книги / Расходомеры и счетчики количества веществ. Расходомеры переменного перепада давления, расходомеры переменного уровня, тахометрические расходомеры и счетчики

Рис. 148. Турбинный преобразователь расхода газа ПРГ-400 счетчика «Тургас»

жит обтекателем и струевыпрямителем, но одновременно разде­ ляет проходное сечение для газа на две кольцевые части — на­ ружную, основную 6, и внутреннюю, байпасную 7. В первой на­ ходится измерительная турбинка 13, во второй — вспомогатель­ ная (приводная) турбинка 17, предназначенная для вращения вала 14, с которым она жестко связана. На правом конце вала 14 расположены шарикоподшипники, на которые опирается изме­ рительная турбинка 13. Это сделано для облегчения работы под­ шипников. Турбинка 13 вращается быстрее турбинки 17, но ее подшипники работают при угловой скорости, равной лишь раз­ ности угловых скоростей обеих турбинок. Вал 14 со своими под­ шипниками находится внутри опоры 16, на радиальных лопастях которой установлено кольцо 8, турбулизирующее поток газа при входе его на турбинку 13 и улучшающее характеристику преоб­ разователя. В конце заднего обтекателя 12, в области повышенно­ го давления, сделаны прорези, через которые давление поступает

322

внутрь обтекателя и воздействует на ступицу турбинки 13, ком­ пенсируя осевое усилие от динамического давления потока. Втул­ ки 11 и 19 стягивают узлы и детали преобразователя. На входе

впоследний имеется металлическая сетка 2, прикрепленная к корпусу 1. В конструкции предусмотрена возможность периоди­ ческого смазывания подшипников. Для этого вместо пробки 3 устанавливается масленка, которая через впускной штуцер 4 и трубки 5 ,9 ъ 10 подает масло ко всем подшипникам. Трубка 15 предназначена для сбора и слива масла из подшипников.

На лопастях турбинки 13 закреплены пластинки (отметчики) из магнитомягкого материала, взаимодействующие с индукцион­ ным тахометрическим преобразователем ПСК-1 (на рис. 148 не показан). В последнем имеются включенные встречно две ка­ тушки, между которыми расположены магнит и сердечник с ре­ гулируемым винтом. При пересечении отметчиками силовых линий преобразователя ПСК-1 в катушках последнего наводится ЭДС и возникает частотно-импульсный сигнал, поступающий на вход электронного блока БИР, в котором он усиливается, форми­ руется в сигнал прямоугольной формы с амплитудой импульсов от 5 до 100 мВ при частоте от 40 до 400 Гц. Этот сигнал поступает

всчетный механизм или преобразуется в постоянный ток от 0 до 5 мА. Выпускают три модификации электронного блока: БИР-1

без счетчика, но с микроамперметром и выходным сигналом постоянного тока; БИР-2 со счетчиком, но без микроамперметра и выходного сигнала; БИР-3 со счетчиком, микроамперметром и выходным сигналом постоянного тока.

Турбинные преобразователи типа ПРГ предназначены для дав­ лений до 0,6 МПа и температур газа от 0 до 50 °С. Изготовляют следующие типоразмеры; ПРГ-100, ПРГ-200, ПРГ-400, ПРГ-800 и ПРГ-1600 на предельные расходы 100, 200, 400, 800, 1600 м3/ч и диаметры условного прохода 65, 80, 100, 150 и 200 мм соответ­ ственно. Наибольшая потеря давления 1200 Па при <?тах. Основ­ ная погрешность в диапазоне 40-100 % <?тах равна по расходу ±1 % от <?max и по количеству ±1 % от измеряемой величины; в диапазоне 20-40 % <?тах по расходу — ±1,5 % от <?тах, в диапа­ зоне 30-40 % £тах по количеству — ±1,5 % от измеряемой вели­ чины.

У преобразователей ПРГ-100 и ПРГ-200 измерительная турбинка помещена первой по ходу потока и вместо пластин в ка­ честве отметчиков имеет стержни, закрепленные на ее ступице, а байпасный канал выполнен с наружной стороны корпуса и снаб­ жен регулировочным элементом — сменной шайбой. У преоб­ разователя ПРГ-1600 вспомогательная турбинка помещена перед измерительной, как и в базовой конструкции ПРГ-400, но для лучшей компенсации большого осевого усилия в ПРГ-1600, по­ мимо того что на ступицу измерительной турбинки сзади дей­ ствует повышенное давление, с помощью нескольких полых тру­

323

бок, установленных в проточной части, с отверстиями, обращен­ ными по потоку, на турбинку спереди подается пониженное дав­ ление. Кроме того, эти трубки, турбулизируя поток, улучшают характеристику преобразователя.

