- •Измерение количества и расхода вещества
- •Измерение расхода на основе контроля изменения тепловых эффектов потока вещества
- •Электромагнитные и ультразвуковые расходомеры
- •Вихревые расходомеры с обтекаемым телом
- •Вихревые расходомеры с прецессией воронкообразного вихря (с закрученным потоком)
- •Кориолисовые расходомеры и плотномеры
- •Измерение плотности
- •Тахометрические расходомеры
- •Счетчики количества Скоростные и объемные счётчики количества жидкости
- •Турбинные счетчики газа
- •Современные модели крыльчатых счетчиков воды, их характеристики
- •Мембранные (диафрагменные, камерные) счетчики газа
- •Ротационные счетчики газа
Измерение количества и расхода вещества
При определении мощности, производительности и к.п.д. энергетических установок, контроле и управлении производственными процессами требуется точное и надежное измерение расхода различных жидких и газообразных веществ в напорных линиях. Для этих целей используются различные конструкции расходомеров, наиболее популярные их типы сведены в таблицу приведенную ниже..
Прибор, измеряющий расход, т. е. количество вещества, проходящее в трубопроводах в единицу времени, называют расходомером. Если расходомер снабжен суммирующим устройством со счетчиком, он служит для одновременного измерения расхода и количества вещества и называется счетчиком количества. Показания счетчика выражаются в единицах объема (м3, л) или в единицах массы (кг, т). Соответственно различают измеряемый объемный (м3/ч, м3/с) и массовый расход вещества (кг/ч, кг/с, т/ч)
Применяют различные методы измерения расхода вещества, по способу измерения расходомеры можно разделить на:
расходомеры переменного перепада давления – приборы, принцип действия данных приборов основан на измерении перепада давления на установленном внутри трубопровода сужающем устройстве, который служит мерой расхода протекающего по трубопроводу вещества;
расходомеры обтекания – приборы принцип действия, которых базируется на восприятии динамического напора проходящего по трубопроводу вещества чувствительным элементом прибора, в результате воздействия восходящего потока поплавок перемещается до момента установления равновесия межу подъемной силой и весом поплавка, это положение служит мерой расхода при постоянном давлении в системе;
расходомеры с непрерывным движением приемного устройства – это приборы, чувствительный элемент которых под действием динамических усилий потока совершает вращательное или колебательное движения, скорость этих движений служит эквивалентом расхода вещества;
электрические расходомеры – приборы, принцип действия которых основан на измерении изменяющихся в зависимости от расхода электрических параметров системы, например, электромагнитные расходомеры осуществляющих измерение наведенной э.д.с., возникающей при взаимодействии движущейся электропроводящей жидкости с магнитным полем;
тепловые расходомеры – проборы используют зависимость между расходом вещества и теплом, отдаваемым от нагревательного элемента потоку вещества;
ультразвуковые расходомеры – приборы, действия которых основаны на зависимости распространения ультразвуковых колебаний в потоке вещества.
Наиболее распространены следующие расходомеры: переменного перепада давления с сужающими устройствами, постоянного перепада давления, тахометрические, электромагнитные, ультразвуковые, вихревые, кориолисовые и другие.
Измерение расхода по перепаду давления на сужающем устройстве
Расходомеры переменного перепада давления основаны на том, что с изменением расхода вещества перепад давления (ΔР) создается неподвижным устройством, установленным на линейном участке трубопровода диаметром от 50 до 1600 мм. К сужающим устройствам, применяемым на производстве, относят диафрагмы, сопла и сопла Вентури, вид которых приведен на рис. 1.
Рис. 1. Сужающие устройства: а — диафрагма, б — сопло, в - сопло Вентури
Эти устройства используют в комплекте с дифференциальными манометрами для измерения расхода и количества жидкостей, газов и паров.
Наиболее простым и широко используемым сужающим устройством является диафрагма (рис. 1, а). Диафрагма представляет собой тонкий диск, изготовленный из нержавеющей стали, острая кромка отверстия обращена на встречу потоку вещества, а выходная – расточенная на конус. Поскольку площадь сечения проходного отверстия диафрагмы меньше площади сечения трубопровода, при прохождении через неё поток вещества сужается, а его скорость возрастает, т. е. перед диафрагмой давление возрастает, а за ней уменьшается.
