книги / Расходомеры и счетчики количества веществ. Расходомеры переменного перепада давления, расходомеры переменного уровня, тахометрические расходомеры и счетчики

15.8. КОЛЬЦЕВЫЕ СЧЕТЧИКИ ЖИДКОСТИ

Подвижной элемент кольцевого счетчика — кольцо 8 (рис. 175, а), находящееся внутри измерительной камеры 2. Под давлением жидкости, поступающей через отверстие 69кольцо катится по внут­ ренней поверхности камеры 2 и одновременно скользит вдоль перегородки 5, вытесняя жидкость из измерительной камеры через выходное отверстие 4. При этом ось 7 кольца движется по часовой стрелке вокруг оси 3 внутри цилиндра 1.

После поворота оси 7 на 180° (рис. 175, б) внутри кольца ока­ жется замкнутым определенный объем жидкости. Под давлени­ ем жидкости, поступающей снаружи кольца, последнее будет про­ должать свое движение и вытеснять замкнутую в нем жидкость через отверстие 4. На рис. 175, в и г показано положение кольца при повороте на 270 и 360° соответственно. Измерительный объем счетчика определяется выражением

К =[я(ги - гц )~ 2ягк6j i f - sn,

где ги — внутренний радиус камеры; гц — наружный радиус ци­ линдра 1; гк — средний радиус кольца; 6 — толщина кольца; Н — высота камеры и кольца; sn — площадь поперечного сече­ ния перегородки.

Существенное достоинство кольцевого счетчика — простота его устройства, прежде всего движущегося элемента — кольца. Это упрощает и облегчает разборку и очистку счетчика. Поэтому кольцевые счетчики широко применяют при измерении расхода различных жидких пищевых продуктов: соков, молока, сиропов, и т. п. — всюду, где требуются частые разборка и чистка. В зави­ симости от рода измеряемого вещества кольцо может изготов­ ляться из графита, бронзы, легких металлов и других материа­ лов. Как и большинство других камерных счетчиков, кольцевые создают небольшую неравномерность движения жидкости в пре­ делах каждого цикла.

Погрешность счетчика уменьшается с увеличением вязкости жидкости и сокращением диапазона измерения. Для жидкостей, имеющих очень малую вязкость (менее 0,7 •10“6 м2/с), погреш-

Рис. 175. Схема движения кольцевого поршня в кольцевом счетчике жидко­ сти

372

ность ±1 % в диапазоне от 30 до 150 % qHом. При вязкости от 0,7 до 300 •10”6 jvr/c погрешность равна ±0,5 % в диапазоне от 15 до 150 % <7ном* Погрешность снижается до ±0,2 % при уменьшен­ ном диапазоне измерения от 60 до 150 % <7ном и вязкости от 0,7 до 6 •10_6 м2/с или при диапазоне от 50 до 150 % qHOMи вязкости от 6 •10“6 до 300 •10“6 м2/с. В работе [11] указывается, что для узкого диапазона измерения погрешность может быть снижена до ±0,1 % .

15.9. КАМЕРНЫЕ СЧЕТЧИКИ ЖИДКОСТИ ДРУГИХ ТИПОВ

Наряду с рассмотренными выше имеются камерные счетчики жидкости с другими формами подвижного разделительного эле­ мента. Остановимся на некоторых из них. На рис. 166, к показа­ но устройство дискового счетчика жидкости. Под давлением по­ ступающей жидкости его разделительный элемент — диск с цен­ тральным шаром, опирающимся на шаровую пяту, — совершает сложное колебательно-нутационное движение. При этом поверх­ ность диска катится по конусам измерительной камеры, а его радиальная прорезь перемещается вверх и вниз вдоль радиаль­ ной перегородки. До появления счетчиков с овальными шестер­ нями дисковые счетчики имели довольно широкое применение для измерения различных нефтепродуктов и других жидкостей. Они изготовлялись на калибры от 15 до 150 мм.

