книги / Расходомеры и счетчики количества веществ. Расходомеры переменного перепада давления, расходомеры переменного уровня, тахометрические расходомеры и счетчики
.pdf15.8. 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
5 |
5 |
7 |
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
щим сигнал АСП. С помощью уст- |
. |
* |
ройств 13-15 сигналы АСЗ и АСП |
^ ^ |
' |
могут быть сложены. Частота вра |
|
|
щения двигателя 9 может изме |
|
|
няться от 1 до 4000 об/мин и та |
|
|
ким образом достигается очень боль |
|
|
шой диапазон измерения — 4000 :1. |
|
|
Предельный расход 260 м3/ч. По |
|
|
грешность менее ±0,5 % . Потеря |
|
|
давления не более 2000 Па. При |
|
|
бор предназначен для измерения |
|
|
расхода минерального масла в пря |
|
|
мом и обратном направлениях. |
|
|
Для измерения количества и |
|
|
расхода жидкости в трубах неболь |
|
|
шого диаметра наряду с винтовы |
Рис. 177. Роликово-лопастной счет |
|
ми целесообразны преобразователи |
|
чик жидкостей |
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
|
Технические характеристики ротационных газосчетчиков |
|
|||||
|
Параметр |
|
|
Тип газосчетчика |
|
|
|
|
РГ-40 |
РГ-100 |
РГ-250 |
РГ-400 |
РГ-600 |
РГ-1000 |
|
|
|
||||||
а , м3/ч |
48 |
120 |
300 |
480 |
720 |
1200 |
|
|
|
40 |
100 |
250 |
400 |
600 |
1000 |
< W “ |
/ 4 |
4 |
10 |
25 |
40 |
60 |
100 |
Порог |
чувствитель |
0,6 |
1,5 |
3,75 |
6,0 |
9,0 |
15 |
ности |
|
|
|
|
|
|
|
Погрешность, % : |
|
|
|
|
|
|
|
при (0,1*0,2) д |
±3 |
±2 |
±2 |
±2 |
±2 |
±2 |
|
» |
(0,2*1,2)д |
±1,5; 2,5 |
±1; 1,6 |
±1; 1,6 |
±1; 1,6 |
±1; 1,6 |
±1; 1,6 |
D , мм |
^ПОМ |
50 |
80 |
125 |
150 |
150 |
200 |
п при 9иом» об/мин |
2400 |
1400 |
985 |
936 |
720 |
619 |
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-
/ |
U |
т |
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
6)возможность передачи архивной информации по модемной связи;
7)возможность хранения и передачи информации с помощью накопительных пультов;
8)возможность дистанционного управления вычислителем с помощью пульта-терминала типа НП-1;
9)полная автоматизация учета при любых нештатных ситуа циях в системе газоснабжения и работе вычислителя, включая отсутствие питания сети с архивированием времени и идентифи цирующего кода ситуации; наличие дистанционной сигнализа ции о нештатной ситуации;
10)наличие режима «регистратора» совместно с принтером с дискретностью представления информации от 1 до 99 мин;
11)ускоренная проверка за счет специального режима вычис лителя (при пользовании стандартизованных СИ проверка зани мает 15-25 мин);
12)представление информации об объеме (расходе) газа в стан дартных и рабочих условиях;
13)возможность предварительной установки начального объема газа, соответствующего показаниям счетчика.
Фотосчитыватель ФС-1 предназначен для определения прохож дения меток, имеющих разную контрастность, и выполнен на ос нове оптопары с открытым оптическим каналом, работающим на отражение.
Возможны два варианта меток:
1)метка поглощает световой поток, а за меткой находится от ражающая поверхность;
2)метка имеет отражающие свойства, а за меткой ничего не находится, или находится светопоглощающая поверхность.
Технические характеристики фотосчитывателя ФС-1: рассто яние фотосчитывателя до отражающей поверхности 3-10 мм; ча стота следования меток от 0,03 до 1000 Гц; способы передачи информации о прохождении метки: прерывание тока потребле ния в линии питания; перепад напряжения в линии «Выход ло гический»; время прерывания тока потребления токовым клю чом 300±100 мкс; максимальная длительность фронтов токового сигнала не более 120 мкс; ток потребления при U = 18 В — (0,6- 0,8) Un мА; уровень напряжения линии «Выход логический» 1,5 В (Лог 0), Un — 1,5 В (Лог 1); напряжение питания 5-18 В.
