Файл: Боронихин А.С. Основы автоматизации производства и контрольно-измерительные приборы на предприятиях промышленности строительных материалов учеб. для техникумов.pdf

где (öCp — средняя скорость движения вещества в м/с; F — поперечное сече­ ние потока в м2.

О количестве жидкости, прошедшей через прибор, можно судить по числу оборотов вертушки с лопастями, находящейся на пути по­ тока, считая, что скорость вращения вертушки будет также про­ порциональна средней скорости потока, т. е.

где п — число оборотов вертушки в 1 с; С — постоянный коэффициент, харак­ теризующий свойства прибора.

Рис. IV. 1. Схема водомера со спиральной вертушкой

Подставляя значение соср из формулы (IV. 1) в формулу (IV.2), получим

Следовательно, число оборотов вертушки пропорционально рас­ ходу жидкости.

На рис. IV. 1 приведена конструкция водомера со спиральной вер­ тушкой 1, вращающейся в двух подшипниках, один из которых ук­ реплен в детали 2, служащей одновременно струевыпрямителей. При помощи червяка 3 и шестерни 4 движение передается через промежуточный механизм 5 к счетчику 6, в котором перемещаются стрелки, расположенные на циферблате.

57

В водомере с крыльчатой вертушкой 1 (рис. IV.2) плоские крылья расположены звездообразно, причем жидкость проходит перпен­ дикулярно оси крыльчатки. Вертушка связана с передаточным ус­ тройством 2 и счетным механизмом 3, в котором также перемещаются стрелки, расположенные на циферблате. Скоростные счетчики можно устанавливать на линиях, давление в которых не превышает 1 МПа (10 кгс/см2). Производительность счетчиков колеблется от 0,5 до 1700 м3/ч. Допустимая погрешность измерения составляет 2—3%.

Рис. IV.2. Схема водомера с крыльчатой вертушкой

Объемные счетчики служат для измерения количества жидкости. По конструкции их разделяют на шестеренчатые, ротационные и поршневые.

К шестеренчатым относятся счетчики (рис. ІѴ.З) с овальными шестернями 1, применяемые главным образом для измерения ко­ личества вязких и маловязких жидкостей при температуре от —20 до +60° С. Производительность таких счетчиков до 2000 л/ч. Класс точности счетчиков 0,5. Счетчики монтируют с вспомога­ тельными устройствами для очистки проходящих продуктов от твердых частиц, а также с воздухоотделителями и фильтрами для отделения жидкостей от газов и паров. Счетчик учитывает объем жидкости 2, находящейся между стенкой и шестерней. Число оборотов шестерен определяют счетным механизмом.

Ротационные счетчики предназначены для измерения количе­ ства неагрессивного очищенного газа в пределах 0,25—1000 м3/ч. Их монтируют на газопроводах диаметром 50—150 мм. Допусти­ мая погрешность этих приборов 2%.

Принцип действия объемного ротационного счетчика заклю­ чается в следующем (рис. ІѴ.4). Газ из трубопровода через вход­ ной патрубок 1 счетчика поступает в рабочую камеру 2, ограни­ ченную двумя лопастями 3, которые приводятся во вращение протекающим газом. За один оборот лопастей через счетчик про-

58

ходит объем газа, определяемый размерами участка 4 камеры. Вращение лопастей передается счетному механизму прибора. Во входном патрубке счетчика установлена сетка 5 для предохране­ ния счетчика от возможного попадания в него крупных частиц, приносимых газом. Ротационные счетчики устанавливают на вер­ тикальных газопроводах. Направление потока газа через счет­ чик— сверху вниз.

В процессе эксплуатации объемных счетчиков в их показания следует вводить поправку на отклонение температуры и давления

газа, если эти величины отличаются от градуировочных. Поправку на изменение величины давления газа от расчетной определяют по формуле

Ар Рфакт

10 332

где Рфакт ■— абсолютное фактическое давление газа в мм вод. ст.

Поправку на отклонение температуры от расчетной величины рассчитывают по формуле

293

АТ

Тфакт

где Тфакт — абсолютная фактическая температура газа, прошедшего через счетчик; Т = 273 + t (t — температура газа в °С).

