Парціальний витратомір швидкісного напору

Парціальний витрат швидкісного напору ПРСНВ – 1 (рис. 2. 4), призначений для вимірювання витрат на трубопроводах (діаметром ).

Рисунок 6. 2 Схема з’єднувальних ліній при вимірюванні витрат забрудненої води: 1 – сопло Вентурі (діафрагма); 2, 4 – запірні і продувні вентилі; 3 - відстійний сосуд; 5 – диференціальний манометр; 6 – ежектор; 7, 8 – бачок і трубопровід чистої води

В основу його роботи покладено метод вимірювання витрат у відповідності до середньої швидкості потоку на обмеженій ділянці поперечного перерізу трубопроводу. Первинним перетворювачем швидкості ППС – 1 є відвід (шунт) разом з встановленим на ньому перетворювачем ПРИ – 15 5 електромагнітного витратоміра ИР – 51. коли потік води переходить через труби відводу, вихідний сигнал ПРИ – 15 надходить на вимірювальний пристрій ИУ – 51 електромагнітного витратоміру ИР – 15. Позитивним витратоміра ПРСНВ - 1 є: можливо улаштування по схемі без колодязя; простий у виготовленні, клас точності – 2,5. Недоліки – кожний зразок потрібно градуювання на витратному стенді.

Рисунок 6. 3 Схема парціального витратоміра швидкісного напору ПРСНВ – 1: 1 – установочний патрубок; 2, 11 – вхідний і вихідний отвір трубки шунта; 3 - отвір для зливання конденсату; 4 – кран; 5 – перетворювач витрат ПРИ – 15; 6 пристрій вимірювальний; 8 – рукав гумовий; 9 – вантуз; 10 – кожух; 12 - трубопровід, для вимірювання витрат (діаметром )

Перемінний витратомір

Принцип дії таких витратомірів основний на вимірюванні перепаду тиску, яке утворюється в наслідок стиску потоку рідини звужуючим пристроєм. відповідно рівнянню Бернуллі, перепад тиску пропорційний квадрату витрат, тому витрата для цих вимірювальних пристроїв визначається за формулою:

, (6. 1)

де - множник, який враховує прийняту одиницю вимірювання;

- коефіцієнт, який враховує витрати, і залежить від типу звужуючого пристрою і відносного розміру його отвору;

- діаметр звужуючого отвору пристрою, мм;

- перепад тиску, МПа;

- густина рідин, кг / м³.

На рисунку 6. 4 наведено схему улаштування та принцип дії перемінного витратоміра

Рисунок 6. 4 Схема улаштування та принцип дії перемінного витратоміра: 1 – діафрагма; 2 – камера діафрагми; 3 – диференціальний манометр

Діафрагми викликають відносно великі втрати напору (30.... 60 % перепаду тиску), тому їх встановлюють на трубах невеликого діаметру або в тих випадках, коли ці додаткові втрати не відіграють суттєвого впливу в загальному балансі енергетичних витрат.

Таким чином, складні лічильники та перетворювачі витрат води систем водопостачання, мають досить обмежене розповсюдження для визначення витрат потоку рідини. Пояснюється їх складністю та нераціональністю використання, що по – перш усього обумовлено це їх ненадійністю в роботі

Прилади для вимірювання кількості рідини

Прилади для вимірювання кількості (об’єм або вага) рідини (мірники рідини) поділяються на мірні баки і механічні лічильники рідини.

Механічні лічильники рідини поділяються на об’ємні, швидкісні та вагові.

Механічні лічильники рідини характеризуються наступними параметрами:

1) калібром лічильника, мм (діаметром вхідного отвору);

2) порогом чуйності, м³ / годину (найменша величина витрат, при який лічильник починає надавати показник);

3) найменшим, найбільшим і нормальними експлуатаційними витратами, м³ / годину, величини яких визначаються необхідною точністю вимірювання;

4) характерними витратами (кількістю рідини, м³, котра відбувається на протязі 1 години через прилад у разі втрат напору, що дорівнює 10 м вод. ст.);

5) точністю вимірювання – максимальною відносною похибкою, яка можлива при вимірюванню в нормальних умовах експлуатації.

