Тепломеханика
.pdf
40
ков перед сужающим устройством и после него зависят от модуля диафрагмы т = d2/D2 и характера местных сопротивлений и составляют:
•для участков до диафрагмы l1/D = 10... 80;
•для участков после диафрагмы l2/D = 4...8.
При правильно выполненных диафрагмах основная погрешность измерения не превышает ±0,5... 1%.
Рис. 22. 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 го-
рючего газа используются объемные ротационные счетчики. Ротационный счетчик (рис. 23, 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 изме-
41
рительной 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.
Рис. 23. 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
42
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 м3/ч. Сопротивление счетчиков при номинальном расходе газа составляет 300 Па (30 мм вод. ст.).
Турбинные (скоростные) счетчики. Газовый тахометриче-
ский турбинный счетчик (рис. 23, 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.
6.4. Приборы для измерения уровня воды в барабане котла
Широкое распространение в котельных установках получили гидростатические уровнемеры, основанные на принципе измерения разности давлений двух водяных столбов.
На рис. 24, а приведен уровнемер с жидкостным однотрубным дифференциальным манометром. Этот прибор присоединяется к барабану при помощи двух стальных трубок 1 и 12 и имеет уравнительный сосуд 2, соединительные медные трубки 3 и 11, грязеуловители 4 и 10, широкий сосуд 9 и измерительную трубку 7 небольшого диаметра. Заполнение водой и продувка грязеуло-
43
вителей осуществляются через верхние и низшие отверстия в их корпусе. Отверстие, закрытое пробкой 8, служит для выпуска из прибора рабочей жидкости. Хорошая видимость уровня жидкости обеспечивается лампой 6 с рефлектором, а отключение измерительной трубки – вентилем 5.
Рис. 24. Гидростатические уровнемеры паровых котлов: а – с жидкостным однотрубным дифференциальным манометром; б – с мембранным дифференциальным манометром; 1, 3, 11, 12 – соединительные трубки; 2 – уравнительный сосуд; 4, 10 – грязеуловители; 5 – вентиль; 6 – лампа с рефлектором; 7 – измерительная трубка; 8 – пробка; 9 – широкий сосуд; 13 – дифференциальный манометр
Для измерения уровня воды в барабане и в системах автоматического регулирования используется гидростатический уровнемер, приведенный на рис. 24, б. Он состоит из двухкамер-
44
ного уравнительного сосуда 2, бесшкального мембранного дифференциального манометра (датчика) 13 типа ДМ. В плюсовой камере уравнительного сосуда, соединенной трубкой 11 с паровым пространством барабана котла, уровень конденсата поддерживается постоянным. Минусовая камера сосуда соединяется трубкой 3 с водяным пространством котла. Уровень воды в этой камере соответствует переменному уровню в барабане котла. Давление столба воды плюсовой и минусовой камер уравнительного сосуда передается по соединительным трубкам 11 и 3 нижней и верхней полостям дифференциального манометра.
Под действием разности давлений нижней и верхней камер плунжер перемещается в индукционной катушке, индуцируя некую величину электродвижущей силы АД зависящую от уровня воды в барабане и фиксируемую с помощью вторичного прибора.
6.5. Приборы для измерения состава газов
Приборы для количественного анализа состава газов называются газоанализаторами. Существуют ручные (переносные) и автоматические газоанализаторы. Первые служат для контрольных и лабораторных измерений, а вторые – для непрерывного анализа газов в промышленных установках. Благодаря большой точности измерения ручными газоанализаторами пользуются при испытаниях и наладке работы котлоагрегатов, а также для проверки автоматических газоанализаторов.
По принципу действия газоанализаторы делятся на химиче-
ские, хроматографические, магнитные и электрические.
Переносные химические газоанализаторы по своему назначению подразделяются на газоанализаторы для сокращенного и полного (общего) анализа газа.
Химические газоанализаторы выполняют определение со-
держания отдельных компонентов газовой смеси путем избирательного поглощения (абсорбции) их соответствующими химическими реактивами.
