Машинист ЦТЩУ паровыми турбинами (стр. 8 )

Измерение расхода по перепаду давления на сужающем устройстве

Среди приборов, измеряющих расход вещества, чаще всего применяют расходомеры, определяющие перепад давления на неподвижном сужающем устройстве, которое устанавливают в трубопроводах диаметром от 01.01.01 мм.

Рис. 1. Сужающие устройства: а — диафрагма, б — сопло, в - сопло Вентури

К сужающим устройствам, применяемым на электростанциях, относят диафрагмы, сопла и сопла Вентури (рис. 9). Эти устройства используют в комплекте с дифференциальными манометрами для измерения расхода и количества жидкостей, газов и паров в горизонтальных, наклонных и вертикальных трубопроводах без индивидуальной градуировки.

Диафрагма (рис. 1, а) представляет собой тонкий диск с центральным отверстием, передняя часть которого имеет цилиндрическую форму, переходящую в расширяющийся конус. Отбор давления осуществляется с помощью кольцевых камер, расположенных по окружности трубы, или с помощью отдельных отверстий в трубопроводе (бескамерный отбор). Диафрагмы широко применяют для измерения расходов жидкости, пара или влажного газа.

Сопло (рис. 1, б) имеет спрофилированную входную часть, которая переходит в цилиндрический участок диаметром d. Отбор давления осуществляется так же, как и в диафрагме. Сопла используют для измерения расхода паров и газов, причем они позволяют измерять больший расход, чем диафрагма. Потери давления и ошибки измерения у сопла ниже, чем у диафрагмы.

Сопло Вентури (рис. 1, б) применяют там, где при измерении расхода недопустимы большие потери давления. Оно состоит из двух частей: стандартного сопла и диффузора. Отбор давления от сопла осуществляется через кольцевые камеры

Зависимость между перепадом давлений в сужающем устройстве и расходом среды позволяет градуировать эти приборы в единицах расхода. Для получения линейной шкалы расходомеров в электрическую или кинематическую схему приборов включают устройства, осуществляющие операцию извлечения квадратного корня из измеряемой разности давлений. Это затрудняет обслуживание расходоме­ров и является их существенным недостатком. Другой не­достаток таких расходомеров — суженный диапазон из­мерения расхода среды (30—100% максимального значения измеряемой величины).

Методика измерения расхода веществ с помощью сужающих устройств

Стандартные сужающие устройства в комплекте с дифманометрами применяют для измерения расхода веществ в трубопроводах круглого сечения. При установке сужающих устройств соблюдают ряд требований:

фазовое состояние вещества при прохождении через сужающее устройство не должно меняться (жидкость не испаряется, пар не конденсируется; газы, растворенные в жидкости, не выделяются); участки трубопровода до и после сужающего устройст­ва должны быть прямыми без запорной арматуры, чтобы кон­денсат или пыль, выделяющаяся из пара либо газа, а также осадок или воздух, выделяющийся из жидкости, не скап­ливались в трубопроводе; при измерении расхода агрессивных жидкостей, газов, а также нефтепродуктов дифманометры надо устанавливать со специальными разделительными сосудами; если при измерении расхода параметры среды отлича­ются от расчетных, в показания прибора вводят поправ­ки; длина импульсных линий от сужающих устройств к дифманометрам не должна превышать 15 м, а их внутренний диаметр должен быть не менее 8 мм; импульсные линии прокладывают вертикально или с уклоном 1/10, при этом должны быть плавными изгибы труб и обеспечиваться герметичность линий и арматуры, а также их теплоизоляция; на импульсных линиях вблизи дифманометра устанав­ливают вентили для продувки линий; дифманометры устанавливают по отвесу на твердом ос­новании в местах, где нет тряски и вибрации, а вторичные приборы — на блочных щитах управления.

Рассмотрим схемы соединительных (импульсных) линий при измерении расхода жидкости, газа, пара.

При измерении расхода жидкости дифманометр рекомендуется устанавливать ниже сужающего устройства 3 (рис. 2, а). Соединительные линии подсоединяют в преде­лах углов j. При установке дифманометра 1 выше сужающего устройства (рис. 2, б) во всех наивысших точках линий устанавливают газосборники 5 с продувочными вентилями. Если измеряемая жидкость имеет высокую температуру (t>120°C), для обеспечения равенства плотностей жидкости в обеих соединительных линиях устанавливают уравнительные сосуды 4. Трубы до сосудов по­крывают тепловой изоляцией.

