2. Измерение давлений и разрежений. Деформационные манометры.

Давление является параметром, определяющим работу нефтя­ных скважин и различных технологических объектов, участву­ющих в технологическом процессе добычи нефти и газа.

Все приборы для измерения давления и разрежения можно разделить на следующие группы.

1.По роду измеряемой величины: барометры - для измерения атмосферного давления; манометры - для измерения избыточного давления; вакуумметры - для измерения разрежения; моновакуумметры - для измерения давления и разрежения; дифференциальные манометры - для измерения разности (пере­пада) давления.

2.По принципу действия: жидкостные - измеряемое давление уравновешивается стол­бом жидкости; поршневые - измеряемое давление, действуя по одну сто­рону поршня, уравновешивается давлением, создаваемым силой, приложенной с противоположной стороны. В качестве уравновеши­вающей силы используют непосредственную нагрузку (грузы); пружинные - измеряемое давление деформирует различного рода пружины. Деформация, увеличенная при помощи переда­точного механизма и преобразованная в перемещение указателя, является мерой измеряемого давления; электрические, основанные на изменении электрических свойств некоторых материалов при воздействии на них давления; радиоактивные - измеряемое давление вызывает соответст­вующее изменение ионизации, производимой излучениями и ре­комбинацией ионов.

Жидкостные приборы применяются преимущественно в лабо­раторных условиях, поршневые манометры - для градуировки приборов.

На промышленных объектах применяются преимущественно пружинные и электрические манометры различных типов.

Пружинные манометры и вакуумметры

Пружинные приборы (манометры, вакуумметры и барометры) широко применяются для измерения давления и разрежения. Преимуществом их являются: портативность, простота примене­ния в условиях тряски и толчков и большой диапазон измерения - от десятков миллиметров водяного столба до десятков тысяч паскалей.

По типу чувствительного элемента, применяемого в приборе, различают трубчатые, многовитковые (геликоидальные), мембранные, сильфонные и анероидные манометры.

Манометры с трубчатой пружиной:

Устройство трубчатого манометра: упругий элемент этого прибора представляет собой согнутую по кругу полую трубку, имеющую в сечении форму эллипса или удлиненного овала. Один конец этой трубки впаян в держатель, второй конец заглушен пробкой. Держатель прикреплен к кор­пусу манометра винтами и имеет выступающий из корпуса штуцера, посредством которого подсоединяют прибор. Внутри шту­цера имеется канал, соединяющийся с внутренней полостью трубки. В верхней части дер­жателя расположена строганая площадка, на которой смонтирован передаточный, механизм. Свобод­ный конец трубки шарнирно соединен с поводком, второй которого также шарнирно связан с зубчатым сектором. Сектор может свободно вращаться вокруг оси, проходящей через его середину и фиксированной в от­верстиях нижней и верхней пла­стин механизма. Чтобы избежать мертвого хода, к трибке (маленькой шестерне) присоединен упругий металлический волосок, другой конец которого крепится к ка­кой-либо неподвижной части манометра. Под действием давления трибка раскручивается и тянет пово­док который поворачивает сектор вокруг оси. Поворачиваясь, сектор вращает трибку с насаженной на ее ось стрелкой, указыва­ющей на шкале измеряемое давление.

В зависимости от назначения пружинные манометры делятся на образцовые, контрольные и технические (общего назначения и специальные).

Манометр с винтовой трубчатой пружиной

Винтовая трубчатая пружина (геликоидальная) представляет собой полую спиральную трубку с витками, расположенными по винтовой линии. В сече­нии эта пружина имеет форму эллипса или удлиненного овала.

Самопишущие манометры с винтовой трубчатой пру­жиной предназначены для из­мерения и записи давления жидкости, пара и газов и относятся к группе техниче­ских манометров. Устройство самопишущего манометра с геликоидальной пружиной:

измеряемое давление под­водится к штуцеру, закреп­ленному в нижней части кор­пуса прибора и через капиллярную трубку воз­действует на геликоидальную пружину. Один конец пру­жины припаян к угольнику, который крепится к корпусу прибора, другой соединен с осью. При повышении давления свободный конец пружины перемещается и вращает ось. При изменении давления перемещается стрелка, на конце которой закреплено перо. Перо записывает измене­ния давления на диаграммном бланке, перемещаемом часовым механизмом или синхронным электродвигателем.

