Файл: Смирнов А.А. Основы автоматизации целлюлозно-бумажного и лесохимического производств учебник для техникумов.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 11.04.2024
Просмотров: 170
Скачиваний: 0
Погрешность показаний скоростных счетчиков в рабочем диапазоне измерений составляет не более ±2% от действительного количества воды, протекающей через счетчик.
Принцип действия объемных счетчиков основан на отсчете количества определенных объемов, вытесняемых из измеритель ной камеры прибора под действием разности давлений на счет чике.
На рис. 23 показано устрой ство гидромотора поршневого объемного мазутомера. Посту пающий через распределительное устройство мазут выталкивается поршнями, движущимися вверх под действием усилий поршней, движущихся вниз. При движении поршней диск 3 совершает коле бательные движения, обкатываясь по опорной тарелке 4. При этом приводится во вращение валик 6,
Рис. 23. Гидромотор поршневого ма зутомера:
1 — поршень; 2 — цилиндр; 3 — диск; 4 —
опорная тарелка; |
5 — ось штифта; 6 — кри |
||
вошипный |
валик; |
7 — кольцевой |
золотник; |
8 — палец |
кривошипного валика; |
9 — кор |
|
|
пус; |
10 — сильфон |
|
Рис. 24. Ротаметр со стеклянной конусной трубкой
число оборотов которого пропорционально количеству мазута, прошедшего через счетчик. Выходной конец валика 6 связан со счетным механизмом, крепящимся сверху на гидромоторе. Регу лировка точности измерения производится изменением хода порш ней путем изменения высоты расположения опорной тарелки 4.
6 Зак. № 602 |
81 |
Применяются также объемные счетчики с овальными шестер нями, дисковыми и кольцевыми поршнями. Объемные счетчики обладают небольшой погрешностью измерения, составляющей для некоторых счетчиков всего ±0,2%.
Расходомеры постоянного перепада. Основной и важнейшей группой расходомеров постоянного перепада являются ротаметры, служащие для измерения расхода газов и жидкостей.
Ротаметр состоит из вертикальной конусной стеклянной трубки (рис. 24), внутри которой помещается поплавок. Узкий конец трубки обращен вниз и служит для входа потока измеряемого вещества. Когда вещество в трубке не движется, поплавок нахо дится в нижнеШ положении, как показано на рис. 24. При наличии достаточного движения измеряемого вещества поток, перемещаясь внутри конусной трубки снизу вверх, захватывает поплавок и под нимает его до тех пор, пока масса поплавка не уравновесится давлением вещества на площадь поперечного сечения его. При всплытии поплавка изменяется кольцевой зазор между поплавком и внутренней поверхностью конусной трубки, но перепад давления до поплавка и после него не изменяется вследствие постоянства массы поплавка.
Масса поплавка в измеряемой среде может быть выражена
уравнением |
|
9 = ^ ( Р р - Р і), |
(12) |
где q — масса ротора, кг; V — объем ротора, м3;
рр— плотность материала ротора, кг/м3; рі — плотность измеряемого вещества, Кг/м3.
Когда усилие от действия массы ротора будет уравновешено давлением потока, ротор остановится. Действующая сила потока
на ротор будет равна |
|
q = ( P x- P 2) F 9, |
(13) |
где Р 1 и Р2— давление измеряемой среды соответственно |
перед |
ротором и после него; |
|
Рр — площадь сечения ротора, м2. |
|
Очевидно, можно написать: |
|
^(Р р- Р ,) = ( Л - Я 2)Р р. |
(14) |
Выразив (Рі—Р2) через АР и произведя преобразование, будем |
|
иметь |
|
ДР= У ( рр- Р і) |
(15) |
Скорость V потока в кольцевом зазоре определяется уравнением
ѵ = ? у -2gДР
Рі
где ф— коэффициент расхода.