Для измерения количества жидкости при небольших и малых ее расходах удобны винтовые счетчики. Они состоят из двух со­ вместно вращающихся под давлением поступающей жидкости винтов с циклоидальным профилем. Один из винтов имеет вы­ пуклый профиль нарезки, другой вогнутый. Возможен и другой вариант построения винтового счетчика с одним рабочим вин­ том и двумя боковыми винтами для обеспечения герметичного уплотнения. Винтовые счетчики целесообразны для калибров от 6 до 40 мм. В СКВ «Нефтехимприбор» разработан винтовой пре­ образователь расхода мазута типа ПР-10/64, снабженный индук­ тивным преобразователем, вырабатывающим выходной сигнал 0 -5 мА, пропорциональный расходу мазута. Расходомер мазута ТМ2С-10/64 с преобразователем ПР-10/64 предназначен для изме­ рения расхода в пределах от 0,24 до 1,2 м3/ч и вязкости жидкости (3-5-4) 10-5 м3/с. Диаметр условного прохода 10 мм. При вязкости в пределах (4+6) 10~5 м2/с верхний предел измерения снижается до 1,1 м3/ч, а при вязкости (6,0+8,5) 10“ 5 м2/с — до 1,0 м3/ч. Потеря давления при qmax составляет: 0,1, 0,14, 0,18 МПа при вязко­ сти 4 •10~5, 6 •10“ ® и 8,5 •10“5 м2/с соответственно. Температура жидкости от +50 до + 125 °С, давление до 6,4 МПа. Погрешность измерения количества: ±1 % в пределах 50-100 % и ±1,5 % в пределах 20-100 % gmax. Погрешность преобразования расхода

373

Рис. 176. Комбинированный преобразователь расхода (винтовой и порш­ невой)

в пропорциональное ему значение силы тока ±1,5 от предельного значения тока 5 мА.

Весьма оригинальный расходомер, имеющий два преобразова­ теля расхода — зубчато-винтовой и поршневой, разработан в Да­ нии [13]. Его схема показана на рис. 176. Средний ротор 5 зубча­ то-винтового преобразователя приводится во вращение от двига­ теля 9 мощностью 3 кВ через муфту 8. Вал ротора вращается

вподшипниках 6 и снабжен уплотнительной муфтой 7, рассчи­ танной на давление до 20 МПа. Два боковых ротора служат для уплотнения. Частота вращения роторов такова, что давление на входе равно давлению на выходе, и поэтому при неизменном рас­ ходе поршень 2 в цилиндре 3 не перемещается. Но при увеличе­ нии или при уменьшении расхода появляется разность давлений

собеих сторон поршня 2, и последний начинает перемещаться в ту или другую сторону. Тогда преобразователь 1 положения % поршня дает сигнал регулирующему устройству 12, которое из­ меняет частоту вращения двигателя 9, пока давления жидкости на входе и выходе не сравняются и перемещение поршня прекра­ тится. Таким образом, частота вращения двигателя 9 пропорци­ ональна объемному расходу. Его вал снабжен двумя тахометрическими преобразователями 10 л 11 для выработки аналогового (АСЗ) и цифрового (ЦСЗ) сигналов соответственно. Для измере­ ния быстропеременной (пульсационной) составляющей расхода

впределах до 500 Гц малоинерционный поршень 2 снабжен пре­ образователем 4 скорости %' своего перемещения, вырабатываю-

374

ролико-лопастного типа, в которых лопасти не выдвижные и представляют одно целое с вращаю­

щимся цилиндром, а роликовые замыкатели — цилиндрические серповидного сечения. Устройство такого преобразователя пока­ зано на рис. 177 [7]. Внутри корпуса 1, образующего кольцевую измерительную камеру, соосно с последней помещен цилиндри­ ческий ротор 2уимеющий две лопасти. Жидкость поступает через канал 4 и своим давлением на лопасть приводит ротор 2 во враще­ ние. При этом жидкость, находящаяся в кольцевой измеритель­ ной камере, уходит через выводной канал 5. Оси двух цилиндри­ ческих замыкателей 3 связаны шестеренками с осью ротора 2 и вращаются вместе с ним. Они отделяют входной 4 и выходной 5 каналы друг от друга. Вращающиеся элементы установлены на шарикоподшипниках. Разработаны три типоразмера преобразова­ телей: OP-20, ОР-200 и ОР-ЮОО на диаметры труб 12, 25 и 55 мм и Яшах* равное 0,04,0,4 и 1,5 м3/мин соответственно. Предельное дав­ ление 16 МПа, наибольшая потеря давления 50 кПа. Температура от -40 до +150 °С. Погрешность ±(0,1-0,2) % в диапазоне от 10 до 100 % <?тах при вязкости в пределах (1-5-1000) 10“4 м2/с. Следу­ ет отметить высокую точность преобразователей в очень широ­ ком диапазоне вязкостей.