Помимо рассмотренных были разработаны преобразователи о аксиальной турбинкой, предназначенные для разнообразных измерений: малых расходов в трубах, имеющих D = 4^-8 мм [10], расхода этилена при давлении 250 МПа [43], расхода глинистых растворов при давлении 70 МПа, расхода в прямом и обратном направлении [27], измерения неустановившихся потоков [22] и т. п.

Погрешность преобразователя с аксиальной турбинкой можно снизить до 0,2-0,25 % . Так, во ВНИИМ были разработаны [17] образцовые турбинные счетчики газа на максимальные расходы в 600 и 1000 м3/ч. Для выравнивания профиля скоростей перед турбинкой было помещено сопло с кольцевой площадью проход­ ного сечения. Большая скорость (50 м /с при gmax) на выходе из сопла обеспечила работу во всем диапазоне при значительных числах Re и позволила уменьшить высоту лопаток до 10 мм. Турбинка из листового алюминия толщиной 0,5 мм имеет 24 лопас­ ти и крепится на оси двумя коническими шайбами. Тахометрический преобразователь фотоэлектрический, состоит из фотодио­ да, подключенного к усилителю и осветителю, расположенным с разных сторон диска турбинки, в котором на радиусе 35 мм сделано отверстие для пропуска светового луча.

Резко отличны по своему устройству от всех ранее рассмотрен­ ных преобразователей с аксиальной турбинкой безопорный пре­ образователь, изготовляемый в Англии [65] (рис. 149), а также два преобразователя расхода газа, разработанные в Японии. На оси 4, перпендикулярной к потоку жидкости, укреплены две тур­ бинки и два диска 3 и 5 с конической баковой поверхностью. При появлении расхода возникает разность давлений на входе и вы­ ходе из преобразователя, которая приподнимает ось с дисками, и поток, разделяясь на две ветви, вращает обе турбинки со скорос­ тью, пропорциональной объемному расходу. Магнитные головки 2, укрепленные на верхнем диске 3, при вращении последнего создают в индукционном преобразователе 1 импульсы тока, час­ тота которых пропорциональна частоте вращения турбинок. По­ теря давления при gmax около 55 кПа. Подобные преобразователи расхода допускают механические примеси размером до 0,25 мм

иизготовляют четырех типов размеров — на расходы от 6 до 72 м3/ч . Диапазон измерения в линейной области равен 3,5 (ли­ нейность ±0,5 % ), а общий диапазон равен 20 (линейность ±2 %). В зависимости от материалов допустимы давление до 2 МПа и температура до 140 °С. Преобразователи пригодны для кислот, щелочей, этиленгликоля, бутадиена, фотографических эмульсий

ит. п. Одна модель, включая подвижную часть, изготовляется из поливинилхлорида на давление 0,7 МПа и температуру 80 °С. Устанавливать их лучше на горизонтальных трубах, так как при

324

углом 45° к оси трубы и имеющих наружный диаметр 88 мм. Лопатки изготовлены из акриловых пластинок и с помощью спиц укреплены на вертикальной стальной оси. При вращении тур­ бинки каждая из лопастей по очереди прерывает вертикальный луч, идущий от осветителя к фотоприемнику, установленному внут­ ри трубы. Такая система допускает возможность некоторого вер­ тикального перемещения турбинки при изменении уровня воды в нижнем обтекателе. Для центрирования поплавок имеет внизу стальной шарик диаметром 0,8 мм, а внизу обтекателя установ­ лен магнит. Линейная зависимость между расходом и частотой вращения турбинки сохраняется в большом диапазоне от 0,9 до 30 м^/ч. Потеря давления при gmax только 20 Па. При повышении давления газа (воздуха) до 0,94 МПа частота вращения при gmax увеличивается на 1,7 %.

Другой разработанный в Японии [69] преобразователь расхода с аксиальной турбинкой — зондовый — служит для контроля отработанных запыленных промышленных газов, содержащих SO2, SO3, С1 или НС1, имеющих температуру до 350 °С и давление до 0,5 МПа. Двенадцатилопастная турбинка с индуктивной катушкой укреплена на конце трубы, которая может вводиться в поток газа на глубину до 1,5 м. Предварительно очищенный воздух подает­ ся под давлением 0,2- 0,4 МПа в зазоры между осью и опорами, в результате чего турбинка вращается в плавающем состоянии без контакта с опорами. Вместе с тем сжатый воздух выдувает из подшипников пыль. В случае необходимости для защиты от вла­ ги и клейкой пыли ниже по потоку устанавливается распыли­ тель особой промывочной жидкости, включаемый периодически. Ее расход около 10 л/мин, а давление на 0,2 МПа больше, чем давление в потоке газа. Диапазон измерений от 3 до 30 м/с, по­ грешность ±1,5 % .