Похибка визначається порівнянням показання лічильника з фактичними об’ємами рідини, яка проходить через прилад (повірка приладу) і визначається за формулою:

, (7. 1)

де - показання лічильника, м³;

- фактичний об’єм води який пройшов через прилад, м³.

Використання простих механічних лічильників, пов’язано із простотою їх конструктивного виконання, відносною точністю та надійністю вимірювання.

Баки мірні

Мірні баки використовують для вимірювання витрати рідини, а також для парирування звужуючих пристроїв. Мірні баки застосовуються при вимірюванні витрат рідини об’ємом до 3 м³ / годину.

До мірних баків, які використовуються для вимірювання витрат рідини і тарування на воді звужуючих пристроїв висуваються наступні вимоги:

1) Відкриті мірні баки для води можливо використовувати тільки при її температурі не більше 40... 45 ⁰С.

2) Мірний бак необхідно перевірити на суцільність, для чого його перед таруванням заповнюють рідиною і витримують протягом 20... 24 годин для виявлення течіє і падіння рівня рідини.

3) В кожному баці або відділенні баку необхідно встановити „заспокоювач” рівня рідини.

4) Ємність кожного мірного баку при вимірюванні витрати рідинного палива, необхідно обирати із умови не менш годинної витрати на один агрегат, а ємність баку при вимірюванні витрати води живлення – із розрахунку її спорожнення не більш 6... 12 разів на протязі години при максимальних витратах води.

5) Мірний бак, який складається з двох камер, повинен мати ємність, яка дорівнює ємності не меншій за двох витратних баків.

6) Зливний отвір необхідно розташовувати на самому низькому рівні похилої ділянки дна баку.

7)

Внаслідок простоти конструкції та надійності використання, при визначенні об’ємів рідини, використовуються мірні баки, які конструктивно виконуються двокамерними і однокамерними/

7. 1. 1 Двокамерний мірний бак

Двокамерний мірний бак (рис. 7. 1) представляє собою резервуар, поділений вертикальною перегородкою на два відсіки, кожний з яких має спускний отвір для зливання рідини. Спускні отвори закриваються клапанами 1, які мають ручне керування, які виконується за допомогою важільного приводу 2. Кожний із відсіків улаштований водомірним склом 3, шкали 4 котрого проградуйована у об’ємних одиницях. Над мірним баком змонтовано перекидний пристрій 5, котрим можливо направляти рідину або у правий, або у лівий відсік.

а)	б)	в)
Рисунок 7. 1 Мірні баки: а – двокамерний; б – однокамерний; в – бак з горловиною: 1 – клапан; 2 – привід важильний; 3 – скло; 4 – шкала; 5 – пристрій перекидний

 

У мірному баці, який наведено на рис. 7. 1 – а, перекидний пристрій представлений у вигляді ковша, що качається.

Двокамерний бак надає можливість виміряти будь – яку кількість рідини в межах деяких найбільших витрат. Для цього необхідно потік періодично переключати з одного відсіку мірного баку до іншого; при заповнені одного відсіку мірного баку другий відсік спорожняється.

7. 1. 2 Однокамерний мірний бак

У однокамерних мірних баках (рис. 7. 1 – б) резервуар складається з одного відсіку. Перекидний пристрій баку спрямовує рідину або до баку, або до зливної и труби. Максимальна кількість рідини, котру можна визначити (виміряти) за допомогою однокамерного баку, дорівнює його об’єму. Двокамерний бак надає можливість вимірювати (визначати) будь – яку кількість рідини в межах окремих витрат. Для цього необхідно потік періодично переключати з одного відсіку до іншого; при заповнені одного відсіку мірного баку інший відсік спорожняється.

