Принцип действия тахиметрических расходомеров основан на измерении средней скорости потока Vср, которая пропорциональна объемному расходу вещества G0 = SVср, где S − площадь поперечного сечения трубопровода. В таких расходомерах рабочее тело под действием потока вращается, при этом его угловая скорость вращения пропорциональна скорости потока вещества, а следовательно, и объемному расходу.
В зависимости от конструкции чувствительного элемента тахометрические расходомеры бывают турбинные и шариковые.
Турбинные расходомеры (рисунок 5.10, а)применяют для измерения расхода жидкостей, в частности мазута. В корпусе 5 расходомера установлены струевыпрямители 2 и 4, расположенные па одной оси с аксиальной или тангенциальной турбиной 3. У аксиальной турбины ось совпадает с потоком, а у тангенциальной − перпендикулярна ему. На внешней стороне корпуса размещают дифференциально-трансформаторный преобразователь 1.
Турбинные расходомеры определяют расходы жидкостей в широком диапазоне, в трубопроводах диаметром от 4 до 750 мм при давлениях до 250 МПа и температурах от − 240 до +700 °С. Достоинствами турбинных расходомеров являются малая инерционность и высокая точность (погрешность 0,5%), а их недостатками − зависимость от расхода и вязкости среды, износ опор турбины.
Шариковые расходомеры (рисунок 5.10, б) применяют для измерения расхода жидкостей с твердыми частицами и агрессивных, а также теплоносителя. В корпусе 6преобразователя 1 располагается винтообразное струенаправляющее устройство 9, которое закручивает поток жидкости, в результате чего начинает вращаться шарик 8. Перемещение шарика в осевом направлении ограничивается кольцом 7, за которым находится струевыпрямитель 2. На внешней стороне корпуса имеется преобразователь 1 частоты вращения шарика в унифицированный электрический сигнал. Для небольших расходов используют шариковые расходомеры с тангенциальным подводом жидкости.
Шариковые расходомеры используют в трубопроводах диаметром от 10 до 600 мм. Их показания не зависят от вязкости [(0,3-12)∙10-6 м2/с] и плотности (700-1400 кг/м3) вещества.
В качестве передающих преобразователей турбинных и шариковых расходомеров применяют магнитоэлектрические и дифференциально-трансформаторные. Магнитоэлектрические преобразователи создают значительный тормозной момент, поэтому их используют в трубопроводах диаметром более 200 мм, где возникают большие крутящие моменты. При меньших диаметрах применяют дифференциально-трансформаторные преобразователи, в которых лопасти турбины или шарик при вращении меняет ферромагнитную массу сердечника нижней катушки, вследствие чего на выходе возникает напряжение, модулированное по амплитуде сигналом, пропорциональным частоте вращения шарика или турбины. Далее этот сигнал усиливается и преобразуется в унифицированный сигнал постоянного тока.
Рисунок 5.10 − Первичные преобразователи расхода жидкости:
а − турбинный, б − шариковый
Тепломеры
В последнее время появились приборы, определяющие расход теплоты в единицу времени (тепломеры) и за некоторый промежуток времени (теплосчетчики).
Для определения расхода теплоты при одинаковом расходе теплоносителя па входе и выходе используют уравнение; q = GM(iвх − iвых), где GM − массовый расход теплоносителя; iвх, iвых − энтальпии теплоносителя на входе и выходе в систему теплоснабжения или другие теплоэнергетические установки.
В общем случае энтальпия вещества является сложной функцией температуры и давления, например для пара эта зависимость i = R1+R2t°/(R3 + R4p), где R1 − R4 − постоянные коэффициенты.
Для воды в системе теплоснабжения (t° ≤ 150 °C, р ≤ 1 МПа) влиянием давления можно пренебречь, и энтальпия i= R5 +R6 t0, где R5, R6 − постоянные коэффициенты.
Отсюда следует, что в тепломерах необходимо совместно измерять расход теплоносителя, его температуру и давление. Если промышленные расходомеры измеряют объемный расход теплоносителя, полученное значение умножают на его плотность, которая зависит от температуры t0 (для жидкостей); температуры t0 и давления р (для пара и газа).
Расход теплоты q определяется в вычислительных устройствах по сигналам расходомеров, термометров и манометров. Схема таких устройств зависит от вида выходных сигналов приборов. В качестве тепломера, используемого при автоматизации систем теплоснабжения, служит разностный теплосчетчик ТС-20, оснащенный индукционным расходомером.
Функциональная схема теплосчетчика ТС-20 показана на рисунок 5.11. Расход воды в теплосчетчике измеряется расходомером, который состоит из первичного ПП1и передающего ПП2преобразователей измерительного сигнала. Термометрами сопротивление Т1 и Т2 определяют температуру прямой t0 nр и обратной t0 обр воды, после чего измерительные сигналы преобразуются в устройстве Уст в унифицированные электрические сигналы. В вычислительное устройство ВУcm от ПП и Уст поступают унифицированные измерительные сигналы, по которым определяют расход теплоты Q, фиксируемый измерительным прибором.
На некоторых предприятиях в качестве топлива используют, например, угли, сланцы, торф, при этом требуется непрерывно измерять расход твердого топлива, которое в измельченном виде поступает либо в бункер пыли, либо по транспортеру непосредственно в топку котла со слоевым сжиганием топлива. Применяемые пружинные измерители массы поступающей в котел угольной пыли не всегда являются эффективными. В последнее время для измерения расхода твердых веществ получили распространение приборы с магни-тоупругими материалами. Под действием нагрузки происходит изгиб их чувствительного элемента, состоящего из этих материалов, в результате чего изменяются его магнитные свойства. В стержне чувствительного элемента имеется ряд отверстий, через которые проходят обмотка возбуждения, питаемая переменным электрическим током, и две выходные обмотки, включенные встречно, в которых возникает эдс магнитной индукции. В ненагруженном состоянии результирующая эдс равна нулю. При изгибе чувствительного элемента его магнитные свойства меняются и результирующая эдс оказывается пропорциональной приложенной нагрузке. Выходной измерительный сигнал можно дистанционно передавать к вторичным приборам. При транспортировке угольной пыли воздухом ее расход косвенно оценивают по перепаду давления на сегментной диафрагме в газопроводе.
Рисунок 5.11 – Функциональная схема теплосчетчика ТС-20
