книги из ГПНТБ / Кулаков М.В. Технологические измерения и приборы для химических производств учебник

весовых дозаторов несколько проще, чем предыдущих, но вместе с тем настройка их грубее и точность взвешивания ниже.

В существующих весовых дозаторах с механическим регули­ рованием подачи материала скорость транспортерной ленты ко­ леблется от 0,02 до 0,6 м/с.

Погрешность описанных выше весовых дозаторов при мелко­ зернистых сыпучих материалах достигает ± 1 %, причем меньшая погрешность получается при малых скоростях и больших нагруз­ ках на транспортерную ленту.

К недостаткам весовых дозаторов с механическими питателями относятся их значительная инерционность и медленная работа

Рис. 114. Схема весового дозатора непрерывного взвешивания с электрическим регулированием подачи материала:

элементов системы механического регулирования подачи материала. Эти недостатки устранены в весовых дозаторах с электри­ ческими питателями, отличающихся незначительной инерцион­ ностью и быстротой работы схемы регулирования подачи мате­ риала.

Наибольшее распространение получили ленточные дозаторы с электромагнитными питателями. Принципиальная схема такого дозатора показана на рис. 114.

Весовой дозатор состоит из 'ленточного транспортера 1, кача­ ющегося на опоре 2. Транспортер приводится в движение электро­ двигателем 3 через редуктор, расположенный на правом конце транспортера. Левый конец транспортера соединен с рычагом 4 весового механизма, а через него с коромыслом 5 весов. Сыпучий материал подается на транспортер электровибрационным пита­ телем 6. Вес материала на транспортере уравновешивается пере­ движным грузом 7.

Коромысло имеет специальное контактное устройство 8, соеди­ ненное с электровибрационным питателем 6. Материал с ленты транспортера ссыпается непрерывным потоком в приемную во­ ронку. При уменьшении веса материала на ленте транспортера конец его поднимается, нижний контакт контактного устройства

170

замкнется, частота колебаний вибратора возрастет и подача материала на ленту транспортера будет увеличиваться до тех пор, пока не восстановится равновесие. При поступлении излишка материала на транспортер его конец опустится, а вибратор умень­ шит подачу материала.

Вибратор совершает до 50 колебаний в секунду с амплитудой до 1 мм. Изменение амплитуды колебаний достигается изменением напряжения тока, подаваемого в катушки электромагнитов.

няют также более совершенную систему регулирования подачи материала — бесконтактные устройства (индуктивные преобра­ зователи, сельсины).

На рис. 115 показана принципиальная схема автоматического ленточного весового дозатора с пневматическим вибрационным питателем и пневматическим регулятором. Эти весовые дозаторы применяются там, где не допускается применение электромаг­ нитных вибраторов.

Работа дозатора основана на сравнении действительной массы дозируемого материала с заданной. Пропорционально изменению весовой нагрузки на транспортер изменяется давление сжатого воздуха.

171

Материал из бункера попадает на лоток 1 пневматического вибрационного питателя, который равномерно подает материал на грузоприемный транспортер 2. Транспортер через подвески 3 связан с весоизмерительным механизмом. Лента транспортера приводится в движение синхронным электродвигателем, встроен­ ным в транспортер. Весоизмерительный механизм состоит из рычажной системы, уравновешенной грузом 4, и преобразователя 5, преобразующего перемещения рычажной системы в пневматиче­ ский сигнал, пропорциональный изменению веса материала на транспортере. Отработанный преобразователем пневматический сигнал поступает на сильфонный манометр и регулятор 6.

Регулятор в результате рассогласования задания со значением переменной преобразователя 5 отрабатывает командный сигнал, поступающий на мембрану регулирующего клапана 7, изменяя тем самым давление воздуха, поступающего к вибродвигателю. Применяются вибродвигатели поршневого и шарикового типа. Колебание лотка 1, жестко соединенного с шариковым вибродви­ гателем 8, возникает при вращении шарика по обойме вибродви­ гателя под действием струи сжатого воздуха.

