книги / Расходомеры и счетчики количества веществ. Расходомеры переменного перепада давления, расходомеры переменного уровня, тахометрические расходомеры и счетчики
.pdfМультипликаторы рекомендуется применять для целей авто матического регулирования, когда не так важно абсолютное зна чение расхода, а важно изменение этой величины по отношению к другой заданной величине. Мультипликаторы также необходи-
|
|
Виды осредняющихтрубок |
Таблица 25 |
|
|
|
|
||
№ п/п |
Форма трубки-зонда |
Характеристика |
||
1 |
|
|
Трубка Annubar круглая. Точка от |
|
|
|
|
рыва пристенной струи зависит от пара |
|
|
|
|
метров потока. Коэффициент расхода |
|
|
|
|
зависит от числа Re. В России круглые |
|
|
|
|
трубки используют с отбором статиче |
|
|
|
|
ского давления у стеики трубопровода, |
|
|
|
|
а зондом является трубка с пьезометри |
|
|
|
|
ческими отверстиями |
|
2 |
|
|
Конструкция Haneywell более ста |
|
|
|
|
бильная на отрыв струи. Датчик гене |
|
|
|
|
рирует вихри большой энергии, поэто |
|
|
|
|
му сигналы переменные во времени. |
|
|
|
|
При больших скоростях трубка вибри |
|
|
|
|
рует. Многоточечное размещение пьезо |
|
|
|
|
метрических отверстий |
|
3 |
|
|
У Пресо небольшие изменения пото |
|
|
|
|
ка по направлению на датчик в отноше |
|
|
|
|
нии его оси вызывают большую раз |
|
|
|
|
ность др - 2рд и поэтому большую по |
|
|
|
|
грешность измерения. В промышлен |
|
|
|
|
ных применениях неоднократно прояв |
|
|
|
|
ляется сложение направлений вектора |
|
|
|
|
скорости |
|
4 |
|
|
Фирма IWK предложила целевой |
|
< |
е |
е |
отбор давления с помощью двух отдель |
|
ных зондов, расположенных рядом. Ус |
||||
тановлено улучшение в стабильности |
||||
работы в области измерений |
||||
5 |
|
|
Конструкция датчика фирмы «Ve- |
|
< § Е Э |
ris> позволяет избежать отрыва при |
|||
стенной струи. Установлено улучшение |
||||
стабильности работы зонда в измеряе |
||||
мом диапазоне. Одиако при очень боль |
||||
отрывших скоростяхструи |
потока может произойти |
172
мы при измерении малых скоростей потока, когда перепад давле ний на трубке очень мал.
Потери давления на всех типах трубок незначительны.
Для ориентировочной оценки значений расхода с помощью на порных трубок можно использовать приведенные выше данные коэффициентов расхода и данные графиков.
Взаключение следует отметить, что применение напорных тру бок потребует меньших затрат, чем при сужающих устройствах.
ВПольше 3. Кабзой проведены экспериментальные и теорети ческие исследования [40] осредняющих цилиндрических зондов, устанавливаемых по диагонали канала как для одного (рис. 61), так и для двух, образующих осредняющий крест. Пьезометричес кие отверстия размещены в соответствии с линейно-логарифми ческой моделью потока в прямоугольном канале с гидравличес ким диаметром Dn > 300 мм и отношением боковых стенок от
0,3 до 1. Числа Рейнольдса от 65 000 до 420 000. Для таких данных определены диаметры отверстий от 0,11 до 0,28 диамет ра трубки.
Установка элементов, возмущающих поток в канале, на рас стоянии 12D от сечения измерения вызвала приращение коэффи циента расхода а в среднем на 3 % . В случае использования зондов с внутренним диаметром 12 мм d и отверстиями dQдиа метром 2 мм получено: а = 0,93 для отношений сторон каналов от 0,6 до 1; а = 0,95 для отношений от 0,4 до 0,5; а = 0,97 для отношений более 0,3.
Таким образом, величина а стабильна от 1 до 2 % для отноше ний сторон от 0,4 до 1,0 и указанных чисел Рейнольдса. Причи ной возрастания погрешности являются деформация или загряз нение потока. Наименьшая ошибка возникала при засорении от верстий 2 и 5 (см. рис. 61), величина а увеличивалась на 0,8 % . Исключение отверстий 1 и 6 вызвало приращение а на 3 % , а отверстий 3 и 4 — на 4 % . При засорении центральных отвер стий 2,3,4 и 5 ошибка составляла 12 % .
