Приборы для измерения расхода вещества

КОНТРОЛЬНО-ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ

Приборы для измерения расхода вещества

Разработал : мастер п/о филиала №4 ФКПОУ №57 /Найкин Ю. И./

Расход вещества и методы измерения расхода.

Масса вещества, перемещаемая в единицу времени по трубопроводу или каналу, называется расходом вещества. Расход вещества выражают в единицах измерения объема или массы. Наиболее распространенные единицы измерения объемного расхода — м 3 /с, м 3 /ч, а массового — кг/с, кг/ч и т/ч. Для перевода объемных единиц измерения расхода в массовые и обратно используют формулу

G=Vρ, где: G — массовый расход вещества, кг/с; V — объемный расход вещества, м 3 /с; ρ — плотность вещества, кг/м 3 .

К приборам, измеряющим объем газа, относятся счетчики. С их помощью определяется суммарный объем газа, прошедшего за известный промежуток времени, для чего отсчитываются показания прибора в начале и конце периода измерения и вычисляется разность этих показаний. Приборы, измеряющие расход, называются расходомерами. Расходомеры показывают или записывают мгновенное значение расхода, отнесенного к единице времени. В ряде случаев расходомер снабжается суммирующим счетным механизмом (интегратором). Для определения массы и расхода жидкости, газа или пара обычно применяют следующие методы измерений: дроссельный, скоростной и объемный.

Дроссельным методом определяется расход, а скоростным и объемным — объем жидкости, газа и пара.

Дроссельные расходомеры. Дроссельный метод измерения основан на изменении статического давления среды, проходящей через искусственно суженное сечение трубопровода.

Дроссельный расходомер состоит из сужающего устройства, устанавливаемого в трубопроводе и служащего для местного сжатия струи (первичный прибор), дифференциального манометра, предназначенного для измерения разности статических давлений протекающей среды до и после сужающего устройства (вторичный прибор), и соединительных линий (двух трубок), связывающих между собой оба прибора.

Сужающее устройство (диафрагма) имеет круглое отверстие, расположенное концентрично относительно стенок трубы, диаметр d которого меньше внутреннего диаметра D трубопровода.

При прохождении потока через сужающее устройство происходит изменение потенциальной энергии вещества, часть которой вследствие сжатия струи и соответствующего увеличения скорости потока преобразуется в кинетическую энергию. Изменение потенциальной энергии приводит к появлению разности статических давлений (перепада давления), которая определяется при помощи дифференциального манометра. По измеренному перепаду давления может быть определена кинетическая энергия потока при дросселировании, а по ней — средняя скорость и расход вещества.

На рис. 1 показано, как устанавливается диафрагма в трубопроводе и как меняется при этом характер потока.

Рис. 1. Характер потока в трубопроводе при установке сужающего устройства:

D, d — диаметр трубопровода и сужающего устройства; F 1 , F 0 , F 2 — площади сечений соответственно трубопровода, сужающего устройства, максимально сжатого участка; v 1 , v 2 — скорости потока в трубопроводе и максимально сжатом участке.

По способу отбора статического давления к дифференциальному манометру стандартные диафрагмы делятся на камерные и бескамерные (рис. 2).

В камерной диафрагме импульсы давления к дифференциальному манометру передаются через две кольцевые уравнительные камеры, позволяющие усреднить давление по окружности трубопровода и обеспечивающие более точное измерение перепада давления в камере. Установка диафрагм связана с выполнением ряда требований.

Необходима тщательная центровка отверстия сужающего устройства относительно оси трубы. Не допускается наличие на внутренней поверхности трубопровода перед сужающим устройством больших неровностей, например уступов, сварных швов, выступающих внутрь уплотнительных прокладок и т.д. До и после сужающего устройства необходимо иметь прямые «успокоительные» участки трубопровода постоянного диаметра, так как различные местные сопротивления (колена, угольники, вентили, задвижки и т.п.) приводят к искажению потока и увеличению погрешности измерения.

Наименьшие относительные (выраженные в кратных по отношению к диаметру трубопровода числах) длины прямых участков перед суживающим устройством и после него зависят от модуля диафрагмы m=d 2 /D 2 и характера местных сопротивлений и составляют:

• для участков до диафрагмы l 1 /D = 10...80;
• для участков после диафрагмы l 2 /D = 4...8.

При правильно выполненных диафрагмах основная погрешность измерения не превышает ±0,5... 1% .

Рис. 2. Камерная ( I ) и бескамерная ( II ) стандартные измерительные диафрагмы:

D, d – диаметр трубопровода и сужающего устройства; φ – угол скоса;

«+» и «–» – импульс давления соответственно до и после диафрагмы.

Объемные счетчики для газа. Для измерения объема горючего газа используются объемные ротационные счетчики. Ротационный счетчик (рис. 3, а) содержит измерительную камеру 1 , в которой размещены две широкие вращающиеся в разные стороны лопасти 2 и 3 восьмеричной формы.

Действие ротационного счетчика основано на вытеснении определенных объемов газа, заключенных между стенками измерительной камеры и лопастями, при вращении последних под влиянием разности давлений газа до счетчика и после него. Величина зазоров между шестернями и стенками измерительной камеры не превышает 0,03...0,06 мм, т.е. погрешность измерения из-за перетекания газа через них невелика.

Прибор имеет роликовый счетный механизм 4 , связанный с одной из лопастей при помощи магнитной муфты или непосредственно выходной осью, пропущенной через сальниковое уплотнение. Для контроля за степенью засоренности счетчика в него встроен водяной двухтрубный дифференциальный манометр 5 , измеряющий перепад давления в приборе.

Ротационные счетчики устанавливают на вертикальных участках газопровода с нисходящим потоком газа. Входной патрубок счетчика снабжен сетчатым фильтром для очистки газа от механических примесей.

Ротационные счетчики типа PC выпускаются на номинальную производительность от 40 до 1000 м 3 /ч. Сопротивление счетчиков при номинальном расходе газа составляет 300 Па (30 мм вод. ст.).

Турбинные (скоростные) счетчики. Газовый тахометрический тур­бинный счетчик (рис. 3, б ) состоит из чугунного корпуса 6 с фланцами для присоединения к трубопроводу, турбины 7 , счетчика 8, обтекателей 10 , расположенных с обеих сторон турбины. Лопатки турбины размещены в кольцевом зазоре между гильзой 12 и обтекателями 10 и имеют наклон около 45°. Спереди и сзади турбины установлены неподвижные направляющие лопатки 11, выравнивающие поток газа. Турбина связана посредством червячной передачи редуктора 9 со счетчиком 8. Частота вращения турбины пропорциональна скорости течения газа, а следовательно, и его расходу.

Рис. 3. Счетчики расхода газа:

а — ротационный типа РС-100М; б — турбинный (тахометрический); 1 — измерительная камера; 2, 3 — лопасти;

4 — счетный механизм; 5 — дифференциальный манометр;

6 — корпус; 7 — турбина; 8— счетчик; 9 — редуктор:

10 — обтекатели; 11 — неподвижные направляющие аппараты; 12 — гильза.