Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Системы управления технологическими процессами. Учебное пособие для студентов 3 и 4 курсов направлений подготовки 151000, 222900, 240100, 240700, 2410.pdf
щими данными: условное давление 0,6 МПа; условный проход 50 мм;
исполнение II; материал корпусов камер – сталь 20, материал диска –
сталь 12Х17; диафрагма образует с приваренными импульсными трубками соединение 2 (диафрагма ДК 0,6-50-II-а/г-2 ГОСТ 14321–73).
В обозначении бескамерной диафрагмы указываются условное
давление, условный проход, материал диска ГОСТ. Пример условного
обозначения бескамерной диафрагмы на условное давление 0,6 МП
для трубопроводов с условным проходом 500 мм; материал диска –
сталь марки 12Х17; диафрагма ДБ 0,6-500-г ГОСТ 14322–77
*
.
а
При измерении расхода загрязнённых жидкостей и особенно газов
у стандартной диафрагмы, установленной на горизонтальной трубе, могут образовываться отложения. Во избежание этого применяют сегментные и эксцентричные диафрагмы. Сегментные диафрагмы представляют собой кольцо, в которое вварен диск с вырезанным в его нижней части сегментом или сектором. Кольцо зажимается между ф
ланцами
трубопровода. Кромка диафрагмы со стороны потока должна быть острой. Отверстия сегментной и эксцентричной диафрагм располагают
в нижней части сечения трубы, а выводы импульсных трубок – в верхней части трубопровода вне пределов отверстия. Они могут применяться для измерений расхода жидкостей, из которых выделяются газы;
в этом случае отверстия истече
ния располагают вверху. Сегментные
диафрагмы могут устанавливаться на трубопроводах диаметром от 50
до 1000 мм. Значение Remin 5000 – 40
000 при m от 0,1 до 0,5.
При измерении малых расходов перепад давления на диафрагме
может быть не достаточен для организации измерения. В таких случаях возможен вариант с установкой двух диафрагм с разным диметром
и отбором разницы давлений до первой и после второй.
Сопла. В случае измерения расхода газа, сопла могут устанавли-
ваться на тр
убопроводе диаметром не менее 50 мм, в случае измерения
расхода жидкости – не менее 30 мм. Относительная площадь сужающего устройства должна быть в пределах 0,05 < m < 0,64, а диаметр
отверстия сопла d > 15 мм. Схематичное изображение сопла дано на
рис. 4.6. На рисунке вверху показан отбор статических давлений через
кольцевые камеры, внизу – через отдельные отверстия. На ри
сунке 4.6, б
показан внешний вид сопла в разрезе.
Профиль входной части сопла образуется двумя дугами окружности, из которых одна касается торцовой поверхности сопла со стороны
входа, а другая – цилиндрической поверхности отверстия. Сопряжение
обеих дуг происходит практически без излома. На рисунке приведено
сопло для m < 0,444, сопло для m > 0,444 отличается ко
нфигурацией
профильной части.
91
а) б)
Рис. 4.6. Сопло
Сопло Вентури устанавливают на трубопроводах диаметром от 65
до 500 мм, при этом относительная площадь сужающего устройства
должна находиться в пределах 0,05 < m < 0,60, диаметр отверстия сопла d > 15 мм.
Сопло Вентури состоит из профильной входной части, цилиндрической средней части (горловины) и выходного конуса. Профильная
часть выполняется так же, как у нормального сопла для с
оответствующих значений m. Цилиндрическое отверстие должно переходить
в конус без радиусного сопряжения. Сопло Вентури может быть длинным или коротким. У первого наибольший диаметр выходного конуса
равен диаметру трубопровода, у второго он меньше диаметра трубопровода. Перепад давления следует измерять через кольцевые камеры.
Заднюю (минусовую) камеру соединяют с цилиндрической частью
сопла Вентури с помощью ради
альных отверстий.
Выпускаются сопла Вентури на давление 1,6 МПа и условные
диаметры 1000 и 1200 мм. Эти сопла изготовляют двух типоразмеров
на каждый условный диаметр в зависимости от величины модуля m.