При давлении воздуха до 0,15 МН/м2 (1,5 кгс/см2) частота колебаний составляет 100— 150 Гц, а при давлении до 0,98 МН/м2 (10 кгс/см2) составляет 600—800 Гц. Таким образом, производи­ тельность питателя может меняться в широких пределах при изменении давления воздуха, подводимого к вибропитателю.

Погрешность автоматических весовых дозаторов составляет ±0,5% . При одном постоянном значении скорости транспортера производительность весовых дозаторов QT отождествляется с про­ изводительностью Qn:

Применение современных электронных и пневматических при­ боров в весовых дозаторах с электромагнитными и пневматиче­ скими вибропитателями позволяет использовать весы в качестве воспринимающих элементов в системах комплексной автомати­ зации разнообразных непрерывных технологических процессов.

Глава XVII

Измерители количества жидкости и газа

Счетчики для измерения количества жидкости по принципу действия делятся на объемные, весовые и скоростные. Приме­ няются преимущественно объемные и скоростные счетчики.

Для измерения количества газа применяется объемный метод.

172

§ 50, Объемные счетчики для жидкостей

Принцип действия объемных счетчиков основан на измерении определенного объема жидкости, вытесняемой из измерительной камеры под действием разности давлений, и суммировании ре­ зультатов этих измерений. Объемные счетчики в основном пред­ назначаются для измерения количества чистых, без механических примесей жидкое.ей (бензина, масел, конденсата и т. п.). Основ­ ное достоинство объемных счетчиков — малая погрешность и срав­ нительно широкий диапазон измерений.

Рис. 116. Схема счетчика с овальными колесами

Преимущественно применяются счетчики с овальными зубча­ тыми колесами (рис. 116). Проходя через счетчик, поток жидкости теряет часть своей энергии на вращение овальных колес. В зави­ симости от расположения колес относительно входа потока жид­ кости каждое из них является поочередно то ведущим, то ведомым. При вращении овальных колес периодически отсекается опреде­ ленный объем жидкости, ограниченный овалом колеса и стенкой измерительной камеры. За один оборот колеса отсекаются четыре определенных объема жидкости, которые в сумме равны свобод­ ному объему измерительной камеры счетчика.

Количество жидкости, прошедшее через счетчик, определяется по количеству оборотов овальных колес. В положении I (рис. 116) жидкость вращает правое колесо по часовой стрелке, а правое колесо вращает левое против часовой стрелки. В этом положении правое колесо отсекает определенный объем 1 жидкости. В поло­ жении II левое колесо заканчивает отсекание нового объема 2 жидкости, а правое выталкивает ранее отсеченный его объем 1 жидкости в выходной патрубок счетчика. В этом положении кру­ тящий момент передается на оба колеса.

В положении II I ведущим будет уже левое колесо, которое к этому времени уже отсекло объем 2. Оно вращает правое колесо по часовой стрелке. Дальнейшее вращение шестерен протекает

173

аналогично (положения IV и V), с соответствующими объемами 2 и 3 жидкости.

Для измерения очень вязких жидкостей (мазут и т. п.) в счет­ чиках предусматривается паровая рубашка. Счетчики с оваль­ ными колесами выпускаются отечественной промышленностью для различных диаметров трубопроводов при рабочем давлении до 1,57 МН/м2 («^ 16 кгс/см2).

Потеря напора от установки счетчика составляет примерно 0,02 МН/м2 (0,2 кгс/см2). Погрешность показаний этих приборов

±0 , 5 % .

§51. Скоростные счетчики для жидкостей

Скоростные счетчики для измерения количества жидкостей работают по принципу измерения средней скорости движущегося потока. Количество жидкости связано со средней скоростью дви­ жущегося потока соотношением

s — поперечное сечение потока в м2.

