2.2.2.5 Коригувальні множники, використовувані в розрахунку витрати

При розрахунку витрати природного газу використовують такі поправкові коефіцієнти

1) К_ш  – поправковий коефіцієнт на шорсткість ВТ

Розраховується

,                                                                                               (2.37)

.                                                                                           (2.38)

Якщо  або , то подальші розрахунки не виконуються і видається повідомлення про відповідне порушення.

Якщо  то К_ш = 1, інакше – виконується розрахунок k_ш за формулою

                                                  (2.39)

2)  К_п – поправковий коефіцієнт на притуплення вхідної крайки

Якщо застосовують діафрагму з  d  125, то К_п=1. Інакше виконується розрахунок К_п за формулою

,     де                                            (2.40)

.  (2.41)

 

2.2.3 Тахометричні витратоміри

2.2.3.1 Загальна характеристика

Тахометричними називаються витратоміри та лічильники кількості, засновані на залежності від витрати речовини швидкості руху тіла, установленого в трубопроводі.

У переважній більшості випадків перетворювач витрати (турбінка, ротори, кулька  і т.п.) під впливом потоку обертається. У порівняно рідких випадках його рухливий елемент робить поступальний рух або який інший.

Залежно від будови перетворювача витрати тахометричні витратоміри розділяються на: а) турбінні, б) кулькові, в) камерні.

Якщо вал турбінки або іншого перетворювача витрати зв'язати через редуктор з рахунковим механізмом, то одержимо вимірювач кількості - лічильник рідини або газу. Такі прилади широко застосовувалися раніше. Пізніше одержали розповсюдження тахометричні витратоміри. У цьому випадку обов'язковою частиною приладу є тахометричний пристрій для виміру швидкості обертання рухливого елементу, що складається майже завжди з двох самостійних частин: тахометричного перетворювача швидкості обертання вала в частоту імпульсів, електричних, і вимірювача частоти цих імпульсів - електричного аналогового або цифрового частотоміра. Якщо додатково мати електричний лічильник числа імпульсів, то одночасно одержимо і вимір кількості.

Електричний тахометричний перетворювач майже не навантажує вал турбінки або іншого перетворювача витрати. Це сприяє істотному підвищенню точності виміру. Похибка виміру кількості, вимірюваного електричним лічильником, у цій схемі не перевищує ±0,5%, у той час як у стандартних турбінних лічильників газу (вал яких через редуктор зв'язаний з рахунковим механізмом) вона складає ±2%, тобто в чотири рази більше. Крім того, відсутність механічного зв'язку з лічильником виключає необхідність у виводі осі турбінки через ущільнення, що, безсумнівно, підвищує надійність роботи приладу.

Турбінки, застосовувані в тахометричних витратомірах, розділяються на два типи — аксіальні і тангенціальні. У перших вісь збігається з напрямком потоку, у других — вона перпендикулярна потокові. Аксіальні турбінки мають лопати гвинтової форми. Ці турбінки відрізняються друг від друга, головним чином, кількістю z лопатей і їхньою довжиною b. При маленькому діаметрі кількість z лопатей мало (4 — 6), але зате їхня довжина є значною.

Рисунок 2.13  Різні типи турбінок: а — аксіальна турбінка при малому діаметрі; б — аксіальна турбінка при великому діаметрі; в — тангенціальна турбінка зі світловідбиваючими пластинками; г — тангенціальна турбінка в багатоструменвих лічильниках; д — тангенціальна турбінка в одноструменевий  лічильниках води; е — тангенціальна турбінка з напівциліндричними лопатами; ж — тангенціальна турбінка с напівсферичними лопатами.

Лопаті в них розташовуються безпосередньо (рисунок 2.13, а) на валі. При великих діаметрах число лопей зростає до 20 — 24, але зате висота їх h і довжина b, виражені в частках зовнішнього діаметра D_т турбінки, істотно скорочуються. Так, висота h знижується до 0,1 D_т і навіть ще нижче. При цьому лопаті укріплюються на ободі, що з'єднується зі ступицею диском або ребрами (рисунок 2.13, б).

Значно більш різноманітні конструкції тангенціальних турбінок. Тут насамперед варто розрізняти характер підведення газу до турбінки у вигляді одного загального струменя (рисунок 2.13, в, д) або ж у вигляді декількох окремих струменів, що надходять тангенціально з усіх боків (рисунок 2.13, г). На рисунку 2.13, д показана турбінка, застосовувана в одноструменевих газових лічильниках, а на рисунку 2.13, в  особлива конструкція турбінки з пластинами, розташованими на торцях лопатей, падаючого від освітлювача на фотоелемент тахометричного перетворювача. На рисунку 2.13, г зображена турбінка, застосовувана в багатоструменевих лічильниках.