Модуль – отношение площадей прохода горловины сужающего устройства и трубопровода, который равен 0,2 (СВ1-1000-02 и СВ1-1200-02)
или 0,4 (СВ1-1000-04 и СВ1
-1200-04). Для измерения расхода сточной
жидкости следует применять сопла Вентури с малыми сужениями
(m > 0,4), так как в торцевых частях сопел с большим сужением могут
скапливаться отложения взвешенных частиц.
Труба Вентури (рис. 4.7) устанавливается в трубопроводах диа-
метром от 50 до 1400 мм, при этом относительная площадь сужающего
устройства должна находиться в пределах 0,10 < m < 0,60
. Труба
Вентури состоит из входного патрубка 1, входного конуса 4, горловины 5 и диффузора 6.
92
Рис. 4.7. Труба Вентури
Во входном конусе и горловине выполнены кольцевые усредняющие камеры 2. Они сообщаются с внутренними полостями входного конуса и горловины с помощью нескольких отверстий 3, которые
при наличии в измеряемой жидкости взвешенных частиц прочищают
с помощью специальных приспособлений. В нижней части кольцевых
камер устанавливают пробковые краны для спуска жидкости. Труба
Вентур
и называется длинной (рис. 4.7, II), если наибольший диаметр
выходного конуса равен диаметру трубопровода, или короткой
(рис 4.7, I), если указанный диаметр меньше диаметра трубопровода.
Измерение расходов, имеющих большое отношение Q
max/Qmin
.
Вследствие квадратичной зависимости между расходом и перепадом,
расходомеры с сужающими устройствами могут измерять только расходы, у которых отношение максимального и минимального значений
не превышает 3–4. При необходимости с помощью сужающих устройств можно измерять расходы, у которых диапазон измерения выходит за указанные пределы, в этом случае применяют или два сужающих устро
йства с отверстиями разной площади с подключением одного дифманометра, или одно сужающее устройство, к которому подключены два дифманометра на различные пределы измерения.
Применение двух сужающих устройств возможно путём параллельной или последовательной их установки. Оба эти способа имеют
существенные недостатки, так как параллельная установка сужающих
устройств требует достат
очно длинного разветвления трубопровода,
чтобы выдержать необходимые прямые участки, а последовательная
связана с дополнительной потерей давления и прямым дополнительным участком между устройствами. При установке двух сужающих
устройств должно быть предусмотрено переключение дифманометра
(желательно автоматическое) с одного сужающего устройства на другое в зависимости от расхода.
В случае если используются два ди
фманометра с одним сужаю-
щим устройством, то предельный перепад одного из них принимается
93
равным 0,09 от предельного перепада другого. При этом первый дифманометр измеряет расходы в пределах от 9 до 30% Q
в пределах 30…100% Q
. Отношение максимального и минимально-
max
, а второй –
max
го значений расходов равно 11. Сужающее устройство рассчитывается
на Q
и предельный перепад второго дифманометра. Дифманометры
max
могут подключаться к сужающему устройству двумя способами:
1) поочерёдно в зависимости от расхода; 2) дифманометр на больший
перепад подключён постоянно, второй дифманометр подключается
при падении расхода до 30% от максимального. Каждый из вариантов
можно реализовать путём автоматического переключения.
Использование местных сопротивлений трубопроводов и пар-
циальных устройств для измерения ра
схода. Иногда, если не требу-
ется высокая точность измерения, применения общепромышленных
расходомеров технически и экономически нецелесообразно. В этих
случаях может быть использован перепад давления, образующийся
при протекании жидкости или газа через местное сопротивление,
а также парциальный метод.
Наиболее изученными местными сопротивлениями являются цен-
тробежные преобразователи расхода – закруглённые участки трубо-
ровода, например колено, создающие перепад давления на внешнем и
п
внутреннем радиусах закругления в результате действия центробежных сил в потоке. Центробежный преобразователь расхода вместе
с дифференциальным манометром, измеряющим создаваемый перепад
давления, образует центробежный расходомер. Преимущество такого
расходомера состоит в том, что не требуется вводить в трубопровод
какие-либо дополнительные устройства. В качестве местног
о сопротивления для измерения расхода может быть также использован конический переход (конфузор), который можно рассматривать как входную часть трубы Вентури.