Вертикальне розташування обладнання для вимірювання кількості рідини контролюється по закріпленому на ньому виску.

Систематичні похибки вимірювань мірного баку досить незначні і обумовлені головним чином похибками шкали, яка на ньому встановлена, внаслідок недостатньої точності їх градуювання або коли не співпадають температурні умов проведення опиту і градації шкали.

Випадкові похибки обумовлені неточністю проведення підрахунків по шкалі приладу. Для зручності нагляду і підвищення точності проведення вимірювання скло водомірних баків іноді улаштовують поплавцевим пристроєм, ноніусами або спеціальними візирними пристроями.

В деяких окремих випадках баки улаштовують гирлами (рис. 7. 1 – в), які надають можливість градуювання шкали у більш дрібних одиницях, що забезпечує високу точність вимірювання.

Іноді кількість рідини в мірному баці вимірюється визначенням ваги спочатку порожнього баку, а потім уже заповненого. Ваговому способу притаманна висока точність, на відзнаку від роб ємного, але достатньо трудомісткій і потребує додаткового обладнання (терезів).

Аналогічні конструктивні виконання мірних баків (однокамерного і двокамерного) наведено на рис. 7. 2.

Рисунок 7. 2 Мірні баки: а – двокамерного; б – однокамерного; 1 – клапан; 2 – шкала; 3 – скло водомірне; 4 – привід важільний; 5 – пристрій перекидний; 6 - висок

В окремих випадках кількість рідини в мірному баці визначають вимірюванням (з використанням терезів) спочатку пустого баку, а потім заповненого. Ваговий спосіб характеризується підвищеною точністю, на відміну від об’ємного, однак він більше складний і потребує додаткового обладнання.

Механічні лічильники

Механічний лічильник представляє собою прилад, головною частиною якого є робочий орган, що приводиться в дію періодичним рухом рідини, що протікає через прилад. Кількість циклів робочого органа, пропорційна кількості рідини що протікає через нього і вимірюється додаванням (сумою) лічильного механізму.

Механічні лічильники поділяються на об’ємні, швидкісні і вагові.

Механічні прилади характеризуються калібром (діаметром вхідного отвору), чуйністю (найменшими витратами, при яких лічильник починає давати показання), діапазоном величини, яка вимірюється, характерними витратами (об’ємом рідини в м котра проходить через лічильник протягом 1 години при втраті напору, яка дорівнює 10 м. вод. ст.), класом точності.

7. 2. 1 Об’ємні лічильники

Об’ємний лічильник складається із декількох, частіше усього двох, однакових камер для вимірювання визначеного об’єму, улаштованих рухомими виштовхувачами. При проходженні через лічильник рідини поперемінно заповнюється камери, причому при заповненні першої камери інша спорожняється.

За час заповнення і наступного спорожнення кожної камери її виштовхував робить один цикл періодичного руху. Кількість рідини, яка пройшла через прилад визначається по числу заповнення камер, яке фіксується лічильним механізмом, який приводиться в дію виштовхувачем.

Принцип роботи об’ємних лічильників заклечається у тому, що рідина направляється до вимірювальної камери визначеного об’єму, яка улаштована рухомими виштовхувачами за допомогою котрих камера послідовно заповнюється і спорожнюється. Кількість рідини яка пройшла через прилад визначається за кількістю камер, котре фіксується лічильником кількості ходів виштовхувала.

Переваги об’ємних лічильників є висока точність (окремі види лічильників мають клас точності 0,2... 0,5). Недоліком таких лічильників є їх конструктивна складність і громіздкість.

В залежності від характеру руху і конструкції виштовхувала об’ємні лічильники поділяються на поршневі (які виконують зворотно – поступовий рух), дискові (коливальний рух) і ротаційні (обертове рух).

Позитивним якостями об’ємних лічильників є висока точність вимірювання. Максимальна відносна похибка у кращих лічильників не перевищує 0,2... 0,5 %. Їх недоліками є складність конструкції і громіздкість.

