Раздел 4 – Средства и методы измерений

4.1 МЕТОДЫ 4.1.1Выбор методов проведения испытаний, представленных в настоящей Методике, будет зависеть от типа компрессора, заданного газа, и выбранного типа испытаний.     4.2 СРЕДСТВА ИЗМЕРЕНИЯ 4.2.1Дополнения к Методике Проведения Испытаний в серии документов PTC 19 посвящены вопросам контрольно-измерительных приборов и аппаратного комплекса, в них отражена достоверная информация о средствах измерения и вопросах их использования, к указанным документам следует обращаться при необходимости получения таковой информации. Выбор контрольно-измерительных приборов должен быть продиктован требованиями в части ограничений по неопределенности для каждого из типов испытаний, а также соответствием условий испытательного стенда заданным условиям проведения испытаний. Выбор того или иного типа контрольно-измерительных приборов должен быть подтвержден посредством выполнения расчета, доказывающего, что величина неопределенности в результатах измерений соответствует заявленным целям проведения испытаний. Контрольно-измерительные приборы требуются для определения состояние газа на входе и на выходе, величину расхода и обороты компрессора. В зависимости от выбранного метода, может потребоваться дополнительные средства измерения в целях определения испытательной мощности. 4.3 ТРУБОПРОВОДЫ 4.3.1Расположение точек замера давления и температуры имеет характерную связь с геометрией отверстий входного и выходного устройств компрессора. Размеры трубопроводов должны соответствовать указанным отверстиям. Выполнение требования о минимальной длине прямых участков трубопроводов обязательно с точки зрения некоторых точек замера давления и температуры, а также некоторых устройств измерения расхода (расходомеров). В данном Разделе рассматриваются вопросы расположения трубопроводов и допустимые исключения. Необходимо принять решения по приведенным выше вопросам и отразить ход принятия решений в протоколе испытаний. 4.3.2На Рис. 4.1 приведены типовые варианты конфигурации впускных трубопроводов, требующихся для компрессоров. Минимальная длина прямого участка впускного трубопровода определяется тем, что находится выше по потоку отверстия входного устройства. Четыре приемника статического давления должны располагаться как минимум в 24 дюймах выше по потоку отверстия входного устройства. Ниже по потоку приемников статического давления должны располагаться четыре приемника температуры,

они должны быть смещены на 45 градусов относительно приемников давления и должны располагаться как минимум на 12 дюймов ниже по потоку приемников давления. В отдельных случаях, когда атмосферные условия удовлетворяют требованиям, допускается проведение испытаний компрессора без использования входных трубопроводов, как показано на Рис. 4.2. Отверстие входного устройства должно быть защищено (решетчатым) экраном, кроме того, приемный конус должен быть спроектирован таким образом, чтобы возможность попадания посторонних частиц в проточную часть была исключена, а потери на входе были минимальными (см. пункт 4.4). Полное давление на входе равняется атмосферному давлению. Средства измерения температуры должны располагаться на экране в целях измерения температуры воздушного потока на входе в компрессор. Для компрессоров с осевым входным устройством, рабочее колесо, при некоторых условиях, может генерировать вихрь в точке замера давления, что вносит значительную по величине ошибку в измеренную величину давления на входе. Пользователи настоящей Методики, при наличии согласия сторон, могут использовать в конструкции агрегата лопатки направляющего аппарата, спроектированные таким образом, чтобы потери давления были небольшими, что позволит предотвратить вращение приемников давления. Четыре приемника статического давления должны располагаться выше по потоку фланца компрессора, на минимальном расстоянии равном, четырем диаметрам трубопровода, как показано на Рис. 4.3.   4.3.3Типовая конфигурация выходных трубопроводов, требующихся для компрессоров, приведена на Рис. 4.1. Указана минимальная длина прямого участка выходного трубопровода, который требуется в районе постановки контрольно-измерительных приборов. Четыре приемника статического давления должны располагаться как минимум в 24 дюймах ниже по потоку отверстия выходного устройства. Ниже по потоку приемников давления должны располагаться четыре приемника температуры, которые должны быть смещены на 45 градусов относительно приемников давления и должны располагаться как минимум на 8 дюймов ниже них по потоку. Допускается использование альтернативного расположения в том случае, если компрессор, эксплуатирующийся в качестве пневматической машины, характеризуется скоростным давлением (скоростным напором) на 5 процентов меньшим, чем абсолютное давление. В таком случае, испытания компрессора допускается проводить без выходного трубопровода, как показано на Рис. 4.4. Температура выходящего газового потока замеряется на выходном устройстве компрессора. В том случае, когда компрессор имеет улитку, которая создает несимметричность потока на отверстии выходного устройства, приемники статического давления должны располагаться ниже по потоку на минимальном расстоянии, равном шести диаметрам трубопровода, как показано на Рис. 4.5. Прочие минимальные расстояния приведены на Fig. 4.1.