Парциальными называются расходомеры, в которых производится измерение определённой доли расхода основного потока. Измерительное устройство устанавливают в ответвлении основного трубопровода (в шунте). Жидкость или газ движется в шу
нте благодаря перепаду давления, создаваемому сужающим устройством или местным
сопротивлением в основном трубопроводе. В качестве парциальных
расходомеров могут быть использованы расходомеры переменного
перепада давления, обтекания, электромагнитные. При измерении расхода парциальным методом соотношение между расходами в основном трубопроводе и в шунте должно быть постоянным на всём диапазоне измер
ения. В некоторых типах парциальных расходомеров, на-
пример в расходомерах, с ротаметром на шунте, допускается непосто-
94
янство соотношения расходов, в этом случае необходимо вводить
нелинейную градуировочную шкалу расходомера на шунте.
Описанные в настоящем разделе устройства требуют индивиду-
альной градуировки вместе с прилегающими участками трубы.
4.3. ТАХОМЕТРИЧЕСКИЕ РАСХОДОМЕРЫ И СЧЁТЧИКИ КОЛИЧЕСТВА ЖИДКОСТЕЙ
Счётчики жидкостей турбинные. Принцип действия турбин-
ных счётчиков основан на измерении числа оборотов крыльчатки
(турбинки), которая вращается со скоростью, пропорциональной расходу жидкости, протекающей в трубопроводе. Счётчики обычно именуются по роду контролируемой жидкости (например, водомеры).
По конструктивному исполнению их подразделяют на две основные
группы: крыльчатые (с тангенциальным подводом потока), в ко
торых
ось вращения крыльчатки перпендикулярна направлению движения
воды, и турбинные (с аксиальным подводом потока), у которых ось
вращения параллельна направлению движения потока воды. Первые
применяются для измерения малых, вторые – больших расходов.
Крыльчатые и турбинные водосчётчики состоят из одинаковых по
назначению узлов и имеют идентичную кинематическую схему. Вращение оси крыльчатки (турбинки) через реду
ктор и магнитную муфту
передаётся счётному механизму, по показаниям которого определяют
количество воды, прошедшей через прибор.
Счётчики характеризуются величиной расхода жидкости. Под
минимальным расходом понимается расход, при котором счётчик работает с погрешностью ±5% и ниже которого погрешность не нормируется. Переходный расход – это расход, при котором счётчик работает с погрешн
остью ±2%, а ниже – с погрешностью ±5%. При эксплуатационном расходе счётчик может работать круглосуточно. Под номинальным понимается расход, равный половине максимального.
При расходе, равном максимальному, счётчик должен работать в сутки
не более 1 ч.
Конструктивно счётчики ВСКМ состоят из корпуса с фильтром,
измерительной камеры и счётного механизма. В корпусе, изготовлен-
м из чугуна, находится винт для регулирования погрешности изме-
но
рения пропуском части потока воды в обход измерительной камеры,
разность погрешности измерения при крайних положениях регулятора
составляет 6%. Фильтр может быть снят для очистки без демонтажа
счётчика.
Поток воды, пройдя фильтр, попадает в нижнюю часть измери-
тельной камеры, где через косые тангенциально напр
авленные отвер-
95
стия проходит внутрь камеры и приводит во вращение крыльчатку
с закреплённой на ней ведущей магнитной муфтой. Число оборотов
крыльчатки пропорционально количеству прошедшей через счётчик
воды. После зоны вращения крыльчатки вода по винтовой траектории
попадает в верхнюю часть измерительной камеры и через отверстие
поступает в выходной патрубок. Через разделительный стакан, изготовленный из немагнитно
го материала (латуни), вращение ведущей
части магнитной муфты передаётся её ведомой части. Последняя связана с масштабирующим редуктором и отсчётным устройством. Масштабирующий редуктор обеспечивает соответствие между показаниями отсчётного устройства и числом оборотов крыльчатки. Кроме отсчётного устройства роликового типа имеются стрелочные указатели
для определения долей кубического метра (литров).