Внаслідок того, що використання поршневих і ротаційних лічильників в останній час край обмежено, то більш детально необхідно зупинитися на дискових лічильниках.

7. 2. 2 Дискові лічильники

Дисковий лічильник (рис. 7. 3) складається з дискового поршня 1, камери вимірювання 2, корпуса 3, передаточного механізму 4, роликового лічильного механізму 5 і стрілчатого лічильного механізму 6.

Рисунок 7. 3 Улаштування дискового лічильника: 1 – поршень; 2 – камера; 3 – корпус; 4 – механізм передаточний; 5 – роликовий лічильний механізм; 6 - стрілчатий лічильний механізм; 7 – отвір; 8 – наполовину шар; 9 – ось; 10 - направляючий конус; 11 - поводок

Корпус 3 складається з двох частин і обладнаний патрубками для підведення і відведення рідини.

Камера вимірювальна 2 також складається з двох частин.

Внутрішня бокова поверхня камери є поверхнею шару діаметром, який дорівнює діаметру дискового поршня, а внутрішня частина верхньої і нижньої поверхонь виконано у вигляді двох конусів, посічених у верхів’я сегментами. Шарові сегменти виконують функції підп’ятника для шарової опори дискового поршня. Камера має отвір 7 для входу і виходу рідини. Отвори призначені для спілкування камери з вхідним і вихідним патрубками корпуса. Вхідний отвір відокремлений від вихідної радіальною перегородкою, котра одночасно виконує функції направленню для дискового поршня (рис. 7. 4).

Рисунок 7. 4 Принцип дії дискового лічильника

Дисковий поршень улаштовано двома наполовину шарами 8 і віссю 9 яка розташована перпендикулярно диску.

Диск наполовину шару 8 суцільно посаджений в сегменти камери для вимірювання. Ось диску 9 проходить через отвір у верхньому сегменті і своєю боковою поверхнею торкається направляючого конуса 10. рідина що надходить у камеру вимірювання через вхідний отвір, впливає на диск, який робить коливанні рухи. При цьому прорізь диску переміщується по перегородці, запобігаючи повороту диску відносно своєї осі, а рідина обтікає навколо опорного шару і покидає камеру через вихідний отвір. Ось 9 диску, обкачуючись навколо направляючого корпусу 10, обертає поводок 11 привідного валику, на верхньому кінці якого закріплена шестерня, яка передає рух валика і, внаслідок чого, рух диску через шестерні передаточного механізму 4 до лічильного механізму.

Дисковим приладам притаманний низький поріг чуйності (0,1 м³ / годину) внаслідок чого вони можуть вимірювати кількість рідини навіть при незначних витратах. Як правило їх використовують для контролю кількості рідини, яка витрачається в паливних системах, а також для вимірювання в лабораторній практиці.

7. 2. 3 Ротаційний лічильник з овальними шестернями

Ротаційний лічильник з овальними шестернями (рис. 7. 5) складається з двох овальних шестерень 1, які знаходяться в заціплені. Насаджених на осі і розташованих в середині корпуса 2, і обладнаних патрубками входу і виходу рідини.

Рисунок 7. 5 Схема лічильника з овальними шестернями: 1 – шестерня; 2 – корпус

Рідина яка входить до корпусу утворює на шестерні момент, завдяки чому вона обертається, замикаючі і виштовхуючи до трубопроводу через вихідний отвір корпуса об’єм рідини. Кількість таких об’ємів, яка проходить через прилад за певний час, пов’язана з кількістю (числом) обертів шестерні. Для сумарного визначення кількості обертів прилад улаштований лічильним механізмом.

Лічильники з овальними шестернями застосовуються для вимірювання малої кількості рідини (від 1,5 см³ / с) і є прилади високого класу точності (0,1... 1,5).

