ГЛАВА СЕМНАДЦАТАЯ. ТАХОМЕТРИЧЕСКИЕ РАСХОДОМЕРЫ И СЧЕТЧИКИ КОЛИЧЕСТВА И ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ РАСХОДОМЕРЫ

17-1. Тахометрические счетчики количества жидкостей

Общие сведения. Тахометрический счетчик количества жидкости состоит из тахометрического преобразователя расхода и счетного суммирующего механизма. Под тахометрическим

преобразователем расхода понимается первичный преобразователь, в котором скорость движения рабочего (чувствительного) элемента, взаимодействующего с потоком жидкости, пропорциональна объемному расходу.

Счетчики количества жидкостей применяют для измерения суммарного количества различных жидкостей (воды, нефти, мазута, бензина и т. д.), находящихся под давлением до (1-1,6 МПа). По принципу действия выпускаемые тахометрические счетчики количества жидкостей разделяются на скоростные и объемные. Эти технические средства в зависимости от того, для измерения какой жидкости они предназначены, принято называть водосчетчиками, нефтесчетчиками, бензосчетчиками и т. д.

Для измерения суммарного количества холодной (до 30°С) и горячей (до 90°С) воды применяют главным образом скоростные счетчики. В скоростных счетчиках в качестве рабочего элемента применяют вертикальные и горизонтальные вертушки (турбинки). У счетчиков с вертикальной вертушкой поток жидкости, вращающий вертушку, направлен по касательной к окружности, описываемой средним радиусом вертушки. Такие крыльчатые вертушки (турбинки) обычно называют тангенциальными. У счетчиков с горизонтальной вертушкой поток жидкости направлен параллельно оси вертушки. Эти вертушки (турбинки) называют аксиальными.

Угловая скорость вертушки (турбинки) пропорциональна средней скорости потока жидкости, а следовательно, и объемному расходу. Число оборотов вертушки прибора суммируется счетным механизмом, а количество жидкости в единицах объема указывается счетным указателем.

Объемные тахометрические счетчики, обладающие более высокой точностью по сравнению со скоростными, применяют для измерения суммарного количества мазута, нефти, бензина и других жидкостей. В объемных счетчиках протекающая через него жидкость измеряется отдельными, равными по объему дозами, отсекаемыми одним или несколькими рабочими элементами. Число пропущенных доз жидкости суммируется счетным механизмом, а суммарное количество жидкости, прошедшее через прибор за определенный промежуток времени, показывается счетным указателем.

Кроме указанных применяются объемные счетчики жидкостей со свободным сливом. Они выполняются, например, в виде стационарных мерных баков или счетчиков с опрокидывающимися (или вращающимися) мерными камерами.

Счетчики количества жидкостей обычно характеризуются следующими техническими данными: калибром — размером диаметра условного прохода входного патрубка в миллиметрах; пределами допускаемой основной погрешностии показаний, выраженной в процентах от действительного количества жидкости, протекшей через прибор; потерей давления, вызываемой прибором; начальным, номинальным и верхним пределами измерений; порогом

чувствительности; емкостью счетчика наибольшим значением количества жидкости, показываемым счетным механизмом; предельным допускаемым избыточным давлением и предельной температурой измеряемой жидкости.

Погрешность показаний рассматриваемых счетчиков зависит от вязкости и расхода жидкости и определяется обычно экспериментальным путем при различных расходах. Следует также иметь в виду, что потеря статического давления, вызываемая счетчиком, с увеличением расхода и вязкости жидкости возрастает. Поэтому потеря давления обычно служит критерием пропускной способности счетчика.

Под нижним пределом измерений счетчика понимают наименьший расход, при котором погрешность показаний прибора не превышает допускаемую. Номинальным расходом счетчика называют наибольший длительный расход, при котором погрешность показаний прибора не выходит за пределы допускаемой, а потеря статического давления не приводит к быстрому износу деталей прибора. Например, для счетчиков холодной воды с вертикальной крыльчатой вертушкой установлены номинальные расходы при потере давления не более Для объемных счетчиков жидкостей потеря давления обычно не превышает Под верхним пределом измерения счетчика понимают максимальный расход, допускаемый в течение одного часа в сутки.

При выборе счетчика необходимо иметь в виду, что калибр его может быть взят меньше диаметра трубопровода. В этом случае в трубопроводе до и после счетчика устанавливаются конические переходы.