На рис. 25 показана схема переносного газоанализатора типа ГХП-ЗМ для сокращенного анализа. Прибором ГХП-ЗМ определяется содержание в дымовых газах СО2, О2 и СО посредством стеклянных поглотительных сосудов 13, 14, 15 с реактивами. Каждый из сосудов содержит 200 мл реактива и состоит из двух
45
сообщающихся баллонов, из которых один служит для поглощения реактивом газа, а второй – для приема реактива, вытесняемого во время поглощения. В баллонах для поглощения газа, присоединенных с помощью тонких трубок с кранами 3, 4, 7 к стеклянной распределительной гребенке 5, помещены тонкостенные стеклянные трубки наружным диаметром 4...5 мм, предназначенные для увеличения поверхности соприкосновения реактива с исследуемым газом.
Рис. 25. Схема переносного газоанализатора типа ГХП-ЗМ для сокращенного анализа: 1 – газоподводящая трубка; 2 – трехходовой кран; 3, 4, 7 – краны; 5 – распределительная гребенка; 6 – стеклянная трубка; 8 – измерительная бюретка; 9 – уравнительный сосуд; 10 – шкала; 11 – водяная рубашка; 12 – резиновый мешочек; 13, 14, 15 – поглотительные сосуды; 16 – резиновая груша; 17 – фильтр
Баллоны для приема реактива соединены в верхней части стеклянной трубкой 6 с резиновым мешочком 12, изолирующим растворы от атмосферы.
К правому концу распределительной гребенки подключена измерительная бюретка 8 емкостью 100 мл (соответствует 100%), помещенная в стеклянный цилиндрический сосуд (рубашку) с водой для охлаждения пробы газа и поддержания ее температуры постоянной во время анализа.
При помощи резиновой трубки измерительная бюретка присоединена к уравнительному сосуду 9 с замыкающей жидкостью,
46
состоящей из водного раствора хлористого натрия для отбора и перемещения в приборе пробы газа.
На левом конце распределительной гребенки установлен трехходовой кран 2, сообщающийся с атмосферой посредством трубки, имеющей на конце резиновую грушу 16, и с фильтром 17 для очистки газа, заполненным стекловатой. Фильтр связан с газоподводящей трубкой 1, проложенной от газохода котла.
Сосуд 13 служит для поглощения СО2. В качестве реактива используется водный раствор гидроксида калия (КОН). Сосуд 14 предназначен для поглощения О2. Реактивом служит щелочной раствор пирогаллоловой кислоты [С6Н3(ОН)3]. Поглощение СО происходит в сосуде 15 щелочным раствором СuС12 (хлорид меди (II)).
Магнитные газоанализаторы служат для определения со-
держания в дымовых газах кислорода, магнитные свойства которого резко отличаются от магнитных свойств других газов.
Принципиальная схема магнитного газоанализатора показана на рис. 25, а.
Рис. 25. Принципиальные схемы газоанализаторов: а – магнитного, на О2; б – электрического, на СО2; 1 – кольцевая камера; 2 – горизонтальная трубка; 3 – U-ротаметр; 4 – постоянный магнит; АП – автоматический потенциометр; Б – источник постоянного тока; R0, R5 – реостаты; R1–R4 – плечи сопротивления; N, S – полюса постоянного магнита; mV – милливольтметр; стрелками показано направление потока исследуемого газа
Газовая смесь, просасываемая через прибор водоструйным эжектором, поступает в кольцевую камеру 1. Расход газа через
47
камеру поддерживается постоянным с помощью встроенного в прибор ротаметра 3, пропускающего часть газа в обход камеры. Кольцевая камера соединена посредине горизонтальной трубкой 2, внутри которой помещены одинаковые активные плечи – сопротивления R1 и R4 – неуравновешенного измерительного моста, изготовленные из тонкой платиновой проволоки. Протекающим током активные плечи моста нагреваются до 200 °С.
Два других плеча моста – сопротивления R2 и R3 – выполнены из манганина в виде проволоки, имеющей постоянное сопротивление. Расположенный в вершине моста реостат R0 служит для установки нуля прибора. Питание моста происходит от включенного в одну из его диагоналей источника постоянного тока Б с реостатом R5 для регулирования силы тока. В другую диагональ включен автоматический потенциометр АП со шкалой, градуированной в процентах содержания О2.
На левом конце горизонтальной трубки снаружи расположены полюса постоянного магнита 4. Проходящий около другого конца трубки холодный газ, обладающий более высокой величиной магнитной восприимчивости, частично втягивается в магнитное поле, вытесняя из трубки через ее правый конец подогретый в ней газ.
