книги из ГПНТБ / Добровольский А.П. Теплотехнические испытания судовых холодильных установок

V. ИЗМЕРЕНИЕ ДАВЛЕНИЯ

§ 23. ЕДИНИЦЫ ИЗМЕРЕНИЯ ДАВЛЕНИЯ

Давление жидкости, газа или пара определяется силой, действующей нормально на единицу поверхности.

При измерении давления различают: барометрическое, избыточ­ ное, абсолютное и разрежение (вакуум).

Барометрическое давление рб представляет собой давление, соз­ даваемое весом воздушного столба земной атмосферы, и является переменной величиной, зависящей от высоты над уровнем моря, метеорологических условий и географической широты места.

Избыточное, или манометрическое, давление рпзб — это величина,

равная разности между абсолютным давлением и барометрическим. Абсолютное давление рабс представляет собой полное давление, т. е.

Рабе Рб Ризб'

Разрежение, или вакуум рразр — это величина, равная разности между барометрическим и абсолютным давлением в случае, если абсолютное давление меньше атмосферного:

Рразр Рб Рабс-

Наиболее широкое распространение получили следующие еди­ ницы измерения давления:

физическая атмосфера — давление ртутного столба высотой 760 мм

техническая атмосфера — давление в одну килограмм-силу на один квадратный сантиметр (1 кгс/см2).

миллиметр ртутного столба — давление столба ртути высотой в один миллиметр при условиях, указанных для физической атмо­ сферы;

миллиметр (метр) водяного столба — давление столба воды высотой в один миллиметр (один метр) на его основание при 4° С и удельном весе воды 1 гс/см3.

Для измерения давления и разрежения пользуются соответ­ ственно манометрами и вакуумметрами, а также мановакуумме­ трами. Для измерения разности давлений применяют дифферен­ циальные манометры. Барометрическое давление измеряют баро­ метрами.

По принципу действия приборы для измерения давления под­ разделяют на следующие типы:

88

пружинные и мембранные (давление измеряется по величине деформации упругого элемента);

жидкостные (давление измеряется по разности уровней жид­ кости в сообщающихся сосудах);

поршневые (давление измеряется по нагрузке на поршень, поме­ щенный в цилиндре);

электрические, действие которых основано на изменении различ­ ных электрических величин (сопротивления, заряда или емкости) в зависимости от давления;

радиоактивные, принцип действия которых основан на изменении силы тока, проходящего через ионизационную камеру в зависимости от давления газа в ней.

Условия работы приборов на судне (качка, крен, вибрация и т. д.) позволяют использовать далеко не все типы манометров, выпу­ скаемых промышленностью. Жидкостные манометры, в том числе и дифференциальные, в условиях нормальной эксплуатации судна не применяют и используют лишь при испытаниях. Электрические ма­ нометры, часто называемые электрическими индикаторами, упо­ требляют в основном для измерения быстро меняющихся давлений, например давления пара холодильного агента в цилиндре поршневых компрессоров. Наиболее широкое распространение в судовых холо­ дильных установках получили пружинные приборы, имеющие про­ стую надежную конструкцию и хорошую наглядность показаний.

§ 24. ПРУЖИННЫЕ МАНОМЕТРЫ

Пружинные манометры применяют для измерения давления в широких пределах. В зависимости от конструкции применяемых пружин манометры и мановакуумметры бывают с одновитковой труб­ чатой пружиной, с многовитковой (геликоидальной), с плоской гоф­ рированной мембраной и с сильфоном (цилиндрической гофрирован­ ной мембраной).

В судовых холодильных установках находят применение пре­ имущественно манометры и мановакуумметры с одновитковой трубчатой пружиной и сравнительно редко (в аммиачных холодиль­ ных установках) — манометры с плоской мембраной.

Передача перемещений свободного конца трубчатой пружины к стрелке манометра осуществляется с помощью секторного или рычажного механизмов. Манометр с секторным приводным меха­ низмом имеет концентрическую шкалу. Угол охвата шкалы обычно 270°, её градуируют в кгс/см2 для измерения избыточных давлений и в мм рт. ст. — для измерения разрежений. Мановакуумметры имеют два участка шкалы, отградуированные в кгс/см2 и мм рт. ст.

Для измерения давления холодильного агента обычно исполь­ зуют мановакуумметры с одновитковой трубчатой пружиной и сек­ торным приводом; манометры и мановакуумметры, служащие для измерения давления холодильного агента в испарителях, конден­ саторах и промежуточных сосудах, часто снабжают дополнительной температурной шкалой, позволяющей судить о соответствующей

89

давлению температуре кипения или температуре конденсации холо­ дильного агента.

Манометр с рычажным передаточным механизмом имеет экс­ центричную шкалу с углом охвата 30° и обладает меньшей чувстви­ тельностью, чем манометр с секторным механизмом, но он более прочен и поэтому может быть рекомендован для измерения давления воды и хладоносителя в условиях сильной вибрации.