О количестве жидкости, прошедшей через прибор, судят по числу оборотов лопастной вертушки, расположенной на пути потока. Считается, что скорость вращения вертушки пропор­ циональна средней скорости потока:

Учитывая уравнение (113), получим

где п — число оборотов вертушки;

с— коэффициент пропорциональности, характеризующий ме­ ханические и гидравлические свойства прибора.

Следовательно, число оборотов вертушки также пропорцио­ нально расходу жидкости. Однако при малых расходах эта зави­ симость не соблюдается из-за утечки жидкости через зазоры между лопастями вертушки и корпусом счетчика и трения в опо­ рах подвижной системы. Для уменьшения силы трения вертушку и ее ось изготовляют из легких материалов. Число оборотов вер­ тушки счетчика заметно меняется в зависимости от характера протекающего потока. Для успокоения потока перед вертушкой со стороны входа жидкости устанавливают струевыпрямитель; участки трубопровода до счетчика и после него делают прямыми.

По форме вертушки скоростные счетчики разделяются на две группы: с винтовой вертушкой и крыльчатые. Винтовые вер­ тушки располагаются параллельно измеряемому потоку, крыль­ чатые — перпендикулярно ему.

174

Число оборотов винтовой вертушки пропорционально средней скорости потока жидкости и обратно пропорционально шагу ло­ пастей:

п = или п = k JLIs

где k — постоянная прибора;

I — шаг лопастей вертушки в м.

На рис. 117 показан скоростной счетчик с винтовой вертушкой, закрепленной на горизонтальной оси.

Рис. 117. Скоростной счетчик жидкости с винтовой вертушкой:

В корпусе 1 с фланцами для присоединения к трубопроводу установлена вертушка 2 с лопастями, изогнутыми по винтовой линии. Вертушку изготовляют из пластмассы (при температуре измеряемой жидкости до 30° С) или из латуни (при более высоких температурах жидкости). Ось и тело вертушки делают полыми

175

для уменьшения силы тяжести и давления на цапфы. На оси вер­ тушки перед задним закрытым подшипником 3, закрепленным на крестовине 4, насажен червяк, 5 сцепляющийся с червячным колесом, передающим вращение передаточному механизму 6. От этого механизма движение передается через ось, проходящую через сальник 7, счетному механизму 8, который герметически изолирован от корпуса прибора.

Перед вертушкой со стороны входа жидкости установлен струевыпрямитель 9, состоящий из нескольких радиально закре­ пленных прямых пластин. Конец одной из пластин струевыпрямителя поворачивается вокруг вертикальной оси, образуя лопасть 10,

Рис. 118. Схемы движения жидкости в одноструйном (а) и многоструйном (б) счетчи­ ках

служащую для регулировки счетчика через рычажный привод 11. В струевыпрямителе закреплен передний подшипник 12 оси вертушки.

Механические сопротивления (трение в подшипниках, в чер­ вячной передаче, сальнике и т. п.) сильно искажают при малых числах оборотов вертушки результаты измерений. При некоторой минимальной скорости потока вертушка будет неподвижна.

Силу тяжести вертушки, погруженной в поток, желательно уравновесить архимедовой силой, что полностью устраняет на­ грузку на цапфы.

Для каждого счетчика существует определенный минимальный расход, ниже которого измерение становится весьма неточным. Точная работа счетчика возможна в том случае, когда распреде­ ление скоростей по сечению потока одинаково с градуировочным. Наличие местных сопротивлений (вентилей, колен, задвижек) вблизи прибора вызывает дополнительные ошибки измерения. Поэтому при установке прибора необходимо предусматривать перед ним прямой участок трубопровода длиной (8— 10) D, а после него — длиной не менее 5D (D — внутренний диаметр трубопро­ вода). Калибр счетчика может быть меньше диаметра трубопро­ вода. В этом случае счетчики устанавливают с коническими пере­ ходами.

Счетчики с винтовой вертушкой применяются при давлении жидкости до 0,98 МН/м2 (10 кгс/см2) и при температуре не выше 30° С. Допускается кратковременная удвоенная перегрузка

176

передается счетному механизму, расположенному снаружи ко­ жуха. За один полный оборот барабана, через него проходит газ в объеме, равном сумме объемов камер, отсекаемых жидкостью.