		Мин. длина участка В
		Мин. длина участка В
		Мин. длина участка А
		Минимум 8 дюймов

4 приемника давления на входе, расположенных через 90 градусов относительно друг друга

4 приемника температуры на входе, расположенных через 90 градусов относительно друг друга (смещены на 45 градусов относительно приемников статического давления)

4 приемника давления на выходе, расположенных через 90 градусов относительно друг друга

4 приемника температуры на выходе, расположенных через 90 градусов относительно друг друга (смещены на 45 градусов относительно приемников статического давления)

Отверстие входного устройства с предшествующим	Минимальный размер		Отверстие выходного устройства с последующим	Минимальный размер
А	В	А	В
Прямым участком	2 диаметра	3 диаметра	Прямым участком	2 диаметра	3 диаметра
Коленчатым патрубком	2 диаметра	3 диаметра	Коленчатым патрубком	2 диаметра	3 диаметра
Сужающим переходником	3 диаметра	5 диаметров	Сужающим переходником	3 диаметра	5 диаметров
Клапаном	8 диаметров	10 диаметров	Клапаном	3 диаметра	5 диаметров
Flow device	3 диаметра	5 диаметров	Flow device	8 диаметров	10 диаметров
Для получения информации о вариантах компоновки с открытым входным устройством, см. Рис. 4.2	Для получения информации о вариантах компоновки с открытым выходным устройством, см. Рис. 4.4
Для получения информации об осевых входных устройствах, создающих вихри, см. Рис. 4.3	Для получения информации о рассеивающих улитках с несимметричным потоком, см. Рис. 4.5
Конфигурация входного устройства	Конфигурация выходного устройства

РИСУНОК 4.1 КОНФИГУРАЦИЯ ВХОДНОГО И ВЫХОДНОГО УСТРОЙСТВ

		Давление на входе по барометру
	Сетка защитного экрана с минимальным размером ячейки, равным 1 дюйму
		Температура на входе, 4 точки замера, расположенные через 90 градусов относительно друг друга

РИСУНОК 4.2 ВХОДНОЕ УСТРОЙСТВО ОТКРЫТОГО ТИПА

		См. Рис. 4.1 для получения информации относительно минимальных размеров
		Минимум 1 диаметр
	Статическое давление на входе, 4 точки замера, расположенные через 90 градусов относительно друг друга
		Температура на входе, 4 точки замера, расположенные через 90 градусов относительно друг друга (смещены на 45 градусов относительно приемников статического давления)
			Минимум 4 диаметра
				Спрямляющее устройство (дополнительное) См. Рис. 4.8, пункт 4.5

РИСУНОК 4.3 ВХОДНОЕ УСТРОЙСТВО ОСЕВОГО ТИПА С ВИХРЕОБРАЗОВАНИЕМ

		Статическое давление на выходе по барометру (в случае, когда скоростное давление на выходе превышает абсолютное давление на 5%, следует использовать конфигурацию с выходными трубопроводами, см. Рис. 4.1)
	Температура на выходе, 4 точки замера, расположенные через 90 градусов относительно друг друга

РИСУНОК 4.4 ВЫХОДНОЕ УСТРОЙСТВО ОТКРЫТОГО ТИПА

В целях минимизации эффекта воздействия несимметричности потока, при наличии согласия сторон, допускается использование спрямляющего лопаточного аппарата, сконструированного для снижения потерь давления, как указано в пункте 4.5.   4.3.4На Рис. 4.6 и 4.7 приведены типовые компоновки для проведения испытаний систем со стандартным закрытым контуром, а также закрытым контуром с параллельным потоком.     4.4 ЗАЩИТНЫЕ ЭКРАНЫ 4.4.1Компрессоры, которые имеют конфигурацию с отрытым входным устройством, должны быть защищены экраном или фильтром, пригодным для использования в соответствующих условиях окружающей среды.

