Глава 9. счетчики количества жидкостей

Глава 9. СЧЕТЧИКИ КОЛИЧЕСТВА ЖИДКОСТЕЙ

9.1. Основные характеристики счетчиков

Приборы для измерения количества вещества, т. е. для измерения суммарного объема или массы вещества, протекающего по трубопроводу за какой-либо отрезок времени (час, сутки и т. д.), называются счетчиками.

В последнее время в связи с появлением интегрирующих устройств у расходомеров и специальных расходомерных приставок у счетчиков между этими приборами не делают принципиального различия и даже объединяют их в одну общую группу приборов — расходомеры. Однако эти приборы имеют и свои специфические различия, отражающиеся в подходе к определению и нормированию основных технических и метрологических характеристик.

В современном промышленном производстве применяют счетчики, отличающиеся друг от друга назначением, принципом действия и конструкцией. Для оценки и сравнения различных конструкции и модификаций счетчиков как измерительных устройств и определения реальной точности измерения количества нормируются следующие характеристики:

калибр — диаметр условного прохода входного патрубка счетчика в миллиметрах;

относительная погрешность показаний в процентах — разность между показаниями счетчика V_c и действительным количеством вещества V_R, прошедшим через счетчик б = (V_c — К_д)/ К_д • 100;

потеря напора — разность давлений, определенная по показаниям манометров во входном и выходном патрубках счетчиков, обусловленная гидравлическим и механическим сопротивлениями в его механизме;

нижний предел измерений — наименьший часовой расход, при котором относительная погрешность показаний счетчика не выходит за пределы допускаемых значений;

верхний предел измерений — наибольший часовой расход, при котором погрешность показаний и потеря напора не выходят за пределы установленных допусков (работа счетчиков на верхнем пределе допускается только при кратковременных пиковых нагрузках — в общей сложности не более 1 ч в сутки);

номинальный расход — наиболыиии часовой расход, при котором погрешность показаний не выходит за пределы допускаемых значений, а потеря напора при этом расходе не создает в приборе усилий, приводящих к быстрому износу трущихся частей и деталей;

порог чувствительности — наименьший часовой расход, при котором чувствительный элемент прибора приобретает установившееся движение, а счетчик начинает .давать ’ показания с любой сколь угодно большой погрешностью. Порог чувствительности характеризует трение в счетчике, зависящее от его конструкции, качества изготовления и сборки его механизма, а также от физико-химических свойств измеряемого вещества;

емкость счетного механизма — наибольшее количество вещества, которое может быть отсчитано счетным механизмом прибора.

9.2. Скоростные счетчики

Принцип действия скоростных счетчиков аналогичен принципу действия турбинных расходомеров с той лишь разницей, что в расходомерах измеряется число оборотов турбинного датчика в единицу времени, а в счетчиках число оборотов суммируется за любой отсчетный промежуток времени. При этом суммарное число оборотов датчика^за отсчетный промежуток времени будет пропорционально объемному количеству жидкости-V, протекшему по трубопроводу за тот же промежуток времени. Следовательно, уравнение измерений скоростных счетчиков имеет вид

V = cN,    (9.1)

где с — коэффициент, в общем случае зависящий от конструктивных особенностей счетчика, расхода и физико-химических свойств измеряемой жидкости.

Скоростные счетчики выпускают двух основных конструктивных модификаций: счетчики с аксиальным и тангенциальным подводом жидкости к турбинному датчику прибора. Устройство счетчика с аксиальным подводом жидкости показано на рис. 96. Поток жидкости, поступая в прибор, выравнивается струевыпрямителем 5 и-направляется на лопасти аксиальной турбинки 3, выполненной в виде многозаходного винта. Вращение турбинки через червячную пару 1 и передаточный механизм 6, помещенный в корпус 2, передается счетному устройству 7, которое имеет стрелочные указатели с делениями, оцифрованными в литрах или кубических метрах. Возможность отсчета показаний непосредственно в единицах объемного количества (а не в числах оборотов турбинки) обеспечивается регулировкой передаточного числа механизма 6, соответствующим подбором сменных шестерен и регулировкой скорости вращения турбинки специальным регулировочным устройством 4. Устройство позволяет поворачивать одну из радиальных перегородок струевыпрямите-ля относительно направления потока. Вследствие этого часть потока, заключенная между поворотной регулировочной пластиной и соседними перегородками струевыпрямителя, в зависимости от угла поворота пластины будет подталкивать или тормозить вращающуюся турбинку. Регулируя таким образом скорость вращения турбинки в процессе тарировки счетчика, добиваются соответствия (в пределах погрешности тарировки) между его показаниями и действительным количеством протекшей жидкости.