15.10. КАМЕРНЫЕ СЧЕТЧИКИ ГАЗА

Камерные газосчетчики роторного типа с роторами восьмерич­ ной формы (рис. 178) изготовляют серийно. Для синхронизации вращения роторов на концах их осей с обеих сторон имеются соединительные шестерни. Под действием разности давлений газа на входе и выходе роторы приходят во вращение. В положении, показанном на рис. 178, а, левый ротор замкнул в измерительной

375

Рис. 178. Схема роторного преобразователя расхода

камере заштрихованную порцию газа, которую затем будет пере­ мещать в выходной патрубок. В этом положении движущий мо­ мент М д приложен только к левому ротору. Но при дальнейшем вращении роторов появится и будет возрастать (в пределах угла поворота 90°) движущий момент на правом роторе, а на левом он будет уменьшаться, пока не станет равным нулю после угла по­ ворота 90° в положении, показанном на рис. 178, б. При этом правый ротор замкнет вторую заштрихованную порцию газа. Всего за один оборот роторов счетчик перемещает четыре таких заштри­ хованных объема. Жирными линиями показаны участки поверх­ ности роторов, обрабатываемые с высокой точностью, потому что по ним скользит точка сопряжения роторов при их обкатывании друг по другу. На концах большого диаметра ротора имеются небольшие площадки с острой кромкой, способствующие самоочистке поверхностей счетчика. С уменьшением отношения с/а объем измерительной камеры возрастает. Обычно с/а = 0,3-5-0,4. Дальнейшее уменьшение отношения с/а нежелательно по сооб­ ражениям прочности. Отношение длины L ротора к его диамет­ ру D выбирают в пределах 1,3-1,9. При этом обеспечиваются наименьшие протечки через зазоры, зависящие не только от их периметра, но и от перепада давления на роторах. Толщина ради­ альных и торцевых зазоров между роторами и корпусом от 0,04 до 0,1 мм. Перепад же давления на газосчетчике должен быть не более 300 Па. Для достижения столь малой потери давления при­ меняют шарикоподшипники и выбирают допустимые частоты вращения роторов, а в газосчетчиках малых калибров (РГ-40 и РГ-100), кроме того, передача к редуктору и счетному механизму осуществляется с помощью магнитной муфты, а не осью, проходя­ щей через уплотнение. С увеличением калибра газосчетчика про­ течки через зазоры уменьшаются с 2 % у РГ-100 до 0,5 % у РГ-600. Количество газа F, прошедшее через счетчик, определяется урав­ нением V = knVи, где п — число оборотов роторов; VH— конструк­ тивный измерительный объем счетчика, равный четырем зашт­ рихованным на рис. 178 объемам; k — коэффициент, учцтываю-

376

Т а б л и ц а 38

щий протечки через зазоры, k = 1,02 для РГ-100 и к = 1,005 для РГ-600. Характеристики ротационных газосчетчиков типа РГ, изготовленных ивано-франковским ПО «Геофизприбор», приве­ дены в табл. 38.

С ростом калибра резко возрастают габаритные размеры, мас­ са и металлоемкость ротационных газосчетчиков. В связи с этим на расходы более 1000 м3/ч оказалось целесообразнее изготов­ лять турбинные газосчетчики.

Разработан роторный расходомер газа на базе газосчетчика РГ. Один из роторов с помощью дополнительного валика связан с диском-обтюратором, снабженным прорезями. С одной стороны диска расположен осветитель, а с другой — фотоэлемент (фото­ транзистор ФТ-3), включенный в преобразователь частота—ток. Число прорезей в диске, различное для разных типоразмеров РГ, таково, что частота импульсов находится в пределах 0-700 Гц при изменении расхода от 0 до 120 % от номинального. Выход-

Рис. 179. Трехроторный преобразователь расхода

377

ной сигнал 0 -5 мА, приведенная погрешность преобразователя расход—ток не более 1,5 % .

