4.3.3 Гидравлические расходомеры

Гидравлические расходомеры предназначены для регулирования расхода, уровня.

Управляющим устройством гидравлических расходомеров служит струйная трубка, предназначенная для преобразования измеряемой величины в давление масла, поступающего к исполнительному механизму и вспомогательным устройствам системы регулирования.

Гидравлические струйные расходомеры могут быть применены для регулирования различных технологических процессов в металлургической, энергетической, машиностроительной, химической и других отраслях промышленности. Расходомеры могут быть использованы для установки в помещениях с взрывоопасной средой; при этом маснонапроные установки, имеющие электропривод, должны быть вынесены в отдельные помещения.

Основными элементами гидравлических расходомеров являются задатчики и лекала, управляющие устройства, исполнительные механизмы, стабилизирующие устройства, синхронизаторы, маслонапроные установки, электроаппаратура и вспомогательные устройства. В качестве гидравлического расходомера можно взять скоростной расходомер.

Скоростные расходомеры, измеряющие прошедшее через них количество жидкости, называют жидкостемерами, обычно име­нуемыми по роду контролируемой жидкости (например, водомерами, масломерами). Принцип действия этих счет­чиков основан на суммировании числа оборотов помещен­ного в поток вращающегося устройства за какой-либо отре­зок времени, причем скорость вращения этого устройства пропорциональна средней скорости протекающей жид­кости, а следовательно, и расходу. Значение суммарного расхода получают, связывая подвижную часть прибора через редуктор или муфту со счетным механизмом.

Рисунок 4.11 – Скоростной расходомер

Динамический напор, а следо­вательно, и скорость измеряют скоростными трубками в комплекте с дифференциальным манометром (рисунок 4.11).

Поток вещества проходит через дифференциальный манометр, соединяющий две трубки одна из которых измеряет статическое давление, а другое – полное давление. Применяется ряд конструкций двойных напорных трубок, приспособленных как для лабораторных, так и для промышленных измерений расхода жидкостей и газов. Наружный диаметр напор­ной трубки должен быть небольшим, чтобы не вызывать замет­ного сужения потока в месте установки трубки. Обычно наружный диаметр напорной трубки составляет не более 1/10 внутреннего диаметра трубопровода. Измеряемое динамическое давление обычно небольшое, поэтому при малых скоростях потоков приме­няются микроманометры с наклонной трубкой или чашечные микроманометры.

Расходомеры скоростного напора применяются преимущественно в лабораторных условиях и при экспериментальных работах для измерения расхода жидкостей и газов в трубопроводах больших диаметров и при больших скоростях потока, а также в трубопроводах некруглого сечения.

Измеряемая среда должна быть чистой и не должна содержать твердых взвешенных частиц. При использовании скоростных трубок заметных потерь потока не наблюдается, что является преимуществом данного метода.

В системе используется поток воздуха небольшой скорости и трубопровод не имеет больших размеров (диаметр), поэтому расходомеры и счетчики жидкости скоростные будут употреблять значительное количество энергии, что недопустимо в целях облегченной конструкции.

4.4 Выбор и расчет расходомера пара

Так как пар – это газообразное вещество, то наиболее подходящим является расходомер с пневматическим выходом измеряемой величины, поэтому будем выбирать из пневматических расходомеров. Для этой системы регулировать пар можно при помощи многих датчиков рассмотренных выше в классификации, но наиболее подходящий под параметры системы является расходомер с пневматическим выходом, исполнительным механизмом которого является регулирующий клапан. У регулирующего клапана есть много достоинств по отношению к другим регулирующим устройствам. Он также как и заслонка имеет малое сопротивление потока различных газов при полном открытии, но зато клапан более устойчив к большим температурам, поэтому он наиболее подходящий для регулирования пара. Для того чтобы правильно выбрать регулирующий клапан необходимо произвести расчеты таких параметров как: максимальный расход пара, удельная пропускная способность регулирующего клапана и максимальное перемещение золотника при максимальном расходе.

Для расчета используем следующие исходные данные

Re_D - число Рейнольдса, 8.6*10⁵;

t – температура пара, 210⁰С;

V – удельный объем пара, 0.444 м³/кг;

η – динамическая вязкость пара, 1.68*10^-6 кГ^.сек/м²;

D_mp – внутренний диаметр паропровода, 150 мм;

ε_кр - критическая поправка на расширение пара, 0.736;

Δр_ркр – критический перепад давления в клапане, 2.55 ата;

Определим максимальный расход пара по формуле (1)

(1)

Подставив значения получим:

, кг/час

Определим удельную пропускную способность регулирующего клапана при максимальном расходе по формуле (2)

(2)

Подставив значения получим:

Поэтому выбираем регулирующий клапан с линейной характеристикой с размерами D_у=150 мм и d=125 мм, для этого клапана С₁=245. Рабочая регулировочная характеристика клапана будет тоже линейной вследствие того, что перепад давления в клапане во всем диапазоне изменения расхода пара превышает критический.

Определим относительное перемещение золотника клапана при максимальном расходе по формуле (3)

(3)

По проведенным расчетам можно сделать выбор подходящего клапана для системы стерилизатора. Этим клапаном является ВКР – 3.

Статическая характеристика это зависимость расхода от давления и она представлена на рисунке 4.12.

Рисунок 4.12 – Статическая характеристика регулирующего клапана.