За границей развитие осредняющих трубок, показанных в табл. 25 из доклада 3. Кабзы на 10-й Конференции в 1996 г., идет в направлении разного размещения и профилирования пьезомет рических отверстий [39].
В табл. 25 показаны ранее разработанные формы осредняющих трубок, а в предыдущем разделе показана и другая, кроме круглой, форма трубки Annubar (см. рис. 60, б) [40].
Г л а в а 6
СОЕДИНИТЕЛЬНЫЕ И ВСПОМОГАТЕЛЬНЫЕ УСТРОЙСТВА РАСХОДОМЕРОВ
СДИФМАНОМЕТРАМИ
6.1.СОЕДИНИТЕЛЬНЫЕ ТРУБКИ
Сужающее устройство (или другой преобразователь расходомера переменного перепада давления) соединяется с дифференциальным манометром двумя импульсными (соединительными) трубками.
В большинстве случаев диаметр трубок выбирают в пределах от 8 до 13 мм (чаще всего 10-12 мм). Меньшие диаметры неже лательны из-за опасности засорения трубок и образования в них воздушных пузырей или водяных пробок. С увеличением же диа метров возрастает расход материала и проводка становится гро моздкой, а при измерении расхода газа происходит и запаздывание показаний. Но с увеличением длины трубок, а также вязкости и загрязненности измеряемой среды ИСО рекомендует [12] увеличи вать диаметр трубок (табл. 26).
Длину соединительных трубок желательно выбирать возможно меньше. При этом возрастают надежность проводки и быстродей ствие расходомера. Так, ИСО рекомендуют иметь эту длину не бо лее 16 м, но нет запрета на применение и более длинных трубок.
Материал для изготовления трубок должен выдерживать дав ление измеряемого вещества, быть антикоррозийным и по возмож ности удобным для монтажа. В большинстве случаев применяют стальные трубки: водогазопроводные (газовые) и бесшовные (ис пользуются при относительно больших давлениях). Бесшовные могут быть изготовлены из углеродистой стали, а также из низко легированной и высоколегированной. Более удобны для монтажа красномедные трубки из-за их гибкости в отожженном состоянии. Они применимы при измерении расхода пара, воды, сухого и влаж ного воздуха. Но вследствие дефицита цветных металлов их при меняют лишь в особых случаях, например на транспортных уста новках, когда возможна вибрация линии и не допустимо примене ние стальных трубок. В некоторых случаях находят применение трубки из латуни, алюминия и алюминиевых сплавов. Для невы-
Т а б л и ц а 26
Внутренние диаметры соединительных трубок в зависимости от их длины
Измеряемое вещество |
|
Длина трубок, м |
|
|
До 18 |
18-45 |
45-90 |
||
|
||||
Вода, пар, сухой газ |
7 |
10 |
13 |
|
Влажный газ |
13 |
13 |
13 |
|
Масло малой и средней вязкости |
13 |
19 |
25 |
|
Очень загрязненная жидкость или газ |
25 |
25 |
38 |
174
соких давлений (до 0,6 МПа) могут применяться трубки из спе циальной резины и пластмасс: полиэтиленовые, поливинилхло ридные, винипластовые и фторопластовые. Последние пригодны для измерения расхода различных агрессивных сред при темпе ратурах от -196 до +250 °С [11].
При монтаже соединительных трубок надо обеспечить их гер метичность и возможность периодической чистки, осуществляемой в разъемных соединениях, которые обычно образуются с помощью накидных гаек. Плотность трубок проверяется в процессе специ альных испытаний. На концах трубок устанавливают запорные органы (желательно игольчатые вентили прямоточного типа), об ладающие одним и тем же сопротивлением при любом направле нии движения среды. Это особенно важно при измерении перемен ных расходов. Проходные сечения вентилей должны быть не меньше, чем сечения трубок.
Не допустимы горизонтальные участки у трубок. Последние должны иметь уклон не менее 1 : 10 или лучше 1 : 12 [12] для того, чтобы конденсат и осадки могли удаляться в ловушки или отстойники, а пузырьки газа подниматься к газосборникам или уходить в трубопровод. Эти уклоны надо увеличивать при измере нии расхода жидкостей более вязких, чем вода. Изгибы у трубок надо делать плавными, т. е. без прямых и острых углов, а также без вмятин. Расстояние от стен и колонн цеха должно быть не менее 25-30 мм [11]. Во избежание неодинакового нагрева или охлаждения обеих трубок их надо располагать близко друг к другу и (в случае необходимости) изолировать. Пластмассовые трубки необходимо прокладывать на расстоянии не менее 100 мм от по верхностей, имеющих температуру 60-100 °С. Трубки должны быть доступны для контроля и чистки.
