Тахометрические расходомеры

Принцип действия тахиметрических расходомеров основан на измерении средней скорости потока V_ср, которая пропорциональна объемному расходу вещества G₀ = SV_ср, где S − площадь поперечного сечения трубопровода. В таких расходомерах рабочее тело под действием потока вращается, при этом его угловая скорость вращения пропорциональна скорости потока вещества, а следовательно, и объемному расходу.

В зависимости от конструкции чувствительного элемента тахометрические расходомеры бывают турбинные и шариковые.

Турбинные расходомеры (рисунок 5.10, а)применяют для измерения расхода жидкостей, в частности мазута. В корпусе 5 расходомера установлены струевыпрямители 2 и 4, расположенные па одной оси с аксиальной или тангенциальной турбиной 3. У аксиальной турбины ось совпадает с потоком, а у тангенциальной − перпендикулярна ему. На внешней стороне корпуса размещают дифференциально-трансформаторный преобразователь 1.

Турбинные расходомеры определяют расходы жидкостей в широком диапазоне, в трубопроводах диаметром от 4 до 750 мм при давлениях до 250 МПа и температурах от − 240 до +700 °С. Достоинствами турбинных расходомеров являются малая инерционность и высокая точность (погрешность 0,5%), а их недостатками − зависимость от расхода и вязкости среды, износ опор турбины.

Шариковые расходомеры (рисунок 5.10, б) применяют для измерения расхода жидкостей с твердыми частицами и агрессивных, а также теплоносителя. В корпусе 6преобразователя 1 располагается винтообразное струенаправляющее устройство 9, которое закручивает поток жидкости, в результате чего начинает вращаться шарик 8. Перемещение шарика в осевом направлении ограничивается кольцом 7, за которым находится струевыпрямитель 2. На внешней стороне корпуса имеется преобразователь 1 частоты вращения шарика в унифицированный электрический сигнал. Для небольших расходов используют шариковые расходомеры с тангенциальным подводом жидкости.

Шариковые расходомеры используют в трубопроводах диаметром от 10 до 600 мм. Их показания не зависят от вязкости [(0,3-12)∙10^-6 м²/с] и плотности (700-1400 кг/м³) вещества.

В качестве передающих преобразователей турбинных и шариковых расходомеров применяют магнитоэлектрические и дифференциально-трансформаторные. Магнитоэлектрические преобразователи создают значительный тормозной момент, поэтому их используют в трубопроводах диаметром более 200 мм, где возникают большие крутящие моменты. При меньших диаметрах применяют дифференциально-трансформаторные преобразователи, в которых лопасти турбины или шарик при вращении меняет ферромагнит­ную массу сердечника нижней катушки, вследствие чего на выходе возникает напряжение, модулированное по амплитуде сигналом, пропорциональным частоте вращения шарика или турбины. Далее этот сигнал усиливается и преобразуется в унифицированный сигнал постоянного тока.

Рисунок 5.10 − Первичные преобразователи расхода жидкости:
а − турбинный, б − шариковый

Тепломеры

В последнее время появились приборы, определяющие расход теплоты в единицу времени (тепломеры) и за некоторый промежуток времени (теплосчетчики).

Для определения расхода теплоты при одинаковом расходе теплоносителя па входе и выходе используют уравнение; q = G_M(i_вх − i_вых), где G_M − массовый расход теплоносителя; i_вх, i_вых − энтальпии теплоносителя на входе и выходе в систему теплоснабжения или другие теплоэнергетические установки.

В общем случае энтальпия вещества является сложной функцией температуры и давления, например для пара эта зависимость i = R₁+R₂t°/(R₃ + R₄p), где R₁ − R₄ − постоянные коэффициенты.

Для воды в системе теплоснабжения (t° ≤ 150 °C, р ≤ 1 МПа) влиянием давления можно пренебречь, и энтальпия i= R₅ +R₆ t⁰, где R₅, R₆ − постоянные коэффициенты.

Отсюда следует, что в тепломерах необходимо совместно измерять расход теплоносителя, его температуру и давление. Если промышленные расходомеры измеряют объемный расход теплоносителя, полученное значение умножают на его плотность, которая зависит от температуры t⁰ (для жидкостей); температуры t⁰ и давления р (для пара и газа).

Расход теплоты q определяется в вычислительных устройствах по сигналам расходомеров, термометров и манометров. Схема таких устройств зависит от вида выходных сигналов приборов. В качестве тепломера, используемого при автоматизации систем теплоснабжения, служит разностный теплосчетчик ТС-20, оснащенный индукционным расходомером.

Функциональная схема теплосчетчика ТС-20 показана на рисунок 5.11. Расход воды в теплосчетчике измеряется расходомером, который состоит из первичного ПП1и передающего ПП2преобразователей измерительного сигнала. Термометрами сопротивление Т1 и Т2 определяют температуру прямой t⁰ _nр и обратной t⁰ _обр воды, после чего измеритель­ные сигналы преобразуются в устройстве Уст в унифицированные электрические сигналы. В вычислительное устройство ВУcm от ПП и Уст поступают унифицированные измерительные сигналы, по которым определяют расход теплоты Q, фиксируемый измерительным прибором.

На некоторых предприятиях в качестве топлива используют, например, угли, сланцы, торф, при этом требуется непрерывно измерять расход твердого топлива, которое в измельченном виде поступает либо в бункер пыли, либо по транспортеру непосредственно в топку котла со слоевым сжиганием топлива. Применяемые пружинные измерители массы поступающей в котел угольной пыли не всегда являются эффективными. В последнее время для измерения расхода твердых веществ получили распространение приборы с магни-тоупругими материалами. Под действием нагрузки происходит изгиб их чувствительного элемента, состоящего из этих материалов, в результате чего изменяются его магнитные свойства. В стержне чувствительного элемента имеется ряд отверстий, через которые проходят обмотка возбуждения, питаемая переменным электрическим током, и две выходные обмотки, включенные встречно, в которых возникает эдс магнитной индукции. В ненагруженном состоянии результирующая эдс равна нулю. При изгибе чувствительного элемента его магнитные свойства меняются и результирующая эдс оказывается пропорциональной приложенной нагрузке. Выходной измерительный сигнал можно дистанционно передавать к вторичным приборам. При транспортировке угольной пыли воздухом ее расход косвенно оценивают по перепаду давления на сегментной диафрагме в газопроводе.

Рисунок 5.11 – Функциональная схема теплосчетчика ТС-20