Конструкция магнитной муфты способствует тому, что имеющиеся в воде ферромагнитные частицы (окалина) не прилипают к магнитам и выносятся из
зоны их расположения. Редуктор счётного механизма и отсчётное устройство помещены в вакуумированный стакан, закрытый стеклом.
Кроме описанных выше, в промышленности применяются водосчётчики: ДВ-40, ВТ, ВТГ, СТВ, СТВГ, ВД-1
80, СТВГ-Д, СДВ-80.
Расходомеры жидкостей шариковые. Шариковыми называются
тахометрические расходомеры, чувствительным элементом которых
является шарик, непрерывно движущийся в одной плоскости по внутренней поверхности трубы под воздействием предварительно закрученного потока. Структурная схема расходомера включает первичный
преобразователь расхода и измерительный (вторичный) прибор. Первичные преобразователи состоят из шарикового преобразователя рас-
да и нормирующего преобразователя. Шариковые расходомеры не-
хо
чувствительны к твёрдым включениям в измеряемой среде, а также
к вибрации и ударным нагрузкам в широком диапазоне, они отличаются простотой конструкции и позволяют измерять расход пульсирующих потоков с амплитудой пульсации, меняющейся от нуля до максимального значения расхода.
Преобразователь расхода I типа ШИ
Р (рис. 4.8) состоит из цилиндрического корпуса, выполненного из немагнитного материала,
с двумя расположенными в одной плоскости и противоположно направленными тангенциальными патрубками. Внутри корпуса между
ограничительными кольцами, закреплёнными на ступице, находится
шар, выполненный из резины с металлическим наполнителем. Поток
измеряемой среды, попадая в рабочую камеру через входной патрубок,
приводит ша
р во вращательное движение. Частота вращения шара,
пропорциональная расходу измеряемой среды, фиксируется бескон-
96
тактным передающим преобразователем дифференциально-трансформаторного типа, который устанавливается снаружи корпуса в зоне
вращения шара. Преобразователь состоит из двух обмоток, на одну из
которых подаётся питание от генератора периодических колебаний.
Каждый проход шара, обладающего ферромагнитными свойствами,
под передающим преобразователем моделирует по амплитуде колебания несущей частоты, которые со второй обмотки подаются на усилитель нор
мирующего преобразователя.
Нормирующий преобразователь обеспечивает осреднение и усиление импульсов стабильной длительности и амплитуды, следующих
с частотой, пропорциональной частоте вращения шара. В операционном усилителе отфильтровывается несущая частота и происходит
усиление полезного сигнала, который затем поступает в формирователь и ждущий мультивибратор, где формируются прямоугольные импульсы стабильной длительности. Фо
рмирователь амплитуды производит нормирование импульсов по амплитуде, с помощью фильтра
выделяется постоянная составляющая последовательности импульсов,
а генератор тока при отсутствии получения нулевого сигнала в измерительном канале предусмотрена специальная схема фиксации последовательности импульсов. Питание элементов схемы нормирующего
преобразователя осуществляется от специального блока питания,
размещённого в корпусе прибора.
Рис. 4.8. Схема работы шарикового расходомера
97
Рис. 4.9. Схема работы камерного (щелевого) расходомера
Счётчики и расходомеры жидкостей камерные. Принцип дей-
ствия камерных расходомеров основан на зависимости между расходом и высотой уровня жидкости в сосуде, через который непрерывно
протекает жидкость (рис. 4.9). Их обычно применяют для измерения
расхода агрессивных жидкостей, а также жидкостей, содержащих
взвеси. Наибольшее распространение получили приборы с отверстиями истечения щелевой фор
мы, расположенными в боковой стенке.
Специальный профиль щели обеспечивает пропорциональность между
расходом и высотой уровня в сосуде.
