждение сказанному, воспользуемся известным уравне­ нием энергии потока несжимаемой жидкости (уравнение Бернулли)

Основные виды сужающих устройств

Основными видами сужающих устройств являются: нормальная диафрагма, нормальное сопло, труба Вентури.

Н о р м а л ь н а я д и а ф р а г м а изготавливается из нержа­ веющей стали и имеет форму кольца (рис. 65, а). Со стороны входа

;

Рис. 65. Сужающее уст­ ройство:

а — нормальная диафрагма; 1 — кольцевые камеры, 2 — каналы , з — диафрагма; б—

вые камеры

струи отверстие кольца имеет прямой угол, а со стороны выхода ра­ сточено на конус под углом 45°.

Обработке поверхности диафрагмы, соблюдению углов у кромки и концентричности отверстия по отношению к диаметру трубопро­ вода придается большое значение, так как эти факторы существенно влияют на точность измерений.

117

Отношение квадрата диаметра отверстия сужающего устройства к квадрату внутреннего диаметра трубопровода называется модулем сужающего устройства и обозначается буквой т

Для нормальных диафрагм т = 0,05-г0,7, а толщина диафрагмы t 0,1D.

По обе стороны диафрагмы располагаются кольцевые камеры, каждая из которых посредством трубок подключается к дифманометру. Диафрагма вместе с кольцевыми камерами и прокладками зажимается между фланцами трубопровода.

В трубопроводах диаметром менее 50 мм диафрагмы для изме­ рения расхода не применяются из-за больших искажений зависи­

насадку цилиндрической формы с плавно закругленным профилем со стороны входа струи. Отбор давления производится с помощью кольцевых камер или каналов, находящихся возле установочных торцов сопла. Модуль для сопла должен быть в пределах

т = 0,05-f-0,65.

Т р у б а В е н т у р и (рис. 65, в) имеет входную часть в форме сопла, а выходную — в форме конуса с углом 5—15°. Отбор давле­ ния производится через штуцеры от кольцевых камер. Модуль для трубы Вентури равен

7п = 0,2-^0,5.

Труба Вентури обеспечивает наименьшую потерю напора.

Все типы сужающих устройств должны устанавливаться на пря­ молинейных участках трубопровода. Во время замера подача жидко­ сти должна быть равномерной, без пульсации.

Дифманометры

Приборы, которые в сочетании с сужающими устройствами слу­ жат для измерения перепадов давления и расхода жидкости и газа, называются дифференциальными манометрами (дифманометрами).

По конструкции дифманометры могут быть: жидкостные (двух­ трубные, поплавковые, кольцевые весы) и пружинные (сильфонные, мембранные). На рис. 66 показан жидкостной поплавковый дифманометр типа ДП. Принципиально этот прибор устроен аналогично жидкостному манометру с U-образной трубкой, отличаясь от по­ следнего конструктивным исполнением.

К обоим концам стальной U-образной трубки подсоединяются камеры. К камере 1, имеющей больший диаметр, подводится боль­ шее давление, а к сменной камере 8 меньшего диаметра —меньшее. Соответственно эти камеры называются плюсовой и минусовой и обозначаются знаками «+» и «—».

118

Вкамере 1 находится поплавок 2, который посредством рычага 4

иоси связан со стрелкой 3 измерительного устройства. Обе камеры

иколено 9 заполняются уравнительной жидкостью (обычно ртутью).

Сувеличением расхода давление в плюсовой камере повышается, а в минусовой понижается. Это приводит к перераспределению уров­ ней ртути. В плюсовой камере уровень понижается, а в минусовой повышается.

При отсутствии перепада давления уровень ртути в обеих каме­ рах одинаков и стрелка прибора находится на нулевом делении.

репаде давления в мм.

Для предупреждения выброса ртути из прибора при резком увеличении перепада давления в процессе измерений под поплав­ ком предусмотрен предохранительный клапан, который в момент резкого повышения давления в поплавковой камере опускается вниз и разобщает камеры.

Кроме того, методика включения и выключения прибора также исключает образование резкого перепада давления и возникновение толчков и выбросов. С этой целью, прежде чем открыть запорные вентили 5 и 7 на импульсных трубках, давление в них выравнивают открытием уравнительного вентиля 6, после закрытия которого из­ меряют разность давлений.

При выключении прибора вначале открывают уравнительный вентиль, а затем закрывают запорные.

В зависимости от целей и условий проводимых измерений при­ меняемые дифманометры могут быть показывающими, само­

119