ВКР-Пустовойт (1229861), страница 3

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 3)

Рисунок 1.4 – Различные формы поплавков ротаметра

Ротаметры не получили большое распространение, как приборы контроля расхода топлива на железнодорожном транспорте ввиду сложностей, возникающих при установке и работе с ними:

• Ротаметр необходимо устанавливать строго вертикально. В случае наклона оси конусной трубки на 3° от вертикали увеличивается погрешность на 1,5–3,5 % [6];

• При изменении температуры жидкости меняется и её плотность, что негативно сказывается на точности измерения;

• Для уверенной работы необходимо обеспечивать прямые участки трубопровода, длиной в 10D до ротаметра, и ½–5D после ротаметра, это необходимо для снижения вихревых возмущений, возникающих при проходе жидкости по трубопроводу;

• Под воздействием сил инерции и сил упругости возможно возникновение пульсаций поплавка, что снижает точность измерения расхода по шкале ротаметра;

1. Тахометрические расходомеры

Расходомеры, принцип действия которых основан на измерении скорости вращения или подсчете оборотов помещенного в поток жидкости рабочего тела в виде крыльчатки или турбины называются тахометрическими. Обычно такие расходомеры имеют подвижный вращающийся элемент, скорость движения которого пропорциональна объемному расходу, протекающей через расходомер жидкости. В зависимости от устройства рабочего тела тахометрические расходомеры делятся на крыльчатые, турбинные, шариковые, камерные, кольцевые и др.

Принцип работы крыльчатых или турбинных расходомеров заключается в подсчете числа оборотов рабочего тела, ось которого может совпадать с осью потока (аксиальное расположение) или располагаться перпендикулярно (тангенциальное расположение).

При аксиальном расположении турбинки имеют лопасти винтовой формы (рисунок 1.5, а). При использовании турбинок малого диаметра число лопастей должно быть небольшим, обычно 4–6, при большой длине, а при больших диаметрах турбинки наоборот, число лопастей должно быть большим (до 20), но их высота и длина небольшими относительно диаметра.

Расходометры с тангенциальным расположением турбинки имеют различное устройство. Они бывают как одноструйными (рисунок 1.5, б), так и многоструйными (рисунок 1.5, в).

Рассмотрим принципиальное устройство турбинного расходомера. Корпус 1 представляет собой отрезок трубы, с установленными в ней струевыпрямителями 2 и 3. С обеих сторон корпуса имеются фланцы для вмонтирования устройства в трубопровод. Под действием потока жидкости, проходящего через расходометр, турбинка 4, расположенная на оси, закрепленной на струевыпрямителях, начинает вращаться. Частота оборотов фиксируется и преобразуется тахометрическим преобразователем 5 в любой необходимый вид (электрические импульсы, аналоговый или цифровой сигнал, стрелочный указатель и т.д.).

Рисунок 1.5 – Типы турбинных тахометрических расходометров по расположению оси, относительно потока жидкости: а) – аксиальный; б) – тангенциальный одноструйный; в) – тангенциальный многоструйный. 1 – корпус; 2, 3 – струевыпрямители; 4 – турбинка; 5 – тахометрический преобразователь.

1. Шариковые расходомеры

В шариковых расходометрах рабочим телом является шарик из ферромагнитного сплава, который вращается по желобу, расположенному внутри трубы под действием предварительно закрученного потока.

Устройство шарикового расходометра изображено на рисунке 1.6. Поток жидкости, протекая по корпусу 1, закручивается в направляющем аппарате 2, чем заставляет вращаться ферромагнитный шарик по канавке в корпусе. С внешней стороны корпуса расположен тахометрический индукционный преобразователь 4, который фиксирует каждый проход шарика, и преобразует его в частотный электрический сигнал.

Важнейшим достоинством шарикового расходомера является его работа в сильнозагрязненных средах и способность измерять расход реверсивного потока жидкости.

Рисунок 1.6 – Шариковый расходомер: 1 – корпус; 2 – направляющий аппарат; 3 – ферромагнитный шарик; 4 – тахометрический индукционный преобразователь.

К недостаткам такого типа расходомеров относится:

• Высокое гидравлическое сопротивление и, как следствие, повышенные гидравлические потери;

• При длительном использовании, особенно при большой скорости потока, канал шарика вырабатывается и из-за этого возникает отрицательная погрешность, т.е. происходит занижение измеренного расхода.

1. Ротационные расходомеры

Большое распространение получили тахометрические расходомеры, в которых в качестве тел вращения применяются шестерни. Чаще всего их шестерни имеют овальную форму, реже они бывают трёх, четырёх и более лопастными. Такие расходомеры называются ротационными.

Рассмотрим работу ротационного расходомера с овальными шестернями. В корпусе расходомера располагаются шестерни овальной формы. Поток жидкости, проходя через корпус, заставляет вращаться шестерни. В разный период времени шестерни попеременно становятся ведущими или ведомыми. На рисунке 1.7 изображена схема работы ротационного расходомера с овальными шестернями.

Рисунок 1.7 – Схема работы расходомера с овальными шестернями

В первом положении шестерня Б создает некоторый объем 1 между собой и корпусом, так как на неё действует давление жидкости, она начинает вращаться по часовой стрелке, вращая шестерню А, которая находится в зацепе с шестернёй Б, против часовой стрелки. Во втором положении шестерня А начинает отсекает следующий объем жидкости 2, а шестерня Б выталкивает ранее отсеченный объем 1 далее. В третьем положении шестерня А отсекает объем 2 и становится ведущей. В четвертом положении шестерня Б заканчивает отсекание объема 2, а шестерня Б выталкивает объем. Конечным является пятое положение, в котором обе шестерни выполнили по половине оборота, за счет чего произошло полное отсечение заданного объема, и шестерня Б вновь стала ведущей. Аналогичным образом протекает и вторая половина оборотов. За полный оборот шестерен отсекается четыре заданных объёма. Чтобы определить расход жидкости с помощью данного типа расходомеров необходимо произвести подсчет количества оборотов шестерен.