6.2. УСТРОЙСТВА, ПРИМЕНЯЕМЫЕ ПРИ ИЗМЕРЕНИИ РАСХОДА ПАРА
При измерении расхода пара соединительные трубки заполне ны конденсатом. При измерении расхода может нарушиться ра венство конденсатных столбов в обеих трубках за счет перемеще ния части конденсата в дифманометр. Во избежание этого при меняют уравнительные сосуды, имеющие большую площадь по перечного сечения. Они устанавливаются непосредственно у су жающего устройства.
Дифманометр желательно располагать ниже сужающего уст ройства (рис. 62, а) с тем, чтобы воздух, выделившийся или слу чайно попавший в трубки, мог уйти в паропровод. При необходи мости установки дифманометра выше сужающего устройства надо на самом верху поместить газосборники (рис. 62, б). При гори зонтальном трубопроводе давления р\ и р2 отбирают по горизон тальному диаметру. При вертикальном и наклонном паропрово-
175
Рис. 62. Схемы расположения уравнительных сосудов и соеди нительных трубок при дифманометре. находящемся: а — ниже диафрагмы; б — выше диафрагмы
де трубку, идущую от нижнего отверстия отбора, теплоизолируют, поднимают до плоскости верхнего отверстия и в одной плоскости вводят обе трубки в уравнительные сосуды. Последние бывают со стоком и без стока конденсата в паропровод [012]. Преимуще ственно применяют первые. Их действие тем эффективнее, чем больше горизонтальная площадь / с зеркала в сосуде и чем мень ше измерительный объем Уи дифманометра, т. е. тот объем, кото рый перемещается из одного колена в другое при изменении пе
репада от 0 до АршахПогрешность измерения расхода 6^ % , возникающая в момент
измерения перепада от Api до Др2» определяют формулой
8 |
- 50уи (Рж -P n )g &Р2-&Р1' |
|
4 |
fc APmax |
ДР2 |
где рж и рп — плотности жидкости и пара в уравнительном сосу де соответственно.
Эта формула позволяет определить площадь горизонтального поперечного сечения сосуда /с для заданной погрешности 8^ ис ходя из измерительного объема Уи и предельного перепада Дртах дифманометра. Чем больше Уи и чем меньше Дртах, тем больше должна быть площадь сосуда /с.
Форма уравнительных сосудов, рекомендуемая ИСО [12], пока зана на рис. 63. Малый сосуд имеет длину L = 100 мм и вмести мость 170-250 см3, большой — длину L = 230 мм и вместимость 600-800 см3. Толщина стенки s составляет 5, 7,1 и 12,5 мм при испытательном давлении 19 и 54 МПа. Диаметры di и d2 нахо дятся в пределах от 12,7 до 24 мм в зависимости от давления и способов соединения концов трубки. Диаметр d3 = (8+8,7) мм.
176
Рис. 63. Уравнительные сосуды, рекомендуемые ИСО
Для дифманометров компенсационного типа, имеющих очень малую величину VH, уравнительные сосуды можно [12] заменять короткими изолированными горизонтальными трубками.
При очень высокой температуре пара для предохранения сужа ющего устройства от попадания холодной жидкости из трубок ИСО рекомендует непосредственно перед сужающим устройством рас полагать ловушку типа кармана, объем которого примерно равен объему уравнительного сосуда.
6.3. УСТРОЙСТВА, ПРИМЕНЯЕМЫЕ ПРИ ИЗМЕРЕНИИ РАСХОДА ВОДЫ И НЕАГРЕССИВНЫХ ЖИДКОСТЕЙ
При измерении расхода жидкостей дифманометр желательно устанавливать ниже сужающего устройства, чтобы воздух, выде лившийся в соединительных трубках, мог уйти в трубопровод. Если необходимо установить дифмано метр выше сужающего устройства, то еще выше дифманометра надо помес тить сборники воздуха, а соединитель ные трубки, присоединяемые к сужаю щему устройству при горизонтальном трубопроводе в плоскости горизонталь ного диаметра или немного ниже, надо сперва опустить вниз на 100-200 мм и лишь затем вести их кверху. Диаметр сборников воздуха 25-60 мм, высота равна четырем диаметрам. В случае загрязнения измеряемой жидкости надо несколько ниже сужающего уст ройства поместить отстойные камеры.