Общая поправка равна:

А<20бщ = АрАТ.

Поршневые счетчики (рис. IV.5). Под действием давления проте­ кающей жидкости поршень 1 совершает возвратно-поступательное движение в цилиндре 2, вытесняя за каждый ход количество жид­

59

кости, равное объему цилиндра. Шток поршня 3 через передаточный механизм связан со счетным механизмом. Перемещение поршня осу­ ществляется переключением четырехходового крана 4.

Дисковые счетчики (рис. IV.6). Внутри измерительной камеры 1 находится диск 2, который под действием давления жидкости совер­ шает колебательные движения. За каждое полное колебание диск вытесняет объем жидкости, равный объему измерительной камеры. Колебательные движения диска приводят во вращательное движе-

ние ось шаровой опоры 3, которая при помощи поводка 4 приводит во вращательное движение приводной вал 5. Вращение последнего пе­ редается передаточному механизму, а дальше—счетному механизму.

Барабанные счетчики (рис. IV.7). Измерительный барабан вра­ щается под действием разности давления газа на входе и выходе счетчика. Барабан разделен перегородками на четыре камеры оди­ накового объема (/, II, III, IV), имеющие внутренние (входные) ах, Ьх, сх, dx и наружные (выходные) а, b, с, d отверстия. Газ по­ ступает в барабан через входную трубу 1 и через входные от­ верстия поочередно заполняет камеры. Например, при заполнении камеры IV выходное отверстие d закрыто затворной жидкостью 2. Газ, находящийся в камере I I I , через выходное отверстие с посту­ пает в отводящую трубу 3. Вращение измерительного барабана пе­ редается счетному механизму и стрелке, показывающей количество газа, проходящего через счетчик.

Весовые счетчики. Для измерения количества сыпучих материа­ лов применяют рычажные неавтоматические и автоматические весы.

Рычажные весы состоят из рычага первого рода, имеющего точку опоры посредине. К концам рычага подвешены две чашки: одна для взвешиваемого тела, другая для гирь. Условием равновесия весов является равенство моментов относительно точки опоры.

60

Помимо рычажных иногда применяют пружинные весы. Ё пру­ жинных весах груз подвешивают к концу калиброванной, неподвиж­ но закрепленной верхним концом пружины. При взвешивании из­ меряется удлинение пружины. Чем больше удлинение, тем больше сопротивление растяжению. Когда сопротивление станет равным массе взвешиваемого груза, растяжение пружины прекратится.

Неавтоматические весы мало пригодны для современных про­ мышленных предприятий; отсутствие регистрации показаний, зави­

симость результатов взвешивания от весовщика, малая производи­ тельность — все эти недостатки заставляют переходить на автома­ тическое взвешивание. По принципу действия автоматические весы разделяют на порционные и непрерывного взвешивания.

Порционные весы (рис. IV.8) автоматически отсекают порции взвешиваемого материала, поступающего из расходного бункера, и высыпают его в приемный бункер или какую-нибудь тару также отдельными порциями. Счетчик, установленный на весах, регистри­ рует число отвешенных порций.

В начале загрузки ковша 1 скорость подачи материала на весы наибольшая, однако в тот момент, когда масса ковша, подвешенного на коромысле 2 призменной опоры, приближается к заданной массе набора гирь 3, скорость подачи резко снижается во избежание пе­ ресыпки материала. В тот момент, когда масса ковша становится рав­ ной заданной, подача полностью прекращается. Это осуществляет­ ся при помощи рычажно-шарнирной системы, связывающей ковш 1 с секторной заслонкой 4, перекрывающей течку питателя.