325

14.10.КОНСТРУКЦИИ РАСХОДОМЕРОВ И СЧЕТЧИКОВ

СТАНГЕНЦИАЛЬНОЙ КРЫЛЬЧАТКОЙ

Вбольшинстве случаев тангенциальная крыльчатка применя­ ется для измерения расхода или количества жидкости, обычно воды в трубах небольшого диаметра. Так, серийно изготовляемые счетчики воды с тангенциальной крыльчаткой предназначены для

диаметров труб от 15 до 50 мм, в то время как счетчики воды с аксиальной турбинкой — для труб диаметром от 65 до 250 мм.

Существуют две различные конструкции водосчетчиков с тан­ генциальной крыльчаткой — одноструйные и многоструйные. У первых поток поступает одной струей (см. рис. 140, д ), у вторых поток поступает в турбинку и уходит из нее через ряд отверстий, равномерно расположенных в цилиндрическом кольце, окружа­ ющем турбинку (см. рис. 140, г). Многоструйные конструктивно сложнее одноструйных, но условия работы подшипников у них лучше из-за отсутствия одностороннего давления воды. Ранее у нас были распространены преимущественно одноструйные водо­ счетчики, но с выходом ГОСТ 6019-83 стало развиваться произ­ водство многоструйных счетчиков воды. Если счетный механизм отделен герметичной перегородкой от воды, то такой водосчетчик называется сухоходом, а если перегородки нет, то мокроходом. В мокроходах возможно засорение счетного механизма, поэтому у нас изготовляют лишь сухоходы.

Устройство одноструйного водосчетчика типа УВК показано на рис. 150. На входе водосчетчика установлен с помощью пру­ жинного кольца 2 сетчатый фильтр 1 и далее конфузор, вырав-

Рис. 150. Одноструйный счетчик воды УВК с тангенциальной крыльчаткой

326

Рис. 151. Многоструйный счетчик воды ВСКМ с тангенциальной крыльчаткой

нивающий поле скоростей. Турбинка 11, имеющая радиально рас­ положенные лопасти, укреплена на оси 12, передающей ее враще­ ние редуктору 9, который состоит из пяти пар шестерен с числом зубьев 12/37. Редуктор с помощью магнитной муфты, состоящей из двух магнитов 6 и 8, разделенных перегородкой 7 из немаг­ нитного материала, приводит во вращение роликовый счетный механизм 5. Последний находится в пластмассовом кожухе 3 с откидной крышкой 4. Счетный механизм соединен с магнитом 6 через пару сменных шестерен, различных для каждого типораз­ мера водосчетчика. На нижнем конце оси 12 турбинки запрессо­ вана эбонитовая сферическая опора, покоящаяся на агатовом на­ конечнике опорного стержня 13. Перемещая последний, а вместе с ним и турбинку по высоте, изменяют отношение (0/<7о. Это отно­ шение зависит также и от положения ребер 14 снизу и сверху турбинки. Положения верхних ребер можно изменить путем поворота чашки 10, на которой они установлены. В других конст­ рукциях для изменения отношения со/qQпредусмотрен регулиру­ емый обводной канал между входным патрубком и камерой, где расположена крыльчатка с Х)у, равным 25 или 32 мм, gmax — 10 или 15 м3/ч.

Устройство многоструйного водосчетчика типа ВСКМ приве­ дено на рис. 151. В корпусе 1 передг входом воды в водосчетчик установлен сетчатый фильтр 7. Не только счетный механизм 3, но и соединенный с ним редуктор отделены диамагнитной пере­ городкой 2 от воды. На турбинке 6 имеются ведущие магниты 5, которые через перегородку 2 передают вращение ведомым магни­ там 4 и далее редуктору и счетному механизму. Отличающийся компактностью узел счетного механизма с редуктором может из­ готовляться отдельно от остальных частей крупносерийно на спе­ циализированном предприятии. Необходимо лишь иметь такой диаметр турбинки, который обеспечивает достаточно большой вращающий момент.

Характеристики водосчетчиков с тангенциальной крыльчат­ кой по ГОСТ 6019-83 дана в табл. 32.