На рис. 64. показана схема с отстойны-
Рис. 64. Схема соединений при измерении рас хода воды в дифманометре, находящемся выше диафрагмы:
1 — отстойные камеры: 2 — сужающее устройство: 3 — дифманометр; 4 — воздухосборник
177
12 П. П. Кремлевский
ми камерами и сборниками воздуха при дифманометре, установ ленном выше сужающего устройства.
В случае опасности замерзания воды в соединительных труб ках применяют электрический или паровой обогрев. Но при этом надо обеспечить равномерность нагрева обеих трубок и избежать испарения воды в трубках. Если температура жидкости в трубо проводе более 120 °С, то для обеспечения равенства плотностей жидкости в обеих соединительных трубках следует установить уравнительные сосуды (как и при измерении расхода пара).
6.4. УСТРОЙСТВА, ПРИМЕНЯЕМЫЕ ПРИ ИЗМЕРЕНИИ РАСХОДА АГРЕССИВНЫХ И ВЯЗКИХ ЖИДКОСТЕЙ
При измерении расхода агрессивных и вязких жидкостей надо предотвратить их проникновение в соединительные трубки и дифманометр. Для этого применяют сосуды с разделительными жид костями, вялые мембраны (но не для вязких жидкостей) и непре рывно продувают или промывают соединительные трубки.
Разделительные сосуды с разделительными жидкостями. Этот метод защиты от агрессивных и вязких жидкостей наиболее рас пространен. Для его применения необходима разделительная жид кость, которая не должна смешиваться или взаимодействовать с измеряемой жидкостью и манометрической жидкостью дифманометра. Она не должна быть вязкой при температуре среды, окружа ющей соединительные трубки и дифманометр, и быть нейтральной по отношению к материалам, из которых они изготовлены. В каче стве разделительных жидкостей применяют: глицерин, водоглице риновые смеси, дибутилфталат, этиловый спирт, этиленгликоль, водоэтиленгликолевые смеси и др. Хорошо себя зарекомендовали при измерении расхода сильных кислот, щелочей, окислителей и вос становителей фтороуглеродистые жидкости Б-1 и М-1, имеющие температуру застывания -17 °С и -14 °С и вязкость при 20 °С от 1,5 •10“5 до 3,5 •1СГ5 м2/с и от 5 •1(Г5 до 11 •10“5 м*/с соответ ственно. Плотность этих жидкостей 2000 кг/м3. Они диэлектри ки и не взаимодействуют с металлами. Их можно применять,
вчастности, для измерения расхода хромовой кислоты, дымящей ся азотной кислоты, перманганата калия, перекиси водорода, га логенов и концентрированной серной кислоты до 200 °С.
Для измерения расхода вязких и коксующихся веществ (гуд рона, битума, рециркулянта), подаваемых поршневыми насосами,
вработе [10] рекомендуется заполнять сосуды чистым диэтилен гликолем, а в соединительные трубки ставить гасители пульса
ций (капилляры) и применять компенсационные дифманометры, имеющие ничтожный измерительный объем.
Разделительной жидкостью заполняют дифманометр, соедини тельные трубки и половину объема разделительных сосудов, уста навливаемых около сужающего устройства (рис. 65). В остальной
178
Рис. 65. Схема расположения разделительных сосудов и соединитель ных трубок: а — разделительная жидкость тяжелее измеряемой; б — разделительная жидкость легче измеряемой;
1 — сужающее устройство; 2 — вентиль; 3 и 8 — уравнительные вентили; 4 — раздели тельный сосуд; 5 — измеряемая жидкость; б — разделительная жидкость; 7 — конт рольный вентиль; 9 — запорный вентиль; 10 — дифманометр; 11 — соединительная трубка при верхнем расположении дифманометра
части этих сосудов находится измеряемая жидкость, передающая давление р\ и Р2 в дифманометр через разделительную жидкость. Если плотность разделительной жидкости рр больше плотности из меряемой, то она заполняет нижние половины сосудов (рис. 65, а), в противном же случае — верхние (рис. 65, б).
При применении разделительных сосудов появляется система тическая погрешность измерения расхода 8д (% ) из-за разности плотностей рр и ри, определяемая уравнением
(Рр Рu)g
8,, = -400
Пdl APmax
где Уи — измерительный объем дифманометра; dc — диаметр разделительного сосуда; Артах — предельный перепад дифмано метра.