Устройство счетчика с тангенциальным подводом жидкости показано на рис. 97. В этих счетчиках турбинку выполняют вертикальной прямолопастной. Поток жидкости подается по касательной к окружности, описываемой средним радиусом лопастей. Жидкость может подводиться на лопасти одной (одноструйные счетчики) или несколькими (многоструйные счетчики) струями. Конструктивное отличие многоструйного счетчика от одноструйного (см. рис. 97) состоит в том, что турбинку помещают в цилиндрическую камеру (рис. 98). Камера имеет два ряда равномерно распределенных по окружности сопел. Через нижний ряд сопел жидкость подается на лопасти турбинки, через верхние (обратные по направлению) отводится из камеры. В многоструйных счетчиках с прямым и обратным течением жидкости в зависимости от направления потока назначение сопел может меняться.

Одноструйные и многоструйные счетчики обладают рядом сравнительных достоинств и недостатков. Так, одноструйные счетчики более

1 — счетный механизм; 2 — передаточный механизм; 3 — корпус прибора; 4 — турбинка

Рис. 98. Камера многоструйного скоростного счетчика с тангенциальной турбинкой

Рис. 97. Скоростной счетчик с тангенциальной турбиной:

просты по конструкции и обладают меньшей потерей давления. Однако они менее надежны в эксплуатации вследствие одностороннего износа опоры и значительного изменения показаний при засорении сетки фильтра. В многоструйных счетчиках опора изнашивается равномерно. Однако при том же калибре они имеют несколько меньшую по диаметру турбин-ку, которая быстрее вращается и скорее изнашивается.

В зависимости от того, отделен ли счетный механизм прибора от измеряемой среды перегородкой и сальниковыми уплотнениями или измеряемая среда заполняет весь механизм счетчика вплоть до стекла над счетным указателем счетчики подразделяют соответственно на „сухохо-ды” и „мокроходы”. Счетчики „мокроходы” более просты по конструкции, обладают большей чувствительностью и точностью, так как в них существенно меньше потери на трение (отсутствуют сальниковые уплотнения) , и более уцобны в эксплуатации. Однако из-за грязи и абразивных включений в измеряемых жидкостях большее распространение получили счетчики „сухоходы”, счетный механизм которых защищен от воздействия вредных примесей.

Показания тангенциальных счетчиков регулируют или вертикальным перемещением турбинки, изменяя высоту опорного шипа, или перемещением специальной пластины, установленной у верхнего торца турбинки, или отводом части потока жидкости из измерительной камеры в обводной канал. Первые два способа регулирования основаны на изменении гидравлического сопротивления, оказываемого потока жидкости вращению турбинки за счет изменения зазоров между ее торцами и неподвижными частями камеры (дном или регулировочной пластинкой).

Существенным недостатком скоростных аксиальных и тангенциальных счетчиков является зависимость их показаний от вязкости измеряемой жидкости. При изменении вязкости изменяется коэффициент пропорциональности с в уравнении (9.1), поэтому скоростные счетчики применяются исключительно для измерения количества воды.

Погрешность показаний скоростных счетчиков при их правильной регулировке и нормальной эксплуатации находится в пределах ± (2—3) % и в зависимости от расхода имеет вид, изображенный на рис. 99.

1 3 5 10    20    30    40    50    БО    70    80    30    100

Расход, 7.

Рис. 99. График погрешности показаний скоростных счетчиков

Счетчики с аксиальными турбинками применяют для измерения количества воды при больших расходах i промышленных системах водоснабжения; счетчики с тангенциальными турбинками — для измерения количества воды при малых расходах (например, в бытовых водопроводах и малых отопительных системах). Возможность применения аксиальных водосчетчиков для измерений при больших расходах обусловливается тем, что вся лобовая поверхность аксиальной турбинки защищена от осевого действия потока неподвижным обтекателем, на котором крепятся струевьшрямительные перегородки (см. рис. 96).

Счетчики с аксиальной турбинкой с обозначением ВВ изготовляют калибрами от 50 до 300 мм и применяют для измерений количества воды при расходах от 3 до 1300 м³/ч. Эти счетчики можно устанавливать как на горизонтальных, так и на наклонных участках трубопровода. Необходимая для их нормальной эксплуатации длина прямого участка составляет 8—10 диаметров трубопроводов перед сметчиком и 2—3 диаметра за ним.

Тангенциальные счетчики с обозначением СВК (одноструйные) или СВМ (многоструйные) изготовляют калибрами от 15 до 40 мм на характерные расходы от 3 до 20 м³/ч. Их можно устанавливать только, на горизонтальных участках трубопровода, однако для нормальной работы не требуются прямые участки большой длины.