Недостаток газосчетчиков с роторами восьмеричной формы — неравномерность перемещения газа в пределах одного оборота и, как следствие, возникновение пульсаций давления и расхода. Как показано в работе [3], пульсации расхода теоретически лежат в пределах от -13 до +11 %. Это одна из причин сравнительно большой погрешности подобных газосчетчиков и непригодности их применения в качестве образцовых приборов. В этом отноше­ нии значительно лучше газосчетчики с роторами трапецеидаль­ ной формы, обкатывающиеся вокруг неподвижных цилиндров не­ полного круглого сечения (см. рис. 166, н). У них нет пульсаций расхода и давления и погрешность меньше.

Помимо двухроторных, предложен также и трехроторный газосчетчик [12]. Последовательное положение его роторов (I-V I) показано на рис. 179, из которого видно, что два ротора k\ и k<z — вращающиеся лопасти. Измерительный объем его выше, чем у газосчетчиков с восмеричными или трапецеидальными ротора­ ми при одном и том же размере внутреннего пространства. Это объясняется меньшим заполнением последнего движущимися элементами.

15.11. ПРИМЕНЕНИЕ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ УСТРОЙСТВ С КАМЕРНЫМИ СЧЕТЧИКАМИ ЖИДКОСТИ И ГАЗА

Поскольку камерные счетчики жидкости и газа измеряют ко­ личество сред в единицах объема, для вычисления массы или объе­ ма при стандартных либо иных условиях необходимо применять соответствующие вычислители. Для жидкости это счетчики (или тепловычислители — см. гл. 12 и 14), а для газа — вычислители (или корректоры), вычисляющие плотность по давлению и темпе­ ратуре среды, а иногда и учитывающие сигнал от плотномера и от калориметра, например СПГ-741, СПГ-761, СПГ-762, СПГ-763 (фирмы «Логика», Санкт-Петербург), ВКГ-2 (фирмы «Теплоком», Санкт-Петербург) и др.

Если камерный счетчик не имеет импульсного или токового выходного сигнала, то можно получить импульсный сигнал от приставки — накладного фотосчитывателя типа ФС-1 фирмы «Теп­ локом» (Санкт-Петербург), соединяемого с корректором ВКГ-1 по схеме рис. 180. Этот корректор рассчитан на работу с двумя та­ кими датчиками.

Комплекс ВКГ-1ИК предназначен для измерения и регистра­ ции в рабочих условиях расхода и объема природного газа по ГОСТ 5542-86 в одном или двух газопроводах. Комплекс совмест­ но с преобразователями давления и температуры обеспечивает регистрацию расхода и объема газа, приведенных к стандартным условиям в соответствии с Правилами ПР 50.2.019.

378

Рис. 180. Структурная схема узла учета газа на базе микропроцессор­ ного корректора типа ВКГ-1 и механического счетчика РГ с примене­ нием узла фотосчитывателя ФС-1:

1— счетчик газа; 2 — фотосчитыватель; 3 — датчик давления: 4 — датчик температуры

В состав комплекса входят следующие составные части (см. рис. 180): 1 — ротационный счетчик газа РГ; 2 — фотосчитыва­ тель ФС-1; 3 — манометрический преобразователь; 4 — термо­ преобразователь сопротивления; 5 — микропроцессорный вычис­ литель количества газа ВКГ-1.

Технические характеристики ВКГ-1ИК: диаметр условного прохода от 50 до 200 мм; диапазон измерения расхода от 4 до 1000 м3/ч; потеря давления при номинальном расходе не превы­ шает 294 Па.

Сервисные и коммуникационные возможности ВКГ-1:

1)отображение на 2-строчном ЖКИ-дисплее значений теку­ щих параметров газа одновременно по двум трубопроводам;

2)архивирование среднечасовых и среднесуточных парамет­ ров газа с глубиной 40 суток, их представление на дисплей по запросу оператора;

3)архивирование с нарастающим итогом объема газа, его пред­ ставление на дисплей по запросу оператора;

4)представление на принтер непосредственно с вычислителя по интерфейсу RS232C со скоростью обмена от 300 до 9600 бод архивной информации в виде готовых отчетных ведомостей, не требующих ручной или машинной обработки;

5)возможность объединения вычислителей (в том числе и других приборов ВКТ — счетчика воды или пара) в компьютер­ ную сеть с удаленностью приборов до 1,2 км;

379

Условные обозначения

381