Приборы для измерения расхода в единицах массы (массовые расходмеры)

Необходимость автоматического контроля массовых расходов нестационарных потоков относится к тем областям промышленности, где вес (масса) рабочего агента является критерием оценки качественных и технико-экономических показателей различных промышленных процессов. Например, при непрерывных химических процессах получение химического продукта с требуемыми физико-химическими свойствами возможно лишь при точном весовом соотношении составляющих его компонентов. В нефтяной промышленности, где товарная продукция нефтедобывающих скважин представляет собой смесь нефти и газов, в физико-химических процессах, где имеют место кипящие жидкости, многофазные пульпы, эмульсии, пылевые потоки, также необходимо производить измерение и автоматический контроль массовых расходов.

В последнее время возникла необходимость осуществления автоконтроля полей массовых скоростей (расходов) на ряде объектов, на которых имеют место нестационарные монолитные или разделенные потоки многофазных сред или сред, представляющих собой растворы и смеси веществ, имеющих различные удельные веса. Проблема осуществления автоконтроля таких потоков сводится в основном к проблеме создания соответствующих датчиков.

В зависимости от возможности универсального измерения массовых расходов различных веществ массовые расходомеры различных принципов действия могут быть разделены на две группы. К расходомерам первой группы относятся такие устройства, в которых измерение массового расхода является следствием используемого принципа измерения. В таких устройствах измеряется непосредственно массовый расход вне зависимости от физической сущности и свойств измеряемого вещества и его параметров. Такие расходомеры универсальны и могут быть применены для измерения расхода любых веществ. Примерами таких устройств являются турборасходомеры, расходомеры с определением расхода по усилию Кориолиса, гироскопические расходомеры.

К расходомерам второй группы относятся устройства, которые по своему принципу действия не являются измерителями массового расхода, но благодаря применению специальных датчиков и корректирующих схем могут определять массовый расход вне зависимости от физической сущности измеряемого вещества и изменения его свойств и параметров под влиянием внешних условий. Однако, как правило, такие устройства предназначены для определения расходов сравнительно небольшого диапазона веществ, так как определенные физические параметры вещества все-таки оказывают «влияние на точность измерения таких расходомеров. К таким устройствам, в первую очередь, относятся различные скоростные расходомеры, снабженные датчиками плотности и соответствующими корректирующими схемами, а также ультразвуковые и некоторые тепловые расходомеры.

Рациональность применения того или иного типа массовых расходомеров определяется эксплуатационными требованиями. В тех случаях, когда необходимо измерять расходы весьма разнообразных веществ, наиболее рациональным является применение расходомеров первой группы.

Универсальные массовые расходомеры являются единственно пригодными устройствами для измерения многокомпонентных потоков, состоящих из двух (или более) несмешивающихся веществ (например, жидкие потоки с газовыми включениями). При наличии двух и более компонентов в контролируемом потоке, весовые соотношения, удельные веса и вязкости которых могут изменяться в широких пределах, удовлетворительный контроль может быть выполнен только с помощью универсальных массовых расходомеров. Это объясняется тем, что с помощью датчика плотности, корректирующего показания расходомера, не представляется возможным с удовлетворительной точностью проводить непрерывный контроль плотности многокомпонентного потока.

Ввиду того, что в целом ряде объектов приходится выполнять автоматический контроль именно таких многокомпонентных потоков, в настоящее время ощущается острая потребность в массовых расходомерных системах универсального применения.

Принцип действия универсальных расходомеров основан на том, что потоку измеряемого вещества сообщается дополнительное движение, чтобы создать в потоке инерционные эффекты, по которым судят о величине массового расхода. В связи с этим данные расходомеры называют ещё инерционными. В зависимости от того, какое именно дополнительное движение сообщается потоку (при помощи вращающегося или колеблющегося звена), на чувствительном элементе прибора возникает или усилие Кориолиса, или гироскопический, или инерционный момент.

Существуют инерционные расходомеры двух типов: расходомеры с вращающимся или колеблющимся участком трубопровода сложной конфигурации. К ним относятся гироскопические и кориолисовы расходомеры; турборасходомеры.

МАССОВЫЕ ТУРБОРАСХОДОМЕРЫ

Данные приборы из-за простоты конструкции и достаточно высокой точности измерения массового расхода получили широкое применение за рубежом и успешно осваиваются отечественной промышленностью.

Принципиальная схема массового турборасходомера одной из наиболее распространенной конструкции приведена на рисунке 3.8. Прибор работает следующим образом: ведущая турбинка 6, принудительно вращаемая с постоянной угловой скоростью двигателем 7, закручивает поток измеряемого вещества, создавая в нем инерционный момент, пропорциональный массовому расходу Закрученный поток, проходя через ведомую турбинку 5, жестко связанную с упругим элементом 2, поворачивает ее на определённый угол.

Рисунок 3.8 — Схема массового труборасходометра

1 — корпус прибора; 2 — упругое звено с чувствительным элементом; 3 — усилитель; 4 — регистратор (отсчетное устройство); 5 — ведомая турбина; 6 — ведущая турбина; 7 — приводной электродвигатель

При постоянной угловой скорости вращения ведущей турбинки массовый расход характеризуется деформацией упругого элемента и углом поворота ведомой турбинки, который преобразуется в пропорциональный электрический сигнал.

Погрешность измерения массового расхода турборасходомерами может быть доведена до ± (0.5 - 1)% от верхнего предела измерений. Повышение точности лимитируется трудностями поддержания постоянства числа оборотов ведущей турбинки, нестабильностью характеристик упругих элементов, воспринимающих действие инерционного момента, и изменением к. п. д. приводного двигателя при изменении нагрузки (расхода).

Кроме того, на показания турборасходомеров влияет изменение вязкости измеряемой среды, а их надежность ограничивается наличием изнашивающихся опор.

Дата добавления: 2015-07-13