Э то объясняется переходом части потенциальной энергии потока в кинетическую, при этом кинетическая энергия пропорциональна квадрату скорости потока, а потенциальная – статическому давлению. В то же время скорость потока пропорциональна расходу вещества в единицу времени, поэтому с увеличение расхода возрастает и перепад давления на сужающем устройстве, т. е. ΔР = Р1 – Р2.
Таким образом, измеряя перепад давления на сужающем устройстве, можно определить расход вещества по уравнению: , где k – коэффициент учитывающий соотношение размерности входящих в уравнение величин, параметров сужающего устройства и контролируемой среды.
Отбор давления осуществляется с помощью кольцевых камер, расположенных по окружности трубы, или с помощью отдельных отверстий в трубопроводе (бескамерный отбор).
Сопло (рис. 1, б) имеет спрофилированную входную часть, которая переходит в цилиндрический участок диаметром d. Отбор давления осуществляется так же, как и в диафрагме. Сопла используют для измерения расхода паров и газов, причем они позволяют измерять больший расход, чем диафрагма. Потери давления и ошибки измерения у сопла ниже, чем у диафрагмы.
Сопло Вентури (рис. 1, в) применяют там, где при измерении расхода недопустимы большие потери давления. Оно состоит из двух частей: стандартного сопла и диффузора. Отбор давления от сопла осуществляется через кольцевые камеры
Методика измерения расхода веществ с помощью сужающих устройств
Стандартные сужающие устройства в комплекте с дифманометрами применяют для измерения расхода веществ в трубопроводах круглого сечения. При установке сужающих устройств соблюдают ряд требований:
фазовое состояние вещества при прохождении через сужающее устройство не должно меняться (жидкость не испаряется, пар не конденсируется; газы, растворенные в жидкости, не выделяются);
участки трубопровода до и после сужающего устройства должны быть прямыми без запорной арматуры, чтобы конденсат или пыль, выделяющаяся из пара либо газа, а также осадок или воздух, выделяющийся из жидкости, не скапливались в трубопроводе;
при измерении расхода агрессивных жидкостей, газов, а также нефтепродуктов дифманометры надо устанавливать со специальными разделительными сосудами;
если при измерении расхода параметры среды отличаются от расчетных, в показания прибора вводят поправки;
длина импульсных линий от сужающих устройств к дифманометрам не должна превышать 15 м, а их внутренний диаметр должен быть не менее 8 мм;
импульсные линии прокладывают вертикально или с уклоном 1/10, при этом должны быть плавными изгибы труб и обеспечиваться герметичность линий и арматуры, а также их теплоизоляция;
на импульсных линиях вблизи дифманометра устанавливают вентили для продувки линий;
дифманометры устанавливают по отвесу на твердом основании в местах, где нет тряски и вибрации, а вторичные приборы — на блочных щитах управления.
Зависимость между перепадом давлений в сужающем устройстве и расходом среды позволяет градуировать эти приборы в единицах расхода. Для получения линейной шкалы расходомеров в электрическую или кинематическую схему приборов включают устройства, осуществляющие операцию извлечения квадратного корня из измеряемой разности давлений. Это затрудняет обслуживание расходомеров и является их существенным недостатком. Другой недостаток таких расходомеров — суженный диапазон измерения расхода среды (30—100% максимального значения измеряемой величины).
Недостатки — нелинейная зависимость расхода от разности давлений, что вызывает большие погрешности в измерении малых расходов; инерционность показаний прибора из-за наличия соединительных линий; необходимость проведения индивидуальной градуировки расходомеров при измерении расхода вязких сред или в трубах малого диаметра; нарушение целостности трубопроводов при установке в них сужающих устройств.
Основными достоинствами расходомеров с сужающими устройствами являются: широкие области давлений, температур и расходов, в которых их можно использовать при измерении однофазных веществ; определение градуировочной характеристики расчетным путем; взаимозаменяемость дифманометров и вторичных приборов.