Достоинствами данных расходомеров являются высокая точность измерения (в некоторых моделях точность составляет ± 0.2 %) [12], простота подсчета расхода жидкости, а также большой диапазон измерения.

Из недостатков следует отметить возникновение пульсаций и потерю напора на выходе из расходомера, снижение точности показаний при длительном использования расходомера, связанную с выработкой и истиранием шестерней, а также повышенный шум при вращении шестерен.

1. Вихревые расходомеры

Принцип работы вихревого расходомера заключается в подсчете количества колебаний жидкости, возникающих за телом, помещенным в трубе. Такое тело называют телом обтекания. Форма таких тел может быть разнообразной (рисунок 1.8).

Рисунок 1.8 – Различные формы тел обтекания вихревых расходомеров

Поток жидкости, огибая тело, установленное в расходомере, меняет направление обтекающих струй и увеличивает скорость, уменьшая при этом давление. При прохождении миделя тела происходит уменьшение скорости и увеличение давления, из-за этого на передней части обтекаемого тела наблюдается повышенное давление, а на задней - пониженное. Под действием перепада давлений (из высокого в низкое), образуемого за телом, пограничный слой потока, отрываясь от тела, меняет направление своего движения. Из-за поочередной смены направлений с обеих сторон тела возникают завихрения (рисунок 1.9).

Рисунок 1.9 – Образование вихрей за телом омывания

Подсчет вихрей чаще всего проводят с помощью первичного преобразователя, установленного за телом обтекания. Такие преобразователи могут быть выполнены в виде стержня, пластины или ином виде. Колебания регистрируются и преобразуются в электрический сигнал, имеющий частоту, прямо-пропорциональную частоте колебаний первичного преобразователя.

Из достоинств данного типа расходомеров стоит отметить:

• простоту эксплуатации и надежность;

• стабильность показаний;

• высокую точность измерений;

• отсутствие изнашиваемых подвижных деталей.

Главным недостатком вихревых расходомеров является неспособность измерения ими расхода жидкости при низких скоростях движения потока по причине ламинарного огибания тела омывания потоком (рисунок 1.10, а).

Рисунок 1.10 – Формирование потока при проходе через тело омывания: а) – ламинарный поток при Re ≤ 1000; б) – переходной поток при 1000 ≤ Re ≤ 2300; в) – турбулентный поток при Re > 2300.

Характер течения потока зависит от числа Рейнольдса, которое вычисляется по формуле

(1.1)

где – скорость среды;

– ее вязкость;

– плотность среды;

– диаметр трубопровода.

1. Расходомеры переменного перепада давления

Одним из простых по конструкции являются расходомеры, принцип которых основан на измерении перепада давления потока при прохождении через сужающее устройство. В качестве такого устройства применяются различные дросселирующие насадки, диафрагмы, сопла или трубы Вентури. При протекании вещества в суженном сечении повышается скорость по сравнению со скоростью потока до сужения. Увеличение скорости и кинетической энергии вызывает снижение потенциальной энергии потока в суженном сечении, как следствие статическое давление в суженном сечении будет меньше, чем в сечении до сужения. Таким образом, при протекании вещества через сужающее устройство создается перепад давления ∆p = р₁ – р₂ (рисунок 1.11), зависящий от скорости потока. Измерив перепад давления любым доступным способом (например дифманометром), можно выяснить численное значение ∆p и преобразовать его в численное же значение расхода жидкости.

Рисунок 1.11 – Характер потока и распределение давления при протекании жидкости через диафрагму а), сопла б) и трубы Вентури в)

К достоинствам такого типа расходомеров относится;

- высокая надежность в работе;

- низкая трудоёмкость при эксплуатации, обслуживании и ремонте;

- высокий класс точности;

- большой межповерочный интервал.

Основным недостатком является снижение давления на выходе из расходомера.

1. Ультразвуковые расходомеры

Принцип работы ультразвуковых расходомеров основан на эффекте разности скорости распространения звуковой волны направленной по направлению движения жидкости от скорости распространения звуковой волны движущейся против направления движения жидкости. Время прохождения волны от источника до приемника определяется как сумма скорости распространения волны и скорости потока, в которой эта волна движется. Объемный расход определяется как разность времени прохождения ультразвука по направлению потока и против него, пропорционального скорости потока.

Ультразвуковой расходомер представляет собой отрезок трубы, в которую установлены приемники-излучатели, основные варианты установки которых изображены на рисунке 1.12.

Для измерения расхода жидкости в трубопроводах малого диаметра (от 10 мм) приемники-передатчики расходомера выполняют в виде кольца и устанавливают непосредственно на трубу (рисунок 1.13).

Рисунок 1.12 – Варианты установки приемников-излучателей в одноканальном а), с применением отражателей б) и двухканальном исполнении в): 1 – приемники-излучатели; 2 – отражатели.

Рисунок 1.13 – Расходомер с кольцевыми приемниками-излучателями для труб малого диаметра

Основными достоинствами ультразвуковых расходометров является:

• малое или полное отсутствие гидравлического сопротивления;

• высокая надежность и долговечность по причине отсутствия подвижных и трущихся деталей;

• быстродействие;

• помехозащищенность.

К недостаткам можно отнести следующее:

- необходимость иметь до и после расходомера участков трубопроводов со значительной длиной прямых участков;

Характеристики

Список файлов ВКР