Скоростные счетчики количества жидкостей. К скоростным счетчикам, как было сказано выше, относятся счетчики с вертикальной и горизонтальной вертушками. Счетчики с вертикальной крыльчатой вертушкой применяют главным образом для измерения суммарного количества воды в горизонтальных трубопроводах при небольших расходах (от 0,15 до 12,6 м3/ч). Счетчики этого вида в зависимости от того, находится ли счетный механизм непосредственно в воде или отделен от нее соответствующим устройством, делятся на так называемые «мокроходы» и «сухоходы». Мокроходы имеют ряд преимуществ (меньше деталей, отсутствие сальника и т. д.) перед сухоходами, но их нормальная работа возможна только на воде с высокой степенью чистоты. Поэтому наибольшее распространение получили счетчики-сухоходы.

В зависимости от способа подведения воды к лопастям вертушки счетчика они разделяются на одноструйные и многоструйные. Как в одноструйных, так и в многоструйных счетчиках вода к лопастям вертушки подводится тангенциально. В одноструйных счетчиках жидкость подводится в камеру крыльчатой вертушки и отводится из нее на одном уровне, что обеспечивает ее протекание по кратчайшему пути без образования мертвых зон. Это

уменьшает потерю давления и одновременно уменьшает возможность оседания в счетчике взвешенных частиц песка и пр.

Корпус скоростного одноструйного водосчетчика выполняется с коническими патрубками для входа и выхода жидкости (рис. 17-1-1). В расширенной части входного патрубка установлена металлическая сетка, предохраняющая прибор от попадания посторонних тел.

Рис. 17-1-1. (см. скан) Схема устройства скоростного одноструйного водосчетчика с вертикальной крыльчатой вертушкой («сухоход»). 1 — сетка; 2 — струевыпрямнтель; 3 — крыльчатая вертушка; 4 — опорный шип; 5 — передаточный механизм (редуктор); 6 — сальник; 7 — счетный механизм; 8 — ось крыльчатой вертушки.

За сеткой во входном патрубке установлен струевыпрямитель. Крыльчатая вертушка прибора соединяется с помощью передаточного механизма (редуктора) со счетным механизмом; редуктор и счетный механизм соединены осью с сальниковым уплотнением. Счетный механизм отделен от проточной части прибора герметичной перегородкой, в которой установлен сальник передаточной оси.

В многоструйном счетчике вода через входной патрубок (на рис. 17-1-2 патрубок показан пунктиром) поступает в нижнюю полость корпуса, проходит через нижний ряд отверстий и

несколькимн струями попадает на лопасти крыльчатки, приводя ее во вращение. Далее вода по спирали поднимается вверх вдоль оси вертушки и через верхний ряд отверстий поступает в верхнюю часть корпуса, а затем — в выходной патрубок. В многоструйных водосчетчиках вращение крыльчатки передается счетному механизму так же, как и у одноструйных (см. рис. 17-1-1).

Рис. 17-1-2. Схема движения жидкости в многоструйном водосчетчике.

Счетчики с вертикальной крыльчатой вертушкой выпускаются калибром от 15 до 40 мм для измерения суммарного количества воды. Емкость счетного механизма (верхний предел показаний) этих приборов наименьшая цена деления шкалы счетчика указателя Наибольшее допускаемое избыточное давление воды Пределы допускаемой основной погрешности показаний водосчетчиков при измерении в диапазоне от нижнего предела до номинального расхода не более ±2%.

Скоростные счетчики с винтовой вертушкой применяют для измерения суммарного количества воды при расходах от 3 до Они могут быть установлены на горизонтальных участках, а также на наклонных и вертикальных участках с восходящим потоком жидкости. В водосчетчиках этого типа (рис. 17-1-3) жидкость, протекающая через прибор, вращает вертушку, представляющую собой многоходовой винт с большим шагом. Число оборотов винтовой вертушки пропорционально средней скорости потока жидкости и обратно пропорционально шагу лопасти

где число оборотов вертушки в секунду; средняя скорость потока жидкости, постоянный коэффициент для данного счетчика; I — шаг лопастей винтовой вертушки,

Преобразовав выражение (17-1-1) и подставив в него значение скорости

получим:

где объемный расход жидкости, площадь живого сечения прибора,

Из уравнения (17-1-2) видно, что число оборотов вертушки пропорционально количеству протекающей жидкости. Для обеспечения постоянства метрологических характеристик прибора необходимо, чтобы направление потока жидкости было параллельно вертушки, так как незначительные отклонения в движении потока влияют на число оборотов. Для стабилизации направления потока перед вертушкой со стороны входа потока жидкости устанавливают струевыпрямитель (рис. 17-1-3). Необходимо, кроме того, чтобы перед прибором был прямой участок трубы длиной не менее а после него — не менее где диаметр трубы.