При выборе скоростных счетчиков ориентируются не на их характерный расход, а на допустимую потерю напора, которая при длительной работе счетчика на наибольшем расходе не должна превышать 0,02—0,03 кгс/см². Это существенно снижает предел измерения (по расходу) скоростных счетчиков, составляющий в лучшем случае 6:1.

Когда по условиям измерений необходимы более широкие диапазоны изменения расходов, используют комбинированные водосчетчики, состоящие из двух счетчиков — основного аксиального и вспомогательного тангенциального, работающих от. одной магистрали, и переключающего клапана. Счетчики подбирают таким образом, чтобы верхний предел измерения вспомогательного совпадал с нижним пределом основного счетчика.

На рис. 100, а показана схема комбинированного водосчетчика с параллельным включением. При малых расходах количество протекающей воды измеряется только вспомогательным счетчиком 2, так как подводящий трубопровод основного счетчика 1 перекрыт клапаном 3. При увеличении расхода увеличивается перепад давлений на вспомогательном счетчике. Как только этот перепад достигнет определенного предельного значения, откроется клапан, и вода будет поступать как во вспомогательный, так и в основной счетчик. При этом общее количество протекшей воды будет равно сумме их показаний. На рис. 100, б приведена схема комбинированного водосчетчика с последовательным включением. При малых расходах, меньших порога чувствительности основного счетчика, количество протекающей воды измеряется вспомогательным счетчиком 2. При увеличении расхода под действием разности давлений откроется кла-

Рис. 100.Схема комбинированного водосчетчика

пан 3 и „включится в работу” основной счетчик 1. При этом, вследствие меньшего гидравлического сопротивления подводящего трубопровода основного счетчика поток воды через вспомогательный будет настолько мал, что прибор не будет работать.

В качестве переключающего устройства в комбинированных водосчетчиках используют грузовые клапаны, в которых действие разности давлений уравновешивается весом соответствующего груза.

Для уменьшения габаритных размеров, а также удобства монтажа и обслуживания комбинированные водосчетчики изготовляют в одном общем корпусе.

9.3. Объемные счетчики

Недостатком скоростных счетчиков, как уже указывалось выше, является существенная зависимость их показаний от вязкости жидкости протекающей через счетчик. Этот недостаток в значительной мере отсутствует у объемных счетчиков, поэтому ими измеряют количество чистых промышленных жидкостей, нефтепродуктов и сжиженных газов, т. е. жидкостей с широким диапазоном изменения вязкости. Кроме того, объемные счетчики обеспечивают высокую точность измерений (относительная погрешность их обычно не превышает 0,5 %) и достаточный для условий применения диапазон измерений.

Принцип действия объемных счетчиков основан на суммировании объемов жидкости, вытесненных из измерительной камеры прибора за любой.отсчетный промежуток времени.

Основными элементами объемных счетчиков жвдкостей являются измерительная камера определенного объема и конфигурации и перемещающийся в ней рабочий орган (поршень, диск, шестерни и т. д.). Рабочий орган счетчика перемещается под действием разности давлений на входе и выходе измерительной камеры при протекании через нее измеряемой жидкости. За каждый цикл своего перемещения рабочий орган вытесняет определенный объем жидкости, равный V. Суммарное число перемещений N_c рабочего органа фиксируется счетным механизмом. По разности показаний счетного механизма в конце и в начале какого-либо промежутка времени определяется объемное количество жидкости V_T, протекшей через прибор за этот промежуток времени.

Таким образом, общее для всех объемных счетчиков уравнение измерений имеет вид

V_T = VN_C.    (9.2)

В зависимости от конструктивный особенностей рабочего органа (поршень, шестерни и т. п.), а также от вида движения, совершаемого рабочим органом при работе счетчика (поступательное, вращательное — ротационное, сложное колебательное — прецессионное, сложное вращательное — планетарное), объемные счетчики классифицируют на:

поршневые (цилиндрические) с поступательным движением цилиндрического поршня;

поршневые (^дисковые; с прецессионным движением дискового поршня;

поршневые (кольцевые) с планетарным движением кольцевого поршня;

шестеренные (круглые) с ротационным вращением круглых шестерен;

шестеренные (овальные) с ротационным вращением овальных шестерен;

. лопастные (камерные) с ротационным вращением лопастей, выполненных в виде камер;

лопастные (пластинчатые) с ротационным вращением пластинчатых лопастей.

Счетчики поршневые (цилиндрические) поступательные применяются для измерения количества жидкостей большой вязкости (мазута, смолы и др.).