При вимірі витрати газу в трубах дуже малого діаметра знаходять застосування турбінки не з плоскими лопатями, а з лопатями напівкульової форми, що нагадують лопаті в турбіні Пельтона (рисунок 2.13, ж).

У трубах великого діаметру відомі випадки застосування крильчаток, що займають лише незначну частину поперечного переріза потоку. При цьому можливі крильчатки особливого типу, що наприклад складаються з двох напівциліндричних лопатей, здвинутих відносно один одного та які мають переріз, показаний на рисунок 2.13, е.

Довговічність і точність роботи турбінного перетворювача витрати багато в чому залежить від конструкції опор. Останні ж працюють при швидкості обертання, що досягає при Q_max до 1000 10000 об/хв, а іноді навіть і до 35000 об/хв. Якщо, до того ж, середовище агресивне, то вибір матеріалу осей обмежений і в цьому випадку досить важко забезпечити їхню тривалу роботу. При зменшенні діаметра цапф осей одночасно скорочується термін служби.

З метою зменшення тертя в опорах турбінки виготовляють з легких матеріалів, наприклад алюмінію, а при вимірі малих витрат газу  з поліпропілену або полістиролу. Якщо вісь аксіальної турбінки розташувати вертикально, а підведення газу зробити знизу, то вага й осьове зусилля будуть частково компенсувати один одного.

Перед аксіальними турбінками, що мають гвинтові лопаті, як правило, завжди встановлюють випрямлячі струменю. Завдяки цьому немає необхідності в дуже довгих прямих ділянках труб. Звичайно буває достатньою довжина прямої ділянки, що дорівнює десятьом діаметрам труби. Але подальше скорочення цієї довжини може привести до виникнення помітних додаткових похибок, особливо, якщо найближчим місцевим опором виявляється регулювальний клапан або засувка типу Лудло.

 

Рисунок 2.14 Розгрузка осьового тиску за допомогою дефлектора

Рисунок 2.15  Турбінка з розгрузкою осьового  тиску: а – за рахунок зниження тиску;  б – за рахунок подачі початкового тиску  до задньої опори

 

Таким чином, сучасний тахометричний витратомір з лічильником складається з чотирьох елементів: а) перетворювача витрати (турбінки, кульки і т.п.); б) тахометричного перетворювача швидкості обертання турбінки або іншого елемента в частоту електричних імпульсів; в) електричного частотоміра; г) обчислювача.

Тахометричні лічильники (турбінні та камерні) займають чинне місце серед приладів для виміру кількості газу. Широке поширення за кордоном одержали також турбінні витратоміри для виміру витрати газу. Там вони виготовляються для труб діаметром від 4 до 750 мм для тисків до 250 МПа (2500 кгс/см²) і вище і для температур у діапазоні від — 240 до + 700° С. Перевагами розглянутих приладів є висока точність (особливо в камерних) і великий діапазон виміру.

Для виміру витрати газу турбінні прилади застосовуються рідше ніж для виміру рідин. Це зв'язано з тим, що внаслідок малої густини газу рушійний момент виходить незначним, незважаючи на порівняно великі швидкості. Це звужує діапазон виміру і підвищує поріг чутливості, а також вимагає прийняття особливих конструктивних заходів по зниженню опорів, що виникають при обертанні турбінки. Крім того, унаслідок великих швидкостей газу турбінки мають підвищену швидкість обертання, і значить — прискорений знос підшипників.

Камерні тахометричні лічильники і витратоміри можуть застосовуватися для середовищ, що мають як велику, так і малу в'язкість. Причому в першому випадку вони є одними з деяких придатних приладів. Камерні прилади поки застосовуються головним чином як лічильники.

Тахометричні прилади вимірюють об'ємну витрату і кількість. За необхідності застосування їх для виміру масової витрати вони доповнюються пристроєм, наприклад густиноміром, і необхідною обчислювальною схемою. Найбільш точними серед усіх розглянутих є деякі різновиди камерних приладів.

Недоліки тахометричних лічильників:

        для проведення вимірів з точнішими характеристиками, зазначеними в експлуатаційній документації на лічильник, необхідне очищення газу до 5 мікронів, а також підігрів газу. Вартість і того й іншого досить висока;

        процес калібрування лічильника трудомісткий і досить дорогий;

        низька стійкість до перевантажень;

        при установці лічильників на ГРС після редукування газу потрібна установка запобіжної арматури.