Для учета этой погрешности надо в показания расходомера вво дить поправку 8д или же рассчитывать сужающее устройство не на перепад Артах, а на перепад Дрр, определяемый формулой
АРр = АРтах ®^и(Рр ~~ Ри)£ / ndc *
179
12*
Знак плюс в правой части этой формулы при
Рр > Ри> а знак минус — при рр < ри.
При измерении расхо да вязких жидкостей раз делительные сосуды обо гревают, а при измерении расхода сжиженного газа — термоизолируют.
Диаметр сосудов dc надо выбирать тем боль ше, чем больше Уи и чем меньше АртаХ' При до статочно большом dc погрешностью можно пренебречь.
Разделительные сосу ды с гибкими перегородками. Такие сосуды применяют, когда подбор разделительной жидкости с необходимыми химическими и физическими свойствами затруднен и когда измеряемое веще ство образует осадок или содержит механические примеси (к та ким веществам относятся различные пульпы и гидросмеси).
На рис. 66 показано применение в качестве разделителей гиб ких мембран 2 из резины или полиэтилена, укрепленных в верти кальной плоскости между фланцами сосудов 3 сегментообразной или шаровой формы. Измеряемая жидкость 1 передает свое давле ние через мембраны 2 нейтральной жидкости (обычно воде 4), находящейся в трубках 5 и дифманометре 6. Мембраны должны иметь нулевую или ничтожно малую жесткость при перемещении объема не меньшего, чем измерительный объем дифманометра. Разделительные резиновые мембраны применяли, в частности, при измерении расхода гидроторфа с помощью труб Вентури [6].
На рис. 67 показана схема, нашедшая применение [8] для из мерения расхода пульп на алюминиевых заводах. На рис. 67 обо значено: 1 — труба Вентури; 2 — вставка из твердого сплава; 3 — разделительные сосуды; 4 — вялые перегородки в виде цилинд рических мешков из тонкой резины. Во избежание засорения и закупорки отверстия для отбора давлений pi и р2 У трубы Венту ри направлены кверху. В случае необходимости к разделитель ным сосудам может быть подведена вода.
Известны случаи конструктивного объединения разделительных мембран с сужающим устройством. Так, для измерения расхода жид кости, откачиваемой из водопонижающих скважин и содержащей песок и пузырьки газа, разработана [4] диафрагма с камерами боль ших размеров, каждая из которых разделена на две половины вер тикальными кольцевыми перегородками из мембранного полотна, передающими давление разделительной незамерзающей жидкости.
180
Рис. 67. Труба Вентури с защитными резиновыми раздели тельными элементами
Непрерывная продувка или промывка соединительных тру бок. Данный способ защиты заключается [14] в непрерывной по даче в соединительные трубки воздуха (при продувке) или воды (при промывке) от постороннего источника, давление которого выше, чем давление в трубках.
На рис. 68 изображена схема устройства для защиты дифманометра посредством непрерывной продувки трубок воздухом. По линии 1 воздух от небольшого компрессора или от сети сжатого воздуха проходит через регулировочные игольчатые вентили 2 и указатели расхода воздуха 7, заполняет трубки 3 и 4, а затем выходит в производственный трубопровод 6 в точках отбора дав лений pi и р2 (точки а). Дифманометр следует устанавливать выше сужающего устройства 5, необходимо иметь наклон трубок 4 в сторону последнего для удаления влаги и конденсата из воздуха. Чтобы разность давлений в точках б, измеряемая дифманометром, равнялась разности давлений р\ - Р2>надо иметь одинаковое паде ние давлений в обеих трубках на участках б—а, а для этого требу ется равенство скоростей воздуха в них, что достигается с помо щью регулировочных вентилей 2 и указателей расхода 3. Чтобы нарушение равенства скоростей продувки при изменении расхода измеряемого вещества и изменении pi - Р2 было пренебрежимо ма лым, надо иметь сопротивление вентилей 2 с участками трубок в—б во много раз больше, чем сопротивление участков трубок б—а.
Чем меньше расход воздуха на продувку, тем точнее разность давлений в точках б соответствует разности давленийpi ~Р2>но при этом увеличивается запаздывание показаний дифманометра с умень шением расхода измеряемого вещества. Для снижения запаздыва ния желательно иметь небольшие диаметры и длины как соедини тельных, так и воздушных трубок, но не нужно уменьшать проход ные сечения на участках б—а. При измерении установившихся и маломеняющихся расходов расход воздуха на продувку каждой труб-
181