327

Т а б л и ц а 32

Технические характеристики крыльчатых счетчиков воды по ГОСТ 6019—83

Во избежание быстрого изнашивания опор наибольший не­ ограниченный по времени расход назван в ГОСТ 6019-83 экс­ плуатационным (<7Э). Исходя из него в табл. 32 приведен месяч­ ный расход. Для счетчиков, аттестованных по высшей категории качества (счетчики ВК), расход q3 равен номинальному дном, и соответственно этому в табл. 32 определен для них месячный расход. Расходы в пределах от q3 до qmSLX, а для счетчиков ВК

впределах от дном до <jrmax допускаются лишь временно, так что­ бы объем воды за сутки не превысил значений, приведенных

втабл. 32. Потеря давления при q^^x не более 0,1 МПа. Погреш­ ность от измеряемой величины не более ±2 % в диапазоне от qu до gmax и не более ±5 % в диапазоне от gmin до qu. По мере экс­

плуатации допустимый предел погрешности подсчитывают по фор­ мулам: ±(2 + 0,17*) % < 4 % или ±(5 + 0,17*) % < 10 % , где * — время эксплуатации, тыс. ч. Счетчики холодной воды предназна­ чены для давлений до 1 МПа и температур от 5 до 40 °С.

Наряду с рассмотренными существуют счетчики для горячей воды, у которых некоторые детали изготовляют из более термо­

328

смазка УЛФ, стойкая в среде кислорода и многих агрессивных газов. Для предотвращения вытекания смазки подшипники об­ рабатываются пеларгоновой кислотой. Для формирования пото­ ка служат две сетки, установленные в оправке 1 и затем сопло «четверть круга». Имеются два обводных канала вокруг основно­ го канала, расход в которых можно изменять с помощью регу­ лировочных винтов. Тахометрический преобразователь фотоэлект­ рический, состоящий из миниатюрной осветительной лампочки 6 и фотодиода 5 типа ФД-3. qmin = 15 л/ч; qcp = 60 л/ч; qmax = 180 л/ч. Потеря давления при qc„ равна 30 Па. Давление от 0,4 МПа; температура от -2 0 до +70 °С. Погрешность ±1 % . Частота сигна­ ла 800 Гц при gmax. Кроме показанного на рис. 153 в ЛМИ был разработан расходомер газа с тангенциальной турбинкой и фото­ электрическим преобразователем на пределы измерения 1- 10, 3-30, 4-40 и 15-50 л/ч. Переход с одного предела на другой дос­ тигался изменением соотношения основного и байпасного пото­ ков.

От всех рассмотренных существенно отличается преобразова­ тель, схема которого показана на рис. 154. Турбинка с большим числом длинных узких лопаток укреплена на консольной оси. Лопатки находятся в кольцевом прямоугольном канале, по ко­ торому протекает измеряемая жидкость. Она делает поворот на 360°, воздействуя при этом на лопатки. Характерны для преоб­ разователя большой движущий момент, малое влияние вязкости, пригодность для труб большого диаметра (до 400 мм). Кроме того, механические примеси под действием центробежной силы от­ брасываются к периферии и не поступают к подшипникам. Наи­ большие расходы 25 и 1600 м3/ч при диаметрах труб 50 и 400 мм соответственно [54, 68].

Еще большим своеобразием отличаются тангенциально-ротор­ ные расходомеры (рис. 155), иногда называемые вихревыми. Ось их ротора перпендикулярна к потоку и смещена в сторону от оси трубы. Поток, воздействуя тангенциально на стержни (рис. 155, а)

330

или наклонные лопатки (рис. 155, б), вращает ротор вместе с на­ ходящейся внутри него и прилегающей к нему жидкостью. Воз­ никающий вихрь вызывает сжатие основного потока. Диапазон измерения с линейной характеристикой 10:1. Расходомеры с ро­ тором типа «беличьего колеса» (рис. 155, а) разработаны в США [67], с наклонными лопатками — в НИИ водных проблем АН БССР для труб диаметром от 40 до 150 мм [6].

14.11. ШАРИКОВЫЕ РАСХОДОМЕРЫ

Шариковыми расходомерами называются тахометрические расходомеры, подвижной элемент которых — шарик — непре­ рывно движется по кругу. Это движение обеспечивается или вин­ товым направляющим аппаратом, закручивающим поток, или же тангенциальным подводом измеряемого вещества.

На рис. 156 показаны преобразователи шариковых расходо­ меров. Основное применение из них получил преобразователь [38] с винтовым направляющим аппаратом 1 (рис. 156, а). Поток,

Рис. 156. Преобразователи расхода шариковых расходомеров: а — с винтовым направляющим аппаратом (НИИтеплоприбор); б — с тангенциальным подво­ дом (Бопп—Рейтер); в — с тангенциальным подводом (НИИтеплоприбор)

331