Для измерения и записи давления и разрежения -применяют самопишущие манометры и мановакуумметры. На рис. 49 показано устройство самопишущего аммиачного манометра (мановакуумметра). Трубчатая пружина 10 самопишущего манометра смонтирована на пластине 12, укрепленной на дне прибора. Открытым концом эта пружина прикреплена к неподвижному основанию И , а через труб­ ку 13 и штуцер 14 присоединена к емкости, давление или разрежение в которой измеряется. Свободным концом пружина припаяна к ры­ чагу 9 и через передаточный механизм соединена с пером 8, которое закреплено на рычаге 7, соединенном с мостиком 5. При изменении кривизны трубчатой пружины перо прочерчивает на вращающейся диаграмме 4 соответствующую линию. Диаграмма закреплена на диаграммодержателе 2 скобой 3 и приводится во вращение часовым механизмом, который заводят ключом через отверстие 1. Сетка диа­

90

граммы состоит из концентрических окружностей, соответствующих значениям измеряемого давления, и радиальных дуг, соответствую­ щих отрезкам времени. Линия, прочерчиваемая пером, является результатом вращательного движения диаграммы и движения пера вправо или влево по радиальным дугам.

Пределы измерения аммиачного манометра 0—25 кгс/см2, а мановакуумметра — от 760 мм рт. ст. до 6 кгс/см2; время одного оборота диаграммы 24 ч. Допустимая погрешность вращения диа­ граммы за один оборот ±5 мин, а погрешность показаний прибора — не более 2,5% максимального значения диаграммы.

Необходимо время от времени проверять положение нулевого показания и производить его корректировку. Для этого прибор отсоединяют и с помощью отвертки, вставляемой в отверстие 6, передвигают рычаг 7 относительно мостика 5. Самопишущие мано­ метры и мановакуумметры каждые 2—3 месяца нужно проверять по контрольному манометру.

В манометрах с многовитковой трубчатой пружиной (пружина имеет обычно от 6 до 9 витков, образующих винтовую линию) боль­ шой первоначальный угол закручивания обеспечивает значительное перемещение свободного конца и большое усилие, развиваемое пру­ жиной. Эти свойства многовитковой пружины, необходимые для производства записи, используются главным образом в самопишущих приборах.

В зависимости от назначения манометры подразделяют на три группы: образцовые, контрольные и технические. Образцовые пред­ назначены для проверки контрольных и рабочих манометров, их допустимая погрешность ±0,2% предельного значения шкалы при­ бора. Контрольные манометры служат для проверки рабочих мано­ метров и измерения давления в наиболее ответственных местах холо­ дильной установки в период ее испытаний. Допустимая погрешность контрольных манометров не должна превышать ± 1 % предельного значения шкалы прибора. При обычных теплотехнических испыта­ ниях и эксплуатационном контроле давлений используют техниче­ ские (рабочие) манометры, имеющие класс точности 1,5 или 2,5.

§ 25. Ж ИДКОСТНЫ Е МАНОМЕТРЫ

Жидкостные манометры, мановакуумметры и вакуумметры используют преимущественно при испытаниях холодильных машин

влабораторных условиях и на стендах заводов-изготовителей, когда требуется точно измерить величину небольших давлений (по 2 кгс/см2) или величину разрежения. В судовых условиях жидкостные мано­ метры применяют крайне редко и только при проведении испытаний;

вусловиях нормальной эксплуатации холодильных установок они

е і

(рис. 50). Трубку наполняют рабочей жидкостью до нулевой отметки шкалы, при этом один конец трубки с помощью резинового шланга соединяется со средой, давление которой измеряют, другой ее конец сообщается непосредственно с атмосферой.

Измерение давления или разрежения жидкостным манометром заключается в отсчете разности уровней рабочей жидкости (/г, мм ст. жидкости).

Избыточное давление может быть выражено также в следующих единицах: р = hy кгс/м2 или р = /г\>10~4 кгс/см2 (h — разность уров­ ней жидкости, м; у —■удельный вес рабочей жидкости, кгс/м3).

Погрешность измерения жид­ костными U-образными маномет­ рами составляет ±2 мм столба рабочей жидкости. Недостатком этих манометров является не­ удобство отсчета двух уровней жидкости. При наличии пульса­ ции измеряемого давления про­ извести отсчет по такому прибору очень трудно.

d

Жидкостный манометр другого типа — чашечный однотрубный (рис. 51) отличается от U-образного тем, что одно колено стеклянной трубки заменено сосудом большого диаметра. В этом случае действи­ тельная высота столба жидкости, уравновешивающая измеряемое давление,

92

измерения не превышает ± 1 мм столба рабочей жидкости.

При измерении высоких давлений в качестве рабочих исполь­ зуют жидкости с большим удельным весом, обычно ртуть, а для

Измеряемое давление может быть вычислено по ранее приведен­

гидравлического сопротивления при движении воздуха в воздухо­ охладителях, сухих рыбоморозилках и воздушных каналах. Су­ щественный недостаток микроманометров с наклонной шкалой — необходимость расположения их основания (при производстве из­ мерений) строго горизонтально, для чего их снабжают специальными уровнями.