В общем случае, защитный экран на входном устройстве должен быть достаточно прочным, чтобы предотвратить явление схлопывания в случае непреднамеренного забивания ячеек. Шаг ячеек в сетке защитного экрана должен быть выбран таким образом, чтобы предотвратить попадание посторонних предметов в систему, что может привести к повреждениям компрессора или ухудшить его рабочие характеристики. Испытания, проводимые на атмосферном воздухе в качестве испытательного газа не могут считаться показательными, если в воздухе присутствует пыль, масляный туман, брызги краски или прочие посторонние вещества, которые загрязнить проточную часть компрессора. Защитные экраны должны иметь живое сечение как минимум в два раза большее по площади, чем входное устройство компрессора или входной патрубок трубопровода. В случае использования защитных экранов или фильтров с малым шагом сетки,

		4 точки замера, расположенные через 90 градусов относительно друг друга
			См. Рис. 4.1 для получения информации относительно минимальных размеров
	Минимум 1 диаметр
		Минимум 6 диаметров
			Температура на выходе, 4 точки замера, расположенные через 90 градусов относительно друг друга (смещены на 45 градусов относительно приемников статического давления)
		Спрямляющее устройство (дополнительное) См. Рис. 4.8, пункт 4.5

РИСУНОК 4.5 РАССЕИВАЮЩЕЕ СПИРАЛЬНОЕ ВЫХОДНОЕ УСТРОЙСТВО С НЕСИММЕТРИЧНЫМ ПОТОКОМ

Компрессор

Температура охлаждающей воды на входе

Точки замера на выходе (См. Рис. 4.1)

Точки замера на входе (См. Рис. 4.1)

Насос

Сбросной клапан

Расходомер Вентури

Температура охлаждающей воды на выходе

Клапаны для подачи и продувки газа

Охладитель

Дренаж

Дренаж

Расположение измерительного сопла (См. РТС 19.5)

Дроссельный клапан

Сбросной клапан

Стабилизатор и спрямитель потока

Дренажный колодец

Дренажный бак

Датчик

РИСУНОК 4.6 ТИПОВОЙ ЗАМКНУТЫЙ КОНТУР

Измерительное сопло

Дренажный колодец

Дренажный бак

Датчик

Точки замера на входе (См. Рис. 4.1)

Компрессор

Температура охлаждающей воды на входе

Точки замера на выходе (См. Рис. 4.1)

Точки замера на входе (См. Рис. 4.1)

Насос

Сбросной клапан

Расходомер Вентури

Температура охлаждающей воды на выходе

Клапаны для подачи и продувки газа

Дренаж

Дроссельный клапан

Сбросной клапан

Дренаж

Стабилизатор и спрямитель потока

Измерительное сопло

Дренажный колодец

Дренажный бак

Датчик

РИСУНОК 4.7 ТИПОВОЙ ЗАМКНУТЫЙ КОНТУР С ПАРАЛЛЕЛЬНЫМ ПОТОКОМ

давление на входе должно замеряться с помощью приемников статического давления, согласно данным Рис. 4.1 для прямой трубы. В случае, когда фильтры или экраны используются в замкнутом контуре, рекомендуется принимать меры предосторожности, как например выполнение замеров дифференциального давления.     4.5 СТАБИЛИЗАТОРЫ И СПРЯМИТЕЛИ ПОТОКА 4.5.1По взаимному согласию сторон, принимающих участие в испытаниях, допускается использование спрямителей потока как указано на Рис. 4.3 and 4.5. Указанные спрямители потока могут быть выполнены в виде простых спрямляющих лопаток, Рис. 4.8, эскиз (а), где отношение L/D будет больше или равно единице, или в случае многоканальной конструкции спрямителя, см. Рис. 4.8, эскиз (b), где отношение длины участка спрямления к диаметру трубы больше или равно восьми, а максимальный диаметр канала спрямляющего устройства не превышает 1/8 D. 4.5.2В случае наличия соответствующего требования в PTC 19.5, необходимо выполнить установку стабилизаторов потока. См. Рис. 4.8,эскиз (c). Стабилизатор потока представляет собой пластину с массивом отверстий, сконструированную таким образом, чтобы она создавала как минимум двукратное снижение статического давления расчетного скоростного напора в данном отрезке трубопровода. Потребная общая площадь отверстий определяется по следующей формуле:   Где Ah= общая площадь отверстий в пластине, кв. дюймов. Ap= площадь поперечного сечения или трубы, кв. дюймов. qi= объемный расход на входе, куб. фут/мин pi= плотность на входе, фунтов массы на куб. фут Dp= диаметр трубопровода, дюймов. pp= плотность газа в трубопроводе выше по потоку пластины стабилизатора, фунтов массы на куб. фут ∆ p= снижение давление при прохождении потока через пластину, фунтов на кв. дюйм   Пластина должна содержать не менее 50 отверстий на один квадратный фут площади, с равномерным расположением отверстий, но не менее 50 отверстий. 4.5.3В тех случаях, когда это затребовано документом РТС 19.5, следует применять комбинацию стабилизатора потока и спрямляющего аппарата вместе с измерительными форсунками. См. Рис. 4.8, эскиз (d). Спрямитель потока должен быть многоканального типа как показано на Рис. 4.8, эскиз (b), перед ним, выше по потоку, на расстоянии в половину диаметра трубопровода ним устанавливается стабилизатор потока. Альтернативным вариантом является использование трех стабилизаторов потока, расположенных на расстоянии одного диаметра трубопровода друг от друга, как показано на Рис. 4.8, эскиз (e).     4.6 ИЗМЕРЕНИЕ ДАВЛЕНИЯ 4.6.1Для получения общей информации в части средств измерения давления, см. PTC 19.2.