При измерении расхода пара также необходимо использовать уравнительные сосуды, которые обеспечивают постоянство и одинаковую высоту уровней конденсата в обеих линиях. Трубы до сосудов покрывают тепловой изоляцией. Для удаления воздуха из линий дифманометры рекомендуется устанавливать ниже сужающего устройства, в противном случае ставят газосборники.

При измерении расхода газа дифманометры располага­ют выше сужающего устройства, чтобы влага, выделяющаяся из газа, стекала в трубопровод. Если это не удается, в низких точках линий размещают сборники влаги с вентилями продувки 2. Кроме того, при измерении расхода горячих газов необходимо обеспечить одинаковую температуру в обеих линиях.

Рис. 2. Схемы подсоединений импульсных линий к

Трубопроводу при измерении расхода жидкости:

а 1-. при установке дифманометра ниже сужающего устройства,

б — при установке дифманометра выше сужающего устройства

Соединительные линии не рекомендуется прокладывать вблизи горячих трубопроводов и печей, в противном случае их покрывают изоляцией.

Основными достоинствами расходомеров с сужающими устройствами являются: широкая область давлений, температур и расходов, в которой их можно использовать при измерении однофазных веществ, определение градуировочной характеристики расчетным путем; взаимозаменяемость дифманометров и вторичных приборов. Недостатки — нелинейная зависимость расхода от разности давлений, что вызывает большие погрешности в измерении малых расходов; инерционность показаний прибора из-за наличия соединительных линий; необходимость проведения индивидуальной градуировки расходомеров при измерении расхода вязких сред или в трубах малого диаметра; нарушение целостности трубопроводов при установке в них сужающих устройств.

Расходомеры постоянного перепада давления

Рассмотренные ранее расходомеры переменного перепада давления широко распространены на ТЭС. Однако в ряде случаев этот вид расходомеров не может быть использован. В частности, для измерения небольших объемных расходов жидкостей (до 16 м3/ч) и газов (до 40 м3/ч) в вер­тикальных трубопроводах (диаметром от 4 до 100 мм) применяют расходомеры постоянного перепада давления — ротаметры.

Рис. 3. Схема ротаметра

Принцип действия ротаметров (рис. 3) основан на обтекании измеряемым потоком вещества чувствительного элемента так, что перепад давления на нем сохраняется постоянным. Это обеспечивается установкой на вертикальных участках трубопроводов с восходящим потоком однородного вещества конусных трубок с чувствительным элементом в них (поплавок или поршень). С изменением измеряемого расхода чувствительный элемент перемещается вверх или вниз, при этом меняется проходное сечение отверстия для потока вещества. Если пренебречь силами трения и дина­мического напора, можно записать условие равновесия чувствительного элемента (р1 — р2) S=m, где р1 — давление вещества в сечении А—А; р2— давление вещества в сечении В — В, которое меньше, чем р1, из-за ускорения потока в кольцевом сечении между чувствительным элементом и стенкой трубки; Sum. — поперечное сечение и масса чувствительного элемента. Таким образом, перепад давления на чувствительном элементе является постоянным и не зависит от расхода среды.

Положение чувствительного элемента зависит также от плотности измеряемого вещества, поэтому ротаметры разделяют на две группы: для жидкостей (градуируются по расходу воды); для газов (градуируются по расходу воздуха).

В зависимости от устройства различают стеклянные и металлические ротаметры. Стеклянные ротаметры являются показывающими и рассчитаны на давление до 0,6 МПа. Считывание их показаний осуществляется по шкале, нанесенной на коническую стеклянную трубку. Указателем шкалы служит верхняя кромка поплавка. Металлические ротаметры применяют для измерения расхода сред давлением более 6,4 МПа. Коническая трубка у них металлическая. Передача показаний у этих ротаметров осуществляется дистанционно либо с помощью дифференциально-трансформаторных, либо пневматических преобразователей. Выпускаются ротаметры классов точности 1,5; 2,5. Точность показаний может быть повышена в 2—3 раза в результате индивидуальной градуировки.

Недостатками ротаметров являются необходимость их установки на вертикальных трубопроводах, непригодность для измерения расхода сред с высокими давлением и тем­пературой, необходимость разрыва трубопровода для установки конической трубки.

Тахометрические расходомеры

Принцип действия тахометрических расходомеров основан на измерении средней скорости потока Vcp, которая пропорциональна объемному расходу вещества G0 = SVср, 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.

Рис. 4. Первичные преобразователи расхода жидкости: а -- турбинный, б - шариковый

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