Счетчик воды вихревой ультразвуковой

I.Введение

Назначение приборов для расхода и количества жидкости, газа и пара.

Значение счетчиков и, особенно расходомеров жидкости, газа и пара очень

велико. Раньше основное применение имели счетчики воды и газа

преимущественно в коммунальном хозяйстве городов. Но с развитием

промышленности все большее значение приобрели расходомеры жидкости, газа и

пара.

Расходомеры необходимы прежде всего для управления производством. Без них

нельзя обеспечить оптимальный режим технологических процессов в энергетике,

металлургии, в химической, нефтяной, целлюлозно-бумажной и многих других

отраслях промышленности. Эти приборы требуются также для автоматизации

производства и достижения при этом максимальной его эффективности.

Счетчики жидкости и газа необходимы для учета массы или

объема нефти, газа и других веществ, транспортируемых по трубам и

потребляемых различными объектами. Без этих измерений

очень трудно контролировать утечки и исключать потери ценных

продуктов. Снижение погрешности измерений хотя бы на 1 %

может обеспечить многомиллионный экономический эффект.

Исходная терминология и единицы измерения.

Расход — это количество вещества, протекающее через данное сечение в

единицу времени.

Прибор, измеряющий расход вещества, называется расходомером, а массу или

объем вещества — счетчиком количества или просто счетчиком (ГОСТ 15528—86).

Прибор, который одновременно измеряет расход и количество вещества,

называется расходомером со счетчиком. Устройство, непосредственно

воспринимающее измеряемый расход (например, диафрагма, сопло, напорная

трубка) и преобразующее его в другую величину (например, в перепад

давления), которая удобна для измерения, называется преобразователем

расхода.

Количество вещества измеряется или в единицах массы (килограммах, тоннах,

граммах), или в единицах объема (кубических метрах и кубических

сантиметрах). Соответственно расход измеряют в единицах массы, деленных на

единицу времени (килограммах в секунду, килограммах в час и т. д.) или в

единицах объема, также деленных на единицу времени (кубических метрах в

секунду, кубических метрах в час и т. д.).

С помощью единиц объема можно правильно определять количество вещества

(особенно газа), если известны его давление и температура. В связи с этим

результаты измерения объемного расхода газа обычно приводят к стандартным

(или как их принято называть нормальным) условиям, т. е. к температуре 293

К и давлению 101 325 Па.

Современные требования к приборам для измерения расхода и количества.

В настоящее время к расходомерам и счетчикам предъявляется много

требований, удовлетворить которые совместно достаточно сложно и не всегда

возможно.

Имеются две группы требований. К первой группе относятся индивидуальные

требования, предъявляемые к приборам для измерения расхода и количества:

высокая точность, надежность, независимость результатов измерения от

изменения плотности вещества, быстродействие и значительный диапазон

измерения. Ко второй группе относятся требования, которые характеризуют всю

группу расходомеров и счетчиков: необходимость измерения расхода и

количества очень разнообразной номенклатуры вещества о отличающимися

свойствами, различных значений расхода от очень малых до чрезвычайно

больших и при различных давлениях и температурах.

Классификация счетчиков и расходомеров.

Существующие расходомеры и счетчики количества можно условно разделить на

приведенные ниже группы.

А. Приборы, основанные на гидродинамических методах:

1) переменного перепада давления,

2) переменного уровня,

3) обтекания,

4) вихревые,

5) парциальные.

Б. Приборы с непрерывно движущимся телом:

6) тахометрические,

7) силовые (и в том числе вибрационные),

8) с автоколеблющимся телом.

В. Приборы, основанные на различных физических явлениях:

Г. Приборы, основанные на особых методах:

15) меточные,

16) корреляционные,

17) концентрационные.

Из числа приборов первой группы следует отметить широко распространенные

расходомеры переменного перепада давления с сужающими устройствами и

сравнительно новые, но весьма перспективные вихревые расходомеры.

Во вторую группу входят многочисленные турбинные, шариковые и камерные

(роторные, с овальными шестернями и другие) счетчики количества и частично

расходомеры. Приборы силовые и с автоколеблющимся телом пока еще имеют

ограниченное применение.

Из приборов третьей группы наибольшее распространение получили

электромагнитные. Реже встречаются тепловые и акустические приборы.

Расходомеры оптические, ядерно-магнитные и ионизационные применяются

сравнительно редко.

Меточные и концентрационные расходомеры, относящиеся к четвертой группе,

служат для разовых измерений, например при проверке промышленных

расходомеров на месте их установки. Корреляционные приборы перспективны для

измерения расхода двухфазных веществ.

В промышленности применяются главным образом, расходомеры с сужающими

устройствами. Для их градуировки и поверки не требуются образцовые

расходомерные установки, которые необходимы почти для всех остальных

Вихревые расходомеры.

Общая характеристика.

Вихревыми называются расходомеры, основанные на зависимости от расхода

частоты колебаний давления, возникающих в потоке

в процессе вихреобразования или колебания струи. Они разделяются на три

основные группы:

1. Расходомеры, имеющие в первичном преобразователе неподвижное тело, при

обтекании которого с обеих его сторон возникают срывающиеся вихри,

создающие пульсации давления.

2. Расходомеры, в первичном преобразователе которых поток закручивается и,

попадая затем в расширенную часть тубы, прецессирует, создавая при этом

пульсации давления.

3. Расходомеры, в первичном преобразователе которых струя, вытекающая из

отверстия, совершает автоколебания, создавая при этом пульсации давления.