Затворной жидкостью служит обычно вода. В случае опасности замерзания воды применяют водный раствор хлористого магния или глицерина. Барабанные счетчики применяются для измерения нейтральных газов, заметно не растворяющихся в затворной жидкости и не действующих на материал счетчика.

Обязательным условием работы барабанных газовых счетчиков является постоянство уровня жидкости в кожухе счетчика. Для

ных горизонтальных валах роторы 1. Валы роторов связаны зубча­ тыми колесами, находящимися вне кожуха. От одного из валов вра­ щение передается счетному механизму. Шарикоили роликоподшип­ ники валов, а также зубчатые колеса находятся в масляных ван­ нах и заключены в картеры. Тонкий валик, соединяющий вал ро­ тора со счетным механизмом, проходит через сальник в стенке картера. Зазор между роторами и конусом очень мал (около 0,12 мм). В положении, изображенном на схеме, правый ротор не вращается под действием газа (давление с обеих сторон оси вращения одина­ ково). На верхнюю часть левого ротора воздействует газ с более высоким давлением, чем на нижнюю; левый ротор поворачивается, увлекая за собой правый. Когда правый ротор стоит вертикально (а левый горизонтально), то он поворачивает левый. При одном обороте обоих роторов объем М газа, прошедшего через прибор, равен объему измерительной камеры счетчика. Перепад давления газа в счетчике контролируется дифференциальным манометром. Погрешность измерений составляет от ± 2 до ±3%. Счетчик до­ пускает кратковременную перегрузку до 30% нормальной, потеря напора не превышает 35—40 мм вод. ст.

178

Глава X V III

Виды расходомеров. Расходомеры переменного перепада давления

В зависимости от принятого метода измерения наиболее рас­ пространенные расходомеры делятся на следующие виды:

1) переменного перепада давления, основанные на зависимости от расхода вещества перепада давления, образующегося в су­ жающем устройстве в результате частичного перехода потен­ циальной энергии потока в кинетическую;

2)скоростного напора, измеряющие расход по динамическому напору потока с помощью пневмометрических трубок;

3)переменного уровня, основанные на зависимости от расхода

вещества высоты уровня жидкости в сосуде при свободном исте­ чении ее через отверстие в дне или боковой стенке сосуда;

4) постоянного перепада давления, основанные на зависимости от расхода вещества вертикального перемещения тела (поплавка), изменяющего при этом площадь проходного отверстия прибора таким образом, что разность давлений на поплавок остается постоянной;

5) расходомеры, основанные на других методах измерения.

§ 53« Основы теории

Наиболее распр< страненным и изученным методом измерения расхода жидкости, пара и газа является метод переменного пере­ пада давления. Измерение расхода по этому методу основано на измерении потенциальной энергии (статического давления) веще­ ства, протекающего через местное сужение в трубопроводе.

В измерительной технике сужающими устройствами (первич­ ными преобразователями) служат диафрагмы, сопла и сопла Вентури. Из трех этих типов сужающих устройств наиболее часто применяется диафрагма.

Диафрагма (рис. 121) представляет собой тонкий диск, устано­ вленный в трубопроводе так, чтобы его отверстие было концентрично внутреннему контуру сечения трубопровода.

Сужение потока начинается до диафрагмы, затем на некотором расстоянии за ней благодаря действию сил инерции поток сужается до минимального сечения, а далее постепенно расширяется до полного сечения трубопровода. Перед диафрагмой и за ней обра­ зуются зоны с вихревым движением, причем зона вихрей за диа­ фрагмой больше, чем перед ней.

Давление струи около стенки трубопровода несколько воз­ растает из-за подпора перед диафрагмой и понижается до мини­ мума за диафрагмой в наиболее узком сечении струи. Далее по мере расширения струи давление потока около стенки снова