§ 26. ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫЕ МАНОМЕТРЫ

При эксплуатационном контроле работы судовых холодиль­ ных установок и особенно при их испытании иногда приходится измерять разность давлений среды в двух различных точках. Так,

9 3

ходясь под более высоким давлением, она прижмется к подушке. Рабочий ход мембраны составляет 2—5 мм.

Мембранные дифференциальные манометры выпускают показы­ вающими и самопишущими с пределами измерений 0— 1600, 0—2500 и 0—6000 мм вод. ст. Допустимая погрешность показаний таких приборов не превышает 1,5% от максимального перепада давлений.

Рис. 53. Датчик механического мембранного дифференциального манометра.

Кроме механических мембранных дифференциальных манометров промышленность выпускает дифференциальные мембранные мано­ метры с электрической дистанционной передачей.

Жидкостные дифференциальные манометры. Принцип действия жидкостных дифференциальных манометров такой же, как и у обыч­ ных U-образных манометров, с той лишь разницей, что второй сво­ бодный конец трубки сообщается не с атмосферой, а с местом отбора давлений. Устройство жидкостного дифференциального манометра показано на рис. 54. Прибор состоит из двух стеклянных трубок, расположенных параллельно одна другой и укрепленных с помощью сальниковых уплотнений в верхней и нижней колодках. Между трубками помещена шкала с делениями в мм. Верхняя колодка снабжена пятью игольчатыми клапанами: два — для соединения манометра с местами отбора давлений, два — для продувки соеди­ нительных трубок и один — разобщающий стеклянные трубки при

95

включении прибора. Кроме того, в верхней колодке предусмотрены ловушки, задерживающие рабочую жидкость во избежание ее уноса в присоединительные трубки в случае превышения расчетного пере­ пада давлений. Нижняя колодка имеет один клапан и штуцер, которые служат для заполнения манометра рабочей жидкостью и ее

спуска.

Высота рабочей части стеклянных трубок и род рабочей жидкости за­ висят от максимального значения измеряемого перепада давлений.

Разность давлений, кгс/см2, определяется из следующего равенства:

§ 27. УСТАНО ВКА МАНОМЕТРОВ, ОТСЧЕТ ДАВЛЕНИЯ И РАЗНОСТИ ДАВЛЕНИЙ

При выборе пружинных манометров приходится решать вопрос о максимальном значении шкалы и цене ее деления. Для большей точности измерений необходимо подбирать прибор так,

96

чтобы максимальная величина измеряемого давления была доста­ точно близка к предельно допустимому значению давления для дан­ ного прибора. При мало изменяющемся рабочем давлении среды (на­ пример, давление в линиях охлаждающей воды, в нагнетательной линии насосов для смазки компрессоров и т. д.) предельное значение шкалы манометра должно составлять 125% максимального значения рабочего давления. При измерении давлений, изменяющихся в ши­ роких пределах (давление в конденсаторах, испарителях, промежу-’ точных сосудах), предельное значение шкалы должно составлять 150% максимального рабочего давления.

В судовых холодильных установках пружинные манометры обычно устанавливают на групповых щитах, расположенных в непосред­ ственной близости от агрегатов, что ускоряет и облегчает производ­ ство измерений при эксплуатации и испытаниях. Так, при наличии нескольких компрессоров каждый из них снабжен щитком, на ко­ тором расположены манометры для измерения давлений нагнетания и всасывания, а у двухступенчатых компрессоров — и манометр для измерения промежуточного давления.

Манометры, по которым определяют основные параметры работы холодильной машины (давление в конденсаторах, испарителях, про­ межуточных сосудах), выносят на'особый щит, расположенный обычно над регулирующей станцией холодильной машины. Измерение пере­ численных давлений часто дублируется по манометрам, находя­ щимся непосредственно на аппаратах.

Если манометр расположен на уровне, значительно отличающемся от уровня точки отбора давления жидкости, в его показания следует внести соответствующую поправку:

где Н — разность между уровнями установки манометра и местом отбора давления, м;

Уж— удельный вес жидкости в трубке, соединяющей место отбора давления с манометром, кгс/м3.

Эта поправка может быть положительной или отрицательной в зависимости от расположения манометра относительно точки отбора

давления.

Такую же поправку следует вводить при измерении давления пара холодильного агента на стороне конденсации, если манометр находится ниже точки отбора давления, а температура конденсации превышает температуру воздуха, окружающего присоединительную трубку. В этом случае удельный вес жидкости находят из таблицы насыщенного пара холодильного агента по температуре воздуха, окружающего присоединительную трубку.

Отбор давлении конденсации и кипения рекомендуется проводить в паровой части конденсаторов, испарителей и промежуточных со­ судов. Допускается производить отбор давления в корпусах масло­ отделителей, грязеуловителей и других вспомогательных аппаратов, если длина трубопроводов между ними и основными аппаратами не превышает 30 диаметров трубопровода. На том же расстоянии дав­