82
Отсюда |
|
г/2Рі |
|
|
ДР = |
(16) |
|||
|
|
2g<p2 |
|
|
Приравнивая правые части |
уравнений (15) |
и (16), получаем |
||
ѵ2Рі |
^(Рр —Рі) |
(17) |
||
2gv2— |
|
Fp |
||
откуда |
2gV (Pp - Pi) |
|
||
v = ¥ |
(18) |
|||
|
^p —Pi |
|||
|
|
|
Объемный расход вещества, протекающего через ротаметр,
будет составлять |
|
Q = F v, |
(19) |
где Q — объемный расход вещества;
F — площадь кольцевого зазора в рассматриваемом положении
ротора. |
|
р а с х о д определится из |
||
С учетом выражения (18) м а с с о в ы й |
||||
уравнения |
|
|
|
|
G = |
2gV (Pp-P i) |
(20) |
||
^pPi |
||||
|
|
|||
о б ъ е м н ы й р а с х о д определится |
из уравнения |
|
||
Q = |
2gV (Pp - |
Рі) |
( 21) |
|
^pPi |
|
|||
|
|
|
В этих уравнениях трудно определимой величиной является коэффициент расхода <р, зависящий от значения произведения ріО, коэффициента динамической вязкости р, диаметра отверстия, экви валентного зазору D3, и шероховатости стенок трубки ротаметра и ротора. Указанные величины влияют на ср, вследствие чего при отклонении давления, температуры, плотности, вязкости измеряе мого вещества от расчетных значений необходимо корректировать показания прибора введением поправок. С этой целью показания ротаметра умножаются на следующие коэффициенты:
|
|
-рі- — при отклонениях давления; |
|
|
^2= 1/ |
р -----при отклонениях температуры; |
|
||
^ 3 |
= |/ ^ p ---- при отклонениях плотности, |
1 |
||
где |
Ри, |
Ти, рн — значения |
давления, температуры |
и плотности |
|
|
измеряемого вещества в нормальных условиях |
||
|
Р,, |
(101325 Па, 293 К); |
измеряемого |
|
|
Ти р! — давление, |
температура и плотность |
вещества в рабочих условиях.
6* |
83 |
В ротаметре (см. рис. 24) стеклянная конусная трубка 2 с на ходящимся в ней поплавком 1 зажата в штуцерах 3 и 4, снабжен ных сальниками. Штуцера связаны тягами 5. Это придает всему прибору достаточную жесткость. В штуцере 4 помещается седло, на которое садится поплавок при прекращении потока. В штуцере.? расположен ограничитель, в выступ которого упирается поплавок, если скорость измеряемого потока превышает размер, соответству ющий верхнему пределу показаний прибора.
В первоначальных конструкциях ротаметров поплавок не только занимал определенное положение по высоте (соответственно рас ходу веществ), но и постоянно находился во вращательном движе нии. Последнее достигалось воздействием потока на особые косые канальцы, вырезанные на верхней кольцевой части поплавка. По скольку поплавок походил на вращающийся ротор, прибор был назван ротаметром. В настоящее время поплавки ротаметров изго товляются без канальцев и не вращаются при работе. Для устране ния прилипания поплавка к стенке конусной трубки ротаметр дол жен быть .установлен строго вертикально. При всплытии поплавок обтекается потоком и центрируется внутри конусной трубки, он не соприкасается со стенками трубки и работает, таким образом, без трения. Это делает поплавок чрезвычайно чувствительным к малейшему изменению скорости потока.
Расход протекающего вещества отсчитывается в объемных или массовых единицах непосредственно на шкале, нанесенной на внеш ней поверхности стеклянной трубки. Отсчет производится по верх ней кромке поплавка. Ротаметр соединяется с трубопроводом фланцами.
Материал для изготовления поплавка и арматуры подбирается в зависимости от состава и характера измеряемой среды.
Ротаметры градуируются при определенных расчетных пара метрах, жидкостные — по расходу воды, а газовые — по расходу воздуха. Для рабочих условий пределы измерения соответственно меняются. Кроме того, при изменении давления, температуры, плот ности и вязкости измеряемого вещества в процессе эксплуатации необходимо в показания прибора вносить соответствующие по правки. Погрешность работы ротаметров не превышает ±1,5% от
верхнего предела шкалы.
Кроме механических, широко используются также ротаметры с электрической индукционной или пневматической дистанционной передачей показаний на показывающий, самопишущий, интегрирую щий или регулирующий прибор. Погрешность измерения ротамет
ров с электрической индукционной передачей |
не превышает |
±2,5%, |
а при наличии пневматической передачи не |
превышает |
±3% от |
верхнего предела шкалы прибора.
Расходомеры переменного перепада. Измерение расхода ве ществ по методу переменного перепада основано на изменении потенциальной энергии вещества в трубопроводе при местном суже нии потока. Для измерения расхода вещества в трубопроводе
84
создают сужение сечения установкой специального сужающего устройства.