Таким образом, в кольцевой камере возникает направленный поток исследуемого газа, скорость которого зависит от содержания в нем О2.
При движении газовой смеси через трубку плечо R1 моста охлаждается сильнее, чем плечо R4, так как оно омывается более холодным газом. Как результат оно имеет меньшее электрическое сопротивление, чем плечо R4, что приводит к нарушению равновесия измерительного моста и отклонению стрелки потенциометра.
Действие электрических газоанализаторов основано на различии теплопроводностей отдельных компонентов газовой смеси и воздуха, определяемых электрическим путем. Чаще всего электрические газоанализаторы используются для измерения содержания в дымовых газах диоксида углерода (СО2 – углекислый газ). Теплопроводность СО2 почти в 2 раза меньше теплопроводности воздуха, тогда как для СО, N2 и О2 этот показатель почти такой же, как у воздуха. Это обстоятельство используется для определения содержания СО2 в дымовых газах по изменению
48
теплопроводности смеси. Влияние водяных паров на теплопроводность газовой смеси устраняется сушкой газа в холодильнике, расположенном перед прибором.
Электрический газоанализатор (рис. 25, б) работает по схеме неуравновешенного моста, активные плечи которого R1–R4, изготовленные из тонкой платиновой проволоки, имеют одинаковое электрическое сопротивление. Плечи R2 и R4 помещаются в рабочие камеры, через которые непрерывно просасываются дымовые газы, а плечи R1 и R3 – в сравнительные камеры, в которых находится воздух.
Питание измерительного моста осуществляется от включенного в его диагональ источника постоянного тока Б с реостатом R5 для регулирования силы тока. К другой диагонали моста присоединен милливольтметр mV, градуированный в процентах содержания СО2. При протекании тока через сопротивления моста они нагреваются до температуры 100 °С и происходит теплоотдача стенкам камер через среду воздуха и просасываемых через камеры дымовых газов.
При просасывании через рабочие камеры дымовых газов, содержащих СО2, теплоотдача расположенных здесь проволок по сравнению с теплоотдачей проволок в сравнительных камерах уменьшается. В результате повышается температура, а вместе с ней и сопротивление плеч R2 и R4, вызывая нарушение равновесия электрического моста и отклонение стрелки милливольтметра на угол, соответствующий содержанию СО2 в исследуемом газе.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1.Что такое абсолютная и относительная погрешности измерения?
2.Что характеризует класс точности прибора?
3.Какие приборы используются для измерения температуры?
4.Каков принцип действия манометрического термометра?
5.Каковы принцип действия термометра сопротивления и его область применения?
6.На каком свойстве разнородных проводников основано действие термоэлектрических пирометров?
7.Укажите основные типы термопар и пределы их измерения.
8.Перечислите виды давления и в каких единицах оно из-
49
меряется.
9.Каково устройство и принцип действия жидкостных однотрубных манометров типа ТДЖ и ТНЖ?
10.Поясните устройство мембранного тягонапоромера типа ТМ-П1 (см. рис. 14).
11.Каковы устройство и принцип действия пружинных манометров?
12.Каково назначение электроконтактных манометров и где они используются?
13.Каково назначение электрических дистанционных мано-
метров?
14.Каким образом давление среды преобразуется в электрический сигнал? В каком устройстве происходят такие преобразования?
15.Перечислите типы дифференциальных манометров.
16.Каково устройство мембранного дифференциального манометра типа ДМ?
17.Поясните принцип действия дроссельного расходометра.
18.Какие требования предъявляются к установке дроссельного расходометра?
19.Каков принцип действия и как устроен ротационный газовый счетчик? Поясните устройство и принцип действия турбинного счетчика.
20.Каков принцип действия гидростатического уровнемера, приведенного на рис. 24?
21.По какому принципу работает переносной химический газоанализатор ГХП-3?
22.Поясните устройство и принцип работы электрического
газоанализатора для измерения содержания СО2 в продуктах горения.
23.Каков принцип работы магнитного газоанализатора для измерения содержания О2 в продуктах горения?
24.Что изучает техническая термодинамика?
25.Что называется рабочим телом в технической термоди-
намике?
26.Какие термодинамические параметры состояния рабочего тела относятся к основным? Напишите размерность основных параметров состояния рабочего тела.