Дипломная работа: Технологический процесс контроля жидкости

Турбинные приборы применяются для измерения самых различных жидкостей (за исключением очень вязких), а также содержащих взвешенные частицы, особенно когда они обладают абразивными свойствами, вызывающими засорение и износ опор.

Для измерения расхода газа турбинные приборы применяются значительно реже. Это связано с тем, что вследствие малой плотности газа движущий момент получается незначительным, несмотря на сравнительно большие скорости. Это сужает диапазон измерения и повышает порог чувствительности, а также требует принятия особых конструктивных мер по снижению сопротивлений, возникающих при вращении турбинки. Кроме того, вследствие больших скоростей газа турбинки имеют повышенную скорость вращения и это означает - ускоренный износ подшипников.

Камерные тахометрические счетчики и расходомеры могут применяться для сред, имеющих как большую, так и малую вязкость. Причем в первом случае они являются одними из немногих пригодных приборов. Камерные приборы пока применяются главным образом как счетчики.

Шариковые приборы возникли позже турбинных и камерных приборов. Они применяются в качестве расходомеров для измерения расхода различных жидкостей, главным образом нефти.

Тахометрические приборы измеряют объемные расход и количество. При необходимости применения их для измерения массового расхода они дополняются устройством, например плотномером, и необходимой счетно-решающей схемой. Наиболее точными среди всех рассматриваемых являются некоторые разновидности камерных приборов. Так, серийно изготовляемые счетчики жидкости с овальными шестернями имеют класс 0.5, несмотря на механическую связь со счетным механизмом.

Шариковые расходомеры менее точные по сравнению с турбинными, и имеют меньший линейный диапазон измерения, но зато они могут работать в загрязненных средах. Турбинные и особенно камерные приборы очень чувствительны к загрязнению и механическим примесям. Как показали испытания, даже жесткая вода отрицательно влияет на точность турбинных расходомеров. Кроме того, для этих приборов весьма важной является смазывающая способность измеряемой среды. Поэтому на нефтепродуктах они лучше работают, чем, например, на воде. По этой же причине они менее пригодны для газов из-за быстрого износа подшипников. Существенным недостатком турбинных приборов является также зависимость их показаний от вязкости среды. С увеличением вязкости диапазон линейной характеристики прибора существенно сокращается. Камерные приборы в этом отношении лучше.

В турбинных тахометрических расходомерах применяются два типа турбинок - аксиальные и тангенциальные. У первых ось совпадает с направление потока, у вторых - перпендикулярна потоку. Аксиальные турбинки имеют лопасти винтовой формы. Эти турбинки отличаются друг от друга, главным образом, числом лопастей и их длиной. Различные типы аксиальных турбинок представлены на рисунке 1.2 а,б.

Значительно более разнообразны конструкции тангенциальных турбинок (рисунок 1.2 в-ж). Здесь прежде всего различают характер подвода жидкости к турбинке в виде одной струи или в виде нескольких отдельных струй (рисунок 1.2 в,д), поступающих тангенциально со всех сторон (рисунок 1.2 г). При измерении расхода газа в трубах очень малого диаметра находят применение турбинки не с плоскими лопастями, а лопастями полусферической формы (рисунок 1.2 ж), напоминающие лопасти турбин Пельтона. В трубах большого диаметра известны случаи применения крыльчаток, занимающих лишь незначительную часть поперечного потока, при этом возможны крыльчатки особого типа, например состоящие из двух полуцилиндрических лопастей, сдвинутых относительно друг друга как на рисунке 1.2 е.

а) аксиальная турбинка при малом диаметре трубы; б) аксиальная турбинка при большом диаметре трубы; в) тангенциальная турбинка со светоотражательными пластинами; г) тангенциальная турбинка в многоструйных счетчиках нефти; д) тангенциальная турбинка в одноструйных счетчиках нефти; е) тангенциальная турбинка с полуцилиндрическими лопастями; ж) тангенциальная турбинка с полусферическими лопастями.

Рисунок 2 - Различные типы турбинок

1.3.2 Кориолисовый расходомер

Сила Кориолиса - одна из сил инерции, существующая в неинерциальной (вращающейся) системе отсчета из-за вращения и законов инерции, проявляющаяся при движении в направлении под углом к оси вращения. Чтобы тело двигалась с кориолисовым ускорением, необходимо приложение силы к телу F=m·a, где а - кориолисовое ускорение. Эффект, учитываемый кориолисовой силой, состоит в том, что во вращающейся системе отсчета материальная точка, движущаяся не параллельно оси этого вращения, отклоняется по направлению. Кориолисовые расходомеры используют U-образную трубку малого сопротивления в качестве сенсора (датчика расхода), и их работа основана на втором законе Ньютона. Внутри корпуса сенсора находится сенсорная трубка, которая приводится в движение управляющей электромагнитной катушкой, расположенной в центре изгиба трубки, и вибрирует подобно камертону (без каких либо искривлений в случае отсутствия расхода). При движении измеряемой среды через сенсор проявляется физическое явление, известное как эффект Кориолиса, воздействующие со стороны жидкости на трубку (рисунок 1.3-1.4). Эта сила направлена против движения трубки, когда трубка движется вверх во время половины ее собственного цикла, то для жидкости, втекающей внутрь, сила Кориолиса направлена вниз. Как только жидкость проходит изгиб трубки, направление силы меняется на противоположенное. Таким образом, во входной половине трубки сила, действующая со стороны жидкости, препятствует смещению трубки, а выходной - способствует. Это является причиной того, что сенсорная трубка изгибается. Когда во второй фазе вибрационного цикла трубка движется вниз, направление изгиба меняется на противоположное. Сила Кориолиса и величина изгиба сенсорной трубки прямо пропорциональны массовому расходу жидкости. электромагнитные детекторы измеряют фазовый сдвиг при движении противоположных сторон сенсорной трубки. Когда расхода измеряемой среды нет, то не возникает изгиб трубки, в результате чего отсутствует временная разница между двумя сигналами детекторов. Кориолисовые расходомеры массы вполне подходят для одновременного дозирования и для точных измерений в широком диапазоне расхода.