Камерный преобразователь типа ПРЩ предназначен для измерения массового расхода некристаллизующейся агрессивной жидкости,
протекающей через первичный преобразователь. Материал корпуса
преобразователя – сталь 12Х18H10Т или 06ХН28МДТ.
Счётчики жидкости с овальными шестернями применяются
в нефтяной, нефтех
имической и других отраслях промышленности,
а также на стационарных и передвижных установках. Принцип действия счётчиков основан на отчёте строго определённых объёмов жидкости, проходящей через измерительную камеру в процессе вращательного движения овальных шестерён. Поток измеряемой жидкости поступает в счётчик через входной патрубок и проходя через измерительную каме
ру в процессе вращательного движения овальных шестерён. Поток измеряемой жидкости, поступая в счётчик через входной
патрубок, проходя через измерительное устройство 2 (рис. 4.10), теряет часть напора на создание крутящего момента, приводящего овальные шестерни 1 во вращение. В зависимости от положения шестерён
каждая из них попеременно является то ведущей, то вед
омой.
98
Рис. 4.10. Счётчик жидкости с овальными шестернями
Измерение количества жидкости происходит за счёт периодического отсечения определённых её объёмов, заключённых в полостях
между цилиндрической поверхностью корпуса измерительного устройства и овальными шестернями. За один полный оборот шестерён
отсекается четыре таких объёма, их суммарная величина равна рабочему объёму измерительной камеры. Учёт жидкости, прошедшей через
счётчик, основан на отсчёте числа о
боротов овальных шестерён.
Вращение шестерён через передаточный механизм 3, состоящий из
магнитной муфты и системы зубчатых колёс, передаётся роликовому 4
и стрелочному 5 указателям. Роликовый указатель предназначен для
учёта (суммирования) общего количества жидкости, прошедшей через
счётчик, и представляет собой ряд цифровых барабанчиков, связанных
трубками. Двухстрелочный указатель позволяет отсчитывать разовое
количество жи
дкости. По окончании разового отпуска стрелки уста-
Предусмотрена возможность установки на счётчике корректора
показаний количества жидкости по температуре и плотности и первичного преобразователя расхода для дистанционной передачи показаний. В целях приведения показаний счётчика в соответствие с действительным количеством прошедшей через счётчик жидкости в пер
еда-
точном механизме предусмотрен сменный блок зубчатых колёс.
99
4.4. ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ (ИНДУКЦИОННЫЕ) РАСХОДОМЕРЫ
Расходомер состоит из первичного преобразователя расхода и измерительного устройства или передающего преобразователя. Первичный
преобразователь (датчик) представляет собой изготовленный из немагнитного материала (сталь 12Х18Н10Т) участок трубы 1 (рис. 4.11),
расположенный между полюсами 2 электромагнита, причём магнитное
поле направлено перпендикулярно к потоку жидкости. Труба изнутри
покрыта изоляционным материалом. Измеряемая жидкость пр
и протекании по трубе пересекает силовые линии магнитного поля. При этом
в жидкости, как в движущемся проводнике, индуктируется ЭДС, пропорциональная средней скорости потока, а следовательно, и объёмному расходу жидкости. Индуктируемая ЭДС снимается двумя электродами 3, введёнными диаметрально в поперечном сечении трубопровода, усиливается и измеряется вторичным прибором. У р
асходомеров
типа ИР-61 и 4РИМ в канале расходомера создаётся однородное магнитное поле. В расходомере типа «Индукция-51» распределение магнитного поля выполнено по специальному закону: вблизи электродов
оно приблизительно в 2 раза слабее, чем в центре канала. Такое магнитное поле уменьшает чувствительность прибора к искажению осевой симметрии распределения скор
ости потока и позволяет сократить
длину измерительного участка трубопровода.
Каждый преобразователь может быть отградуирован на один из
пределов измерения, указанных для соответствующего диаметра.
Нижний предел измерения равен нулю.
Рис. 4.11. Принципиальная схема электромагнитного расходомера:
1 – труба; 2 – полюса электромагнитные; 3 – электроды
100