Швидкісні лічильники

Принцип дії швидкісного лічильника полягає в тому, що потік рідини, який протікає через прилад, приводить в дію колесо з лопатями, створює умови для його обертання. Число (кількість) обертів колеса в одиницю часу пропорційно швидкості потоку, я як наслідок витратам рідини. Кількість (число) обертів колеса сумується (додається) лічильним механізмом приладу. Лічильник дає показання в одиницях об’єму або ваги даної рідини. Швидкісні лічильники за улаштування простіші на відміну від об’ємних, але точність значень що вони показують є меншою, ніж у останніх. Максимальна відносна похибка вимірювання швидкісними лічильниками досягає 2... 3 %.

Головною деталлю швидкісного лічильника є лопатеве колесо котре при протіканні через прилад рідини обертається з частотою пропорційному витратам рідини. Для визначення кількості обертів, яке робить колесо, прилад улаштовано сумуючим лічильним механізмом.

Швидкісні лічильники прості за конструкцією, на відміну від об’ємних, але їх точність є дещо меншою. Яка привило вони 2 – 3 класу точності. Недоліком швидкісних лічильників є також швидке зношування деталей які обертаються і труться.

Швидкісні лічильники частіше усього використовуються для контролю якості води, яка використовується в системах централізованого господарсько – питного водопостачання.

Розрізняють швидкісні лічильники в вертикальною крильчаткою (крильчаті) і з гвинтовою вертушкою (турбінні).

7. 3. 1 Лічильник з вертикальною крильчаткою

Лічильник з вертикальною крильчаткою (рис. 7. 6) складається з крильчаткою, яка закріплена на трубчатій вісі 2 і розташованій в середині корпуса 3. На корпусі встановлено головку 4 з відкидною кришкою 5. Крильчатка 1 через валик 6 з трубкою 7 і передаточний механізм 8 пов’язана із лічильним механізмом 9.

 

 

Рисунок 7. 6 Улаштування лічильника з вертикальною крильчаткою: 1 - крильчатка; 2 – ось; 3 – корпус; 4 – головка; 5 – кришка відкидна; 6 – вал; 7 - трубка; 8 – передаточний механізм; 9 – лічильний механізм; 10 - апарат для направлення струменю

Передаточний та лічильний механізми (рис. 7. 7) являють собою ряд послідовно розташованих шестерень, які заціплені між собою.

Рисунок 7. 7 Схема передаточного механізму

В окремих сучасних конструкціях лічильників, які використовуються головним чином, для вимірювання невеликих витрат рідини, механічна система передачі замінена електромагнітною, оптичною або використовуються радіоактивні елементи.

За характером підведення рідини до крильчатки лічильники поділяються на одноструминні та багато струминні. В одноструминих лічильниках рідина підводиться до крильчатки з одним струменем, яка спрямована по дотичній до окружності, яка проходить через центри лопатей крильчатки (рис. 7. 8). В багатоструминих лічильниках рідина підводиться до крильчатки декількома дотичними струменями, які рівномірно розподілені по колу.

Рисунок 7. 8 Циферблат лічильника: а – багатоструминного лічильника; б – одноструминного лічильника

Для більш рівномірного розподілення потоку, який надходить на крильчатку, в каналі вхідного патрубка встановлено струминонаправляючий апарат 10 (рис. 7. 6).

Лічильник з гвинтовою вертушкою (рис. 7. 9) відрізняється від крильчатих лічильників тим, що головною його частиною приладу є вертушка 1, ось якої співпадає з віссю труби, де встановлений лічильник.

Рисунок 7. 9 Улаштування лічильника з гвинтовою вертушкою: 1 – вертушка; 2 – черв’ячна передача; 3 – передаточний механізм; 4 – лічильний механізм

Потік, що обертає вертушку, спрямований у цьому приладі паралельно осі. Обертання вертушки, передається через черв’ячну передачу 2 на лічильний механізм. Улаштування передаточного 3 лічильного механізмів аналогічно конструкції лічильнику з вертикальною крильчаткою.

Швидкісні лічильники використовуються головним чином для урахування кількості води що використовується в системі водопостачання.