Преобразователи расхода у этих расходомеров многоступенчатые. В первой

ступени в процессе вихреобразования или осцилляции струи создаются

пульсации давления или скорости, частота которых пропорциональна объемному

расходу. Во второй ступени эти пульсации преобразуются в выходной сигнал,

обычно электрический. Для этого служат преобразователи давления

(пьезоэлементы), температуры (термоанемометры), напряжения

(тензорезисторы), ультразвуковые преобразователи скорости и т.п.

Увихревых расходомеров много достоинств: отсутстве подвижных частей,

простота и надежность преобразователя расхода, независимость показаний от

давления и температуры, большой диапазон измерения, доходящий в некоторых

случаях до 15-20, линейность шкалы, хорошая точность (погрешность ±0,5-

1,5%), частотный измерительный сигнал, стабильность показаний,

сравнительная несложность измерительной схемы, возможность получения

универсальной градуировки. К недостаткам вихревых расходомеров относятся

значительная потеря давления, достигающая 30-50 кПа, и некоторые

ограничения возможности их применения: они непригодны при малых скоростях

из-за трудности измерения сигнала, имеющего малую частоту, и изготовляются

лишь для труб, имеющих диаметры от 25 до 150-300 мм. Применение их для

больших туб затруднено, а при очень малых диаметрах нет устойчивого

вихреобразования. Многие конструкции вихревых расходомеров непригодны и для

измерения загрязненных и агрессивных веществ, могущих нарушить работу

преобразователей выходного сигнала. Но на процесс вихреобразования

загрязнение, коррозия и эрозия тела обтекания или закручивающего аппарата

практически сказываются очень мало. Поэтому при выборе преобразователя

выходного сигнала (например, ультразвукового) вихревые расходомеры могут

служить и для измерения загрязненных, агрессивных и абразивных веществ.

Вихревые расходомеры с обтекаемым телом.

Тело, находящееся на пути потока, изменяет направление движения его струй и

увеличивает их скорость за счет соответствующего уменьшения давления. За

миделевым сечением

тела начинается обратный процесс уменьшения скорости и увеличения давления.

Одновременно с этим на передней стороне тела создается повышенное, а на

задней стороне – пониженное давление. Пограничный слой, обтекающий тело,

пройдя его давления сечение, отрывается от тела и под влиянием пониженного

давления за телом изменяет направление движения, образуя вихрь. Это

происходит как в верхних, так и в нижних точках обтекаемого тела. Но так

как развитие вихря с одной стороны препятствует такому же развитию с другой

стороны, то образование вихрей с той и другой стороны происходит

поочередно. При этом за обтекаемым телом образуется вихревая дорожка

Кармана шириной а, имеющая постоянное отношение b/а, которое для

обтекаемого цилиндра равно 0,281.

Частота срыва вихрей согласно критерию Струхаля f = v Sh/d, т. е.

пропорциональна отношению v/d, a следовательно, при постоянном характерном

размере d тела пропорциональна скорости о, а значит, и объемному расходу Q0

Зависимость между Q0 и f дается уравнением

Qo = (sd/Sh} f,

где s — площадь наименьшего поперечного сечения потока вокруг обтекаемого

тела.

Чтобы обеспечить пропорциональность между Qo и f, число Струхаля Sh

должно оставаться неизменным в возможно большей области значений числа Re.

Для обтекаемого цилиндра число Sh остается постоянным в области lO3—lO4 <

Ro <2-105. Поэтому расходомер с цилиндрическим обтекаемым телом может иметь

диапазон измерения Qmax/Qmin = 20. Но такой диапазон может иметь место в

том случае, если при Qmin скорость v в трубе будет достаточна и обеспечит

устойчивое вихреобразование (в частности, для воды v > 0,2 м/с).

Исследование расходомера с цилиндрическим обтекаемым телом диаметром d

показало, что наиболее предпочтительным является отношение d/D =

0,15—0,25. Преимущественное применение в вихревых расходомерах нашли

призматические тела прямоугольной, треугольной или трапецеидальной

(дельтообразной) форм. У последних основание обращено навстречу потоку.

Такие тела образуют сильные и регулярные вихревые колебания, хотя и создают

несколько большую потерю давления. Кроме того, они удобны для организации

второй ступени преобразования частоты в выходной сигнал.

Технические данные расходомера-счетчика СВУ.

Измеряемая среда для счетчика – вода пресная (речная, озерная),

подтоварная (поступающая с установок подготовки нефти), пластовая

(минерализованная), их смеси, другие невзрывоопасные жидкости,

неагрессивные по отношению к сталям марок 12Х18Н10Т, 30Х13.

Параметры измеряемой среды:

1. Концентрация нефтепродуктов не менее 1 г/л,

2. Концентрация солей не более 20 г/л,

3. Концентрация твердых частиц не более 1 г/л,

4. Максимальный размер твердых частиц не более 3 г/л,

5. Рабочее давление от 0,6 до20 МПа,

6. Рабочая температура от 4 до 800С,

7. Диаметр присоединяемого трубопровода:

. ДРС-25, ДРС-50, ДРС-200 100 мм,

. ДРС-25А 50 мм.

Основные параметры датчика ДРС.

| |Значения параметров для |

|Параметры |типоразмеров |

| |ДРС-25 |ДРС-50 |ДРС-200 |

| |(25А) | | |

|Номинальный расход проточной части, мм |40 |50 |80 |

|Наименьший расход, Qmin, м3/ч |0,8 |1,25 |5 |

|Наибольший расход Qmax, м3/ч |27,5 |55 |220 |

|Наименьший эксплуатационный расход |1 |2 |8 |

|Наибольший эксплуатационный расход |25 |50 |200 |

|Порог чувствительности Qч, м3/ч |0,8 |1,25 |5 |

Основная относительная погрешность датчиков ДРС не превышает

нижеприведенных значений

|A|%

Страницы: 1, 2