Манометр мембранный

В мембранном манометре в качестве измерительного элемента применяется упругая пластина-мембрана. Устройство мембранного манометра: в нижний фланец ввернут штуцер, которым манометр под­ключается к измеряемой среде. Между верхним и нижним фланцами закреплена мембрана. Передаточный механизм прибора со стрелкой собраны в корпусе. Давление, оказываемое на мембрану, вызывает прогиб ее и перемещение закрепленной в центре стойки, имеющей шар­нирное соединение с поводком. Поводок соединен с сектором, который находится в зацеплении с трибкой. Трибка жестко сидит на оси, на которой закреплена стрелка. Перемещения мембраны, пропорциональные испытываемому ею давлению, через поводок и сектор передаются стрелке, которая на шкале указывает измеряемое давление. Предел измерения мембранного манометра зависит от размеров мембраны (толщины, диаметра) и материала, из которого мембрана изготовлена.

Приборы с коробчатой мембраной

Коробчатые мембраны применяются для измерения разреже­ний, давлений (тягомеры и напоромеры), для измерения атмосфер­ного давления (барометры) и разности давлений (дифманометры).

В качестве измерительного элемента в приборах этого типа применяется коробчатая мембрана (иногда ее называют анероидом) представляющая собой упругую тонкостенную коробку. В не­которых случаях в этих коробках создают вакуум (барометры, тягометры, напоромеры). Коробчатые мембраны, используемые в дифманометрах, заполнены жидкостью.

Устройство бесшкального дифманометра: в качестве чувствительного элемента в этом приборе исполь­зуются две металлические мембранные коробки, прикреплен­ные к основанию. Внутренние полости их соединены между собой и заполнены дистиллированной водой. С центром верхней мембранной коробки связан железный сердечник, который входит в полость катушек дифференциаль­но-трансформаторного преобразователя. Сердечник перемещается внутри разделительной трубки, изготовленной из немагнитного сплава. Под действием разности давлений в камерах нижняя мембранная коробка сжимается. При этом жидкость из нижней мембранной коробки перетекает в верхнюю мембранную коробку, вызывая перемещение ее верхнего центра и связанного с ним сер­дечника преобразователя. Сердеч­ник перемещается до тех пор, пока сила, вызванная разностью давлений, не уравновесится силами упругой деформации мембранных коробок.

Сильфонные манометры

Чувствительным элементом в приборах этого типа является сильфон, представляющий собой металлический цилиндр с гоф­рированными стенками. Сильфоны изготовляются из латуни, бериллиевой бронзы и специального сплава - нержа­веющей стали. Действие на сильфон внешнего или внутреннего давления приводит к изменению длины его (сжатие или растяже­ние - в зависимости от направления действующей нагрузки

Устройство сильфонного самопишущего манометра: прибор собран в круглом металлическом корпусе. Измеряемая среда действует на сильфон, находящийся в камере. Внутреннее пространство сильфона сообщается с атмосферой. Внутри сильфона расположена пружина, противодей­ствующая сжатию его. В дно сильфона упирается штифт, соеди­ненный с рычагом, передающим движение от сильфона рычагу. Рычаг тягой соединен с рычагом, передающим движение стрелке с укрепленным на ней пером. Прибор для измерения подключается посредством штуцера. Таким образом, изменение давления в камере вызывает пере­мещение дна сильфона, которое через штифт и систему, состоя­щую из рычагов и тяги, передается стрелке. След движения стрелки записывается на диаграмме, перемещаемой часовым механизмом или синхронным двигателем.

Пределы измерений сильфонного манометра от 0,0245 до 0,392 МПа (0,25-4 кгс/см²).