Рис. 17-1-3. Схема устройства скоростного водосчетчика с винтовой вертушкой. 1 — винтовая вертушка; 2 — струевыпрямитель; 3 - червячная тара; 4 — кронштейн; 5 — камера передаточного механизма (редуктора); 6 — передаточная ось с сальником; 7 — место расположения счетного механизма; 8 — регулятор.

Вертушка водосчетчика, как показано схематично на рис. 17-1-3, связана посредством червячной передачи и вала с передаточным механизмом (редуктором), а последний, в свою очередь, через передаточную ось с сальниковым уплотнением соединен со счетным механизмом. Для изменения угловой скорости вертушки счетчика при его градуировке служит пластина-регулятор. Пластина-регулятор, как видно из рис. 17-1-3, является продолжением укороченной радиальной перегородки струевыпрямителя.

Водосчетчики с винтовой вертушкой изготовляются калибром 50, 80, 100, 150, 200, 250 и 300 мм. Выпускаемые водосчетчики этого типа рассчитаны на предельное избыточное давление до хотя в отдельных случаях их выполняют и для давления до Пределы допускаемой основной погрешности показаний водосчетчиков при измерении в диапазоне нижнего предела до номинального расхода — не более ±2%. Технические характеристики водосчетчиков с винтовой вертушкой приведены в [75].

Скоростные счетчики широко применяются в системах водоснабжения и тепловых сетях. На современных ТЭС скоростные счетчики не применяют.

Объемные счетчики количества жидкостей. К числу этих средств измерений относятся счетчики количества жидкостей — поршневые, дисковые, с овальными шестернями, ротационные и др. [59, 75]. Объемные счетчики широко применяют в химической, нефтеперерабатывающей и других отраслях промышленности. На современных ТЭС объемные счетчики не применяются, так как технические характеристики их не соответствуют нужным требованиям эксплуатации.

Ниже в качестве примера рассмотрим устройство объемных счетчиков поршневого типа. Существует несколько различных вариантов конструкций поршневых счетчиков. Наиболее распространенными являются приборы с одним и четырьмя поршнями. Для ознакомления с принципом работы поршневого счетчика рассмотрим упрощенную схему устройства однопоршневого прибора, показанную на рис. 17-1-4. Жидкость из трубы 1 через распределительный четырехходовой кран 2 поступает под поршень 3 и поднимает его. Поршень, перемещаясь вверх, вытесняет жидкость, находящуюся в верхней полости цилиндра, через распределительный кран в трубу 4.

Когда поршень достигнет верхнего крайнего положения, четырехходовой кран, связанный специальным механизмом 5 со штоком поршня, перемещается в положение, показанное на рис. 17-1-4 пунктиром. Благодаря этому жидкость из трубы 1 будет поступать в верхнюю полость цилиндра, поршень начинает перемещаться вниз и из нижней полости жидкость вытесняется через четырехходовой кран и трубу 4. С момента достижения поршнем крайнего положения цикл повторяется.

Рис. 17-1-4. Схема устройства однопоршневого счетчика.

Количество жидкости, прошедшее через счетчик за определенный промежуток времени, определяется по счетному механизму, связанному с помощью передаточного механизма со штоком поршня (на рис. 17-1-4 счетный механизм не показан).

Для поршневых счетчиков по сравнению с другими типами объемных счетчиков характерна большая потеря давления. Поршневые счетчики используются для измерения суммарного количества мазута, нефти, бензина и других жидкостей.

В промышленности широко применяют четырехпоршневой мазутомер типа МП [17]. Этот прибор изготовляют в качестве счетчика количества мазута, а также в качестве показывающего измерителя расхода мазута со счетным механизмом. Показывающий мазутомер МП может быть снабжен двумя передающими ферродинамическими преобразователями ПФ или частотными передающими преобразователями со струйным вибратором типа

Мазутомеры МП выпускаются с верхними пределами измерения от 50 до Рабочее давление измеряемого мазута должно быть не более температура от 10 до 100° С. Наибольшая потеря давления в мазутомере не превышает

Пределы допускаемой основной погрешности суммирования ±1%. Пределы допускаемой основной погрешности по шкале расхода ±1,5% для мазутомера и ±2,5% для вторичного прибора.

Из числа рассмотренных тахометрическйх счетчиков количества жидкостей мазутомеры типа МП при наличии указанных выше дополнительных устройств могут быть использованы одновременно и как расходомеры при автоматизации технологических процессов.