Фотосчитыватель вворачивают в гайку, приклеенную на объекте эпоксидным или молекулярным клеем.
Ряд современных камерных, в том числе ротационных, счет чиков, например, RVG, мембранные (диафрагменные) ВК фирмы «Ргешех» и др., имеют импульсивные выходные сигналы как низ кой, так и высокой частоты.
Стакими счетчиками можно применять вычислители (кор ректоры) СПГ-741, СПГ-761, СПГ-762, СПГ-763 и ВКГ-1,2.
Условные обозначения
Условное |
|
|
Размерность: |
Единица |
|
|
М |
— масса; L — длина; |
|||
обозначе |
Параметр |
физической |
|||
|
Т — время; |
||||
ние |
|
|
величины |
||
|
|
© — температура |
|||
|
|
|
|
С
d
D
Е
Еа
нт
нс
К
К
К*
о
Кп
Кш
р
т
d20
D 20
Р
Рс
а
Е
f
АР
%
Коэффициент истечения |
Безразмерная величина |
- |
||
Коэффициент истечения при числе |
То же |
|
||
Рейнольдса, стремящемся к беско |
|
|
|
|
нечности |
|
|
L |
м |
Диаметр отверстия или горловины |
|
|||
СУ при рабочей температуре среды |
|
|
|
|
Внутренний диаметр ИТ на входе |
|
L |
м |
|
СУ или входной части классиче |
|
|
|
|
ской трубы Вентури при рабочей |
|
|
|
|
температуре среды |
|
|
|
|
Коэффициент скорости входа |
Безразмерная величина |
|
||
Количество энергии (теплота сгора |
L2 •М •Т 2 |
МДж |
||
ния), которое может быть получено |
|
|
МДж /кг |
|
при сгорании среды |
L2 |
T 2 |
||
Массовая удельная теплота сгора |
|
|||
ния |
|
|
|
|
Объемная удельная теплота сгора |
L~‘ •М •Т 2 |
МДж/м* |
||
ния при стандартных условиях |
|
|
|
|
Коэффициент сжимаемости газа |
Безразмерная величина |
- |
||
Масштабный |
коэффициент |
Зависит от единиц измерений параметров |
||
Поправочный |
коэффициент на из |
Безразмерная величина |
|
|
менение диаметра СУ, вызванное |
|
|
|
|
отклонением температуры среды от |
|
|
|
|
20 «С |
|
|
|
|
Поправочный коэффициент на при |
То же |
|
||
тупление входной кромки отвер |
|
|
|
|
стия диафрагмы |
|
|
|
|
Поправочный |
коэффициент на ше |
|
* |
|
роховатость внутренней поверхно |
|
|
|
|
сти измерительного трубопровода |
|
» |
|
|
Относительный диаметр сужающего |
|
' |
||
устройства р - d/D |
|
» |
||
Относительная площадь сужающего |
|
' |
||
устройства, т - р2 |
|
|
||
Диаметр отверстия сужающего уст |
|
L |
м |
|
ройства при 20 °С |
|
|
|
|
Внутренний диаметр трубопровода |
|
L |
м |
|
перед сужающим устройством при |
|
|
|
|
20 °С |
|
|
|
кг/м8 |
Плотность измеряемой среды в ра |
М |
- L '3 |
||
бочих условиях |
|
|
|
|
Плотность газа в стандартных усло |
М |
- IT8 |
кг/м3 |
|
виях |
|
|
|
- |
Коэффициент расхода |
Безразмерная величина |
|||
Поправочный множитель на расши |
То же |
|
||
рение измеряемой среды |
|
|
м2 |
|
Площадь отверстия сужающего уст |
|
L2 |
||
ройства |
|
MLTlT-2 |
кгс/м2 |
|
Перепад давления |
||||
Объемный расход в рабочих усло |
и ’т 1 |
м3/ч |
||
виях |
|
|
|
|
381