С у ж а ю щ е е у с т р о й с т в о представляет собой дроссельное приспособление, посредством которого при протекании пара, газа или жидкости через суженное сечение часть потенциальной энергии преобразуется в кинетическую. Переход потенциальной энергии в кинетическую обусловливается возрастанием скорости потока при протекании через суженное сечение.
Изменение потенциальной энергии зависит от расхода вещества, так как с увеличением количества вещества, проходящего через
. сужающее устройство-, будет соответственно увеличиваться скорость потока и разность давлений в трубопроводе до сужения и в мёсте сужения потока. Изменение размера разности статических давле ний до и в месте сужения (так называемого перепада давлений), может быть измерено посред ством дифференциальных ма нометров (дифманометров).
По измеренному размеру перепада на основании закона сохранения энергии расчетным путем может быть определен расход вещества. Расход ве щества по методу переменного перепада может быть с доста точной точностью измерен в том случае, если известны темпе ратура, давление и масса еди ницы объема измеряемого ве щества и если измеряемая сре да при протекании по трубо проводу, где установлен преоб
разователь расхода (сужающее устройство), находится в одной: определенной фазе — жидкой или газообразной.
Из последнего следует, что измеряемые капельные жидкости могут содержать газы или твердые вещества лишь в растворенном виде и что не должно быть выделения газов или осадков из жидко сти. Газы не должны содержать крупных капель влаги, а пар дол жен быть перегретым. Это требование имеет особенное значение при измерении паров в состоянии, близком к насыщению, и жидко стей— вблизи точек кипения.
Простейшим сужающим устройством является диафрагма. На рис. 25 показана форма потока и кривая изменения давления в трубопроводе при установке диафрагмы (жирной линией на кривой показано распределение давлений вдоль стенки трубопровода, пунктирной линией — распределение давлений по оси трубопро вода).
Теория измерения расхода по методу переменногоперепада заключается в следующем. Известно, что кинетическая энергия прямо пропорциональна квадрату скорости, а потенциальная
85
энергия прямо пропорциональна давлению или высоте столба жид кости. Соотношение между давлением и скоростью потока дает следующее уравнение Бернулли, выражающее энергетический баланс движущейся идеальной жидкости:
Р\ I *1 |
Р2 |
2g ~Z2 , |
(22) |
2g |
p2g |
где P1 и Pi — давление среды |
соответственно в сечении трубопро |
||||
|
вода до преобразователя расхода и в суженном |
||||
|
сечении потока, Па; |
соответственно |
|||
рі и р2 — плотность протекающей жидкости |
|||||
|
в сечении трубопровода до преобразователя и в су |
||||
|
женном сечении потока, кг/м3; |
|
|||
ѵі |
g — ускорение, равное |
9,81 м/с2; |
|
||
и ѵі — скорость потока соответственно в сечении трубопро |
|||||
|
вода до преобразователя расхода и в суженном се |
||||
Zi |
чении, м/с; |
|
|
|
|
и zi — геометрический напор, выражающий потенциальную |
|||||
|
энергию положения протекающей жидкости, м. |
||||
Член |
выражает потенциальную энергию давления жидко |
||||
сти (статический напор) и имеет размерность длины |
|||||
|
L р£ J |
Lкг/м3 ■м/с2 J |
L кг/м3 • м/с2 J |
1 J |
|
Член |
выражает удельную кинетическую энергию движу- |
||||
|
2g |
(динамический напор) и также имеет размерность |
|||
щейся жидкости |
|||||
длины |
|
г V2 I |
г м2/с2 |
|
|
|
|
|
|||
|
|
L2g J |
[ м/с2 |
|
|
Согласно уравнению (22) |
при движении идеальной жидкости |
в трубопроводе сумма геометрического, статического (пьезометри ческого) и динамического (скоростного) напоров в сечениях по тока до и.после преобразователя расхода является постоянной ве личиной.
Для реальной жидкости, движущейся с трением, часть удель ной энергии будет расходоваться на преодоление трения и других
сопротивлений, т. е. |
появится так |
называемый потерянный напор |
||
(Ад)- |
упрощения |
математического вывода примем: Zi=Zi, |
р = |
|
Для |
||||
= Рі = Р2, |
Лп = 0. Тогда после преобразований уравнение (22) |
при |
||
мет вид |
|
|
|
|
|
|
Р1 - Р 2 |
2g |
(23) |
|
|
Рі |
||
|
|
|
86