Последовательность работы весов следующая. Пустой ковш на­ ходится в крайнем верхнем положении. Упираясь кронштейном 5 в шток 6, ковш держит заслонку 4 полностью открытой, и материал интенсивно поступает в ковш. По мере опускания ковша заслонка начинает закрываться. В тот момент, когда рычаг 7 упрется своим роликом в болт трехплечего рычага 8, заслонка 4 оставит лишь

61

небольшое отверстие в течке для медленной досыпки материала в ковш. При этом рычаг 7 остановится и тягой 9 будет удерживать заслонку, не позволяя ей полностью закрыться. По мере достижения заданной массы ковш ложится кронштейном 5 на плечо рычага 8 и поворотом выводит его ролик из-под ролика рычага 7. Рычаг 7, потеряв опору, резко опускается вниз, полностью закрывая заслон­ ку, и поворачивает шарнирно связанный с ним рычаг 10, который другим концом ударяет снизу по рычагу 11 и отпирает дно ковша. Ковш при этом опорожняется, но подняться не может, так как тяги 9 и 12, образующие прямую линию, не позволяют заслонке откры­ ваться, а последняя штоком 6 препятствует подъему ковша. Когда

же ковш опорожнится и дно его захлопнется контргрузом 13, ры­ чаг 11 ударит сверху по концу рычага 10, а последний, подняв ры­ чаг 7 в исходное положение, откроет заслонку. Ковш при этом зай­ мет верхнее положение. Число отвесов контролируют счетчиком 14, связанным с заслонкой 4 рычажной системой.

Весы непрерывного взвешивания отличаются тем, что материал идет через них непрерывно, причем весы регистрируют суммарную массу прошедшего через них материала. У весов для непрерывного взве­ шивания (рис. IV.9, а) конвейер 1 является частью коромысла весов, и материал, находящийся на нем, уравновешивается грузом 2. При изменении массы материала, проходящего по конвейеру, по­ следний поднимается или опускается. Затвор 3, находящийся на рычаге, имеющем ось вращения 4, увеличивает или уменьшает се­ чение выходного отверстия воронки 5, через которую материал поступает на весы.

В весах-питателях (рис. IV.9, б) при наклоне коромысла 6 под влиянием массы материала на контрольном участке 7 питателя из­ меняется сечение выводного отверстия воронки.

62

§ IV.2. РАСХОДОМЕРЫ ПЕРЕМЕННОГО ПЕРЕПАДА

Один из наиболее распространенных способов измерения рас­ хода жидкостей, газов и пара — измерение расхода по перепаду давления. В комплект приборов для измерения расхода^по методу переменного перепада давления входят: сужающее устройство, рас­ ходомер — дифференциальный манометр, измеряющий перепад дав­ ления в сужающем устройстве, и соединительные линии между су­ жающим устройством и дифманометром. Расходомеры перемен­ ного перепада пригодны для измерения практически любого расхода жидкости, газа или пара при значительном давлении и различной температуре контролируемой среды. Перепад давления пропор­ ционален скорости потока вещества в сужающем сечение потока устройстве, помещенном в трубопроводе. Изменяя размеры сужа­ ющего устройства, можно менять пределы измерений расхода. Пре­ делы измерений также можно варьировать и изменением перепада

давления, измеряемого дифманометром.

Для измерения расхода методом переменного перепада в трубо­ проводе, по которому протекает жидкое или газообразное вещество, устанавливают сужающее устройство (диафрагму, сопло, сопло Вен­ тури), создающее местное сужение потока (рис. IV. 10). Вследствие перехода части потенциальной энергии давления в кинетическую энергию средняя скорость потока в суженном сечении повышает­ ся, в результате чего статическое давление в данном сечении^ стано­ вится меньше статического давления перед сужающим устройством. Разность этих давлений (перепад давления) тем больше, чем больше расход протекающего вещества. Следовательно, разность давлений

может служить мерой расхода.

Зависимость между расходом несжимаемой жидкости и перепа­ дом давления можно установить, пользуясь уравнением Бернулли и уравнением неразрывности струи. Для двух сечений потока (1 и 2 на рис. IV. 11), в каждом из которых статическое давление остается постоянным по всему сечению, упомянутые выше уравнения для горизонтального трубопровода имеют следующий вид:

р[_ I Ді_ __ _р £ , £ |_ . Рі 2 ' р2 Г 2 ’

p1v1F 1= P2V2F2,

где Fx, ѵх и р[ — соответственно площадь, средняя скорость и абсолютное статическое давление в сечении /; F2, ѵ2, р2 — то же, в сечении 2\ р — плот­ ность.

Так как плотность жидкости р, проходящей через сужающее устройство, практически можно считать неизменной (рх = р 2 = р), то

vxFx = vzFz.

63