Рисунок 3 - Силы, действующие на первичный преобразователь кориолисова расходомера

а) схема кориолисового расходомера

Рисунок 4 - Кориолисовый расходомер

1.3.3 Камерный расходомер и счетчик

Камерными называются тахометрические расходомеры и счетчики, имеющие один или несколько подвижных элементов, которые при движении отмеривают определенные объемы или массы жидкости или газа.

В подавляющем большинстве случаев подвижные элементы камерных расходомеров и счетчиков движутся непрерывно со скоростью, пропорциональной объемному расходу.

Имеется весьма большое число конструктивных разновидностей камерных расходомеров и счетчиков. Основные из них изображены на рисунке 1.5.

Расходомеры и счетчики без движущегося разделительного элемента состоят из одной или нескольких мерных камер, которые последовательно опорожняются и заполняются:

а) неподвижные (условно отнесены к тахометрическим приборам):

с сифонами;

2) с клапанами;

б) подвижные:

опрокидывающиеся; гравиметрические, массовые (рисунок 1.5а); объемные (рисунок 1.5б);

барабанные: для жидкости (см рисунок 1.5в); для газа (рисунок 1.5г);

расходомеры и счетчики с эластичными стенками камер (рисунок 1.5д),

состоят из совершающих непрерывное поступательно-возвратное движение двух или более камер, которые последовательно заполняются и опорожняются.

Расходомеры и счетчики с движущимися разделительными элементами состоят из жесткой камеры, в которой отмеривание объема жидкости или газа производится посредством непрерывного перемещения одного или нескольких разделительных элементов (поршня, диска, роторов и т. п.):

а) поршневые:

однопоршневые (рисунок 1.5е);

многопоршневые с коленчатым валом и распределительным диском;

б) роторные:

1) с одинаковыми роторами: восьмеркообразной формы (рисунок 1.8ж) и трапецеидальной формы (рисунок 1.5н);

2) с различными роторами;

в) зубчатые:

с овальными колесами (рисунок 1.5з);

зубчато-винтовые;

г) лопастные:

1) со скользящими лопастями: с кулачковым управлением (рисунок 1.5л) или с управлением кромкой измерительной камеры;

2) со складывающимися лопастями;

д) ковшовые (рисунок 1.5м);

е) кольцевые (рисунок 1.5и);

ж) дисковые (рисунок 1.5к).

Многие из перечисленных приборов уже давно нашли широкое применение в качестве счетчиков жидкости или газа. Их подвижные элементы через редуктор соединяются со счетным механизмом.

Камерные счетчики газа и особенно жидкости имеют малую погрешность ±(1-1,5)% у первых и ±(0,5-1)% у вторых. Диапазон измерения в зависимости от разновидности и типоразмера находится в пределах от 5:1 до 20:1 и даже более.

Хотя вязкость измеряемой среды сказывается на показаниях рассматриваемых приборов, но в значительно меньшей степени, чем у турбинных приборов. Поэтому некоторые разновидности камерных счетчиков и расходомеров применяются для жидкостей, имеющих вязкость вплоть до 3- 10~4м2/с(300сСт).

Наиболее распространены приборы с движущимися разделительными элементами (группа III). Приборы с эластичными стенками камер (группа II) предназначены только для измерения количества газа, расходуемого мелкими потребителями преимущественно для бытовых целей. Наиболее точными являются приборы без движущегося разделительного элемента. Из числа этих приборов чаще употребляются приборы подвижные (опрокидывающиеся и барабанные). Приборы неподвижные (с сифонным или клапанным опорожнением) встречаются весьма редко, в особых случаях.

а) опрокидывающийся гравиметрический; б) опрокидывающийся объемный; в) барабанный для жидкости; г) барабанный для газа («мокрые газовые часы»); д) с эластичными стенками («сухие газовые часы»); е) поршневой; ж) с восьмеркообразными роторами; з) зубчатый с овальными колесами;

и) кольцевой; к) дисковый; л) лопастной; м) ковшовый; н) ротационный с трапецеидальными роторами.

Рисунок 5 - Различные типы камерных преобразователей расхода

Достоинства:

малые или средние затраты на первоначальную наладку;

высокий класс точности;

невысокая стоимость;

возможность измерения малых расходов;

широкий диапазон измерения;

возможность измерения расходов жидкостей с относительно высокой вязкостью;

Недостатки:

- наличие движущихся частей. Износ движущихся механизмов приводит к снижению точности измерений или к возможному выходу из строя расходомера;

- относительно сложное конструктивное исполнение;

- высокая чувствительность к механическим примесям;

- не применяют для измерения расхода в трубах с большим диаметром;

- сложность ремонта. Обычно ремонт камерных расходомеров возможен только в заводских условиях;

- высокий перепад давления из-за полного перекрывания тракта потока расхода;

- не подходят для потока с низкой скоростью перемещения;

- газ (пузыри) могут существенно повлиять на точность измерений;

Российская компания «АППЭК», выпускает камерные расходомеры таких марок, как «Multipulse Trimec Industries», «Multipulse SAP Trimec Industries» и др. Также компания «ТИРЭС» представляет такие модели как «ТИРЭС НП», («ULT» технические характеристики в таблице 5.)

Японская компания «Oval corporation» выпускает расходомеры данного типа.

Таблица 2 - Технические характеристики камерных расходомеров «ULT».