В качестве стандартных средств измерения давления в диапазоне давлений, вероятных при проведении испытаний компрессоров, необходимо использовать датчик давления и грузопоршневой манометр. Допускается использование преобразователей давления и прочих средств измерения давления. Указанные устройства могут быть откалиброваны с помощью грузопоршневой манометров или датчиков давления. Грузопоршневые манометры должны быть сертифицированы соответствующей лабораторией. В том случае, когда замерная труба заполнена жидкой средой, необходимо предусмотреть использование средств измерение уровня жидкости, кроме того, в расчет необходимо внести поправку на гидравлический напор неравномерно распределенной жидкости.   4.6.2Для работы в среднем сегменте диапазона следует выбирать манометры с трубкой Бурдона или схожие по конструкции приборы. Диаметр циферблата и расположение штрихов на шкале должны способствовать простоте считывания показаний. Температура манометра в процессе калибровки должна быть не более, чем на 40°F больше, чем температура окружающей среды в ходе испытаний.   4.6.3Конструкция датчиков давления может характеризоваться наличием как двух (U-образная), так и одной трубок. Применение датчиков давления малого диаметра может привести к существенным ошибкам вследствие действия капиллярных сил, изменяемых менисков, а также ограниченного отделения пузырьков газа, увлеченного потоком жидкой среды. Эффект влияния указанных ошибок может меняться в зависимости от типа жидкости, диаметра и гладкости трубы. В случае использования датчиков с одной трубкой, до и после проведения испытаний необходимо контролировать правильность определения нулевого положения. Манометрическая жидкость должна быть химически стабильной при контакте с испытательным газом и металлическими деталями контрольно-измерительного прибора. До проведения испытаний необходимо определить удельную массу и коэффициент температурного расширения жидкости. Дополнительную информацию см. в PTC 19.2.   4.6.4Выбор датчиков давления и грузопоршневых манометров должен осуществляться с учетом диапазона давления. Грузопоршневые манометры не рассчитаны на резкие скачки давления, и, где необходимо, они должны устанавливаться параллельно с манометрами с трубкой Бурдона, преобразователями или другими средствами измерения.   4.6.5Преобразователи должны быть подобраны таким образом, чтобы их рабочие диапазоны давления соответствовали уровням давления при проведении испытаний. Калибровка преобразователей должна осуществляться до и после каждого испытания. В случае применения оборудования автоматического сбора данных вместе с реле давления и одним преобразователем, данный преобразователь должен позволять измерять давление на всем диапазоне. При использовании реле давления, следует учитывать, что прибору необходим такой временной запас при переходе к каждой последующей точке, чтобы этого времени было достаточно для того, чтобы давление преобразователя достигало равновесия для каждой выбранной точки отбора давления. Определение равновесного состояния должно быть частью рабочих процедур измерительной системы.

		(a) Спрямитель потока в виде направляющих лопаток простой геометрии
		(b) Многоканальный спрямитель потока
		(с) Стабилизатор (перфорированная пластина или экран)
		(d) Комбинация стабилизатора и спрямителя
	(e) Стабилизатор и спрямитель многоканального типа

РИСУНОК 4.8 СПРЯМИТЕЛИ И СТАБИЛИЗАТОРЫ ПОТОКА