По конструкции счетчики с цилиндрическими поршнями отличаются друг от друга количеством поршней, их расположением (горизонтальным или вертикальным), направлением действия потока жидкости на поршень, и, наконец, видом распределительного устройства.

Рассмотрим работу поршневого мазутомера (рис. 101) — это четырехпоршневой счетчик с вертикальными поршнями, золотниковым распределительным устройством и односторонним действием жидкости на поршни. В корпусе счетчика 5 на шаровой опоре установлен четерехпоршневой гидромотор. Штоки поршней 1 шаровыми шарнирами опираются на диск 2, который связывает их в единый механизм. Наклон писка ограничивается опорной тарелкой 3. Ход поршней и, в конечном счете, показания счетчика регулируют, изменяя высоту установки опорной тарелки. Поршневой механизм закрыт крышкой, в которой размещены золотниковое устройство и редуктор счетного механизма. Крышка имеет полости А и Б для подвода и отвода жидкости из золотникового устройства. При работе счетчика золотниковое распределительное устройство поочередно сообщает полости цилиндров над поршнями с полостями в крышке, через которые подводится и отводится измеряемая жидкость. При перемещении поршней диск совершает колебательное движение, обкатываясь по опорной тарелке. При этом начинает вращаться коленчатый валик 4, число оборотов которого пропорционально суммарному количеству жвдкости, протекшей через счетчик.

Счетчики с цилиндрическими поршнями обладают высокой точностью (известны счетчики с уплотненными цилиндрическими поршнями, погрешность показаний которых не превышает 0,7, %) и,чувствитель-ностью. Однако они громоздки, сложны в эксплуатации и вызывают большие потери давления.

Счетчики поршневые (дисковые) прецессионные (рис. 102) получили преимущественное распространение в практике измерения количества

Рис. 102. Дисковый счетчик промышленных жидкостей. При протеками через счетчик измерямой жидкости под действием разности давлений колеблется дисковый поршень 3. Число колебаний поршня, пропорциональное количеству протекшей жидкости, фиксируется счетным механизмом 11, 12, 13, размещенным в головке 10. Измеряемая жидкость поступает через входной патрубок и предохранительную сетку б в измерительную камеру 2. Внутренняя часть боковой поверхности камеры выполняется в виде шарового пояса, а внутренняя часть верхней и нижней поверхностей камеры — в виде усеченных конусов и шаровых сегментов, служащих подпятниками для дискового поршня, расположенного внутри камеры. Через отверстие верхнего подпятника проходит ось поршня 16. которая стягивает две по-

лусферы /, йвляющйеся подшипникамидиска. Дисковый поршень имеет прорезь, через которую проходит радиальная перегородка 4, служащая одновременно и направляющей, препятствующей повороту диска, и устройством, исключающим возможность непосредственного перетекания жидкости из входного патрубка в выходной. Ось поршня 16 опирается на направляющий конус 8 так, что диск все время остается в наклонном положении, соприкасаясь с боковой (шаровой), верхней и нижней торцовыми (конусными) поверхностями.

Поступающая в измерительную камеру жидкость может попасть в выходной патрубок, только обтекая опорную полусферу, приводя тем самым диск в сложное колебательное — прецессионное движение. При этом ось диска обкатывается вокруг направляющего конуса, приводя во вращение поводок 7. Число оборотов поводка через передаточный механизм 9 и приводной валик 14 передается на стрелочный указатель 13 и роликовый счетный указатель 11.

Показания прибора регулируют перепуском части жидкости непосредственно из входного патрубка в выходной регулировочным винтом 17. Весь механизм счетчика размещается в корпусе 5. Смазка трущихся деталей механизма осуществляется с помощью масленки 15. Вследствие неразрывности потока измеряемой жидкости дисковый поршень непрерывно колеблется. При каждом полном колебании диска через измерительную -камеру прибора протекает определенная порция жидкости, теоретически равная объему камеры за вычетом объема диска с шаровой опорой и объема радиальной перегородки.

Дисковые (прецессионные) счетчики при правильном изготовлении и регулировке обладают большой чувствительностью и могут применяться для измерения количества жидкостей при весьма малых расходах. Чувствительность прибора тем выше, чем меньше вес диска и диаметр опорного шара и чем больше диаметр диска.

Ввиду того, что часть жидкости, протекающая через зазор между диском и шаровой поверхностью измерительной камеры, не учитывается, этот зазор должен быть минимальным (в зависимости от вязкости жидкости) и одинаковым при всех положениях диска.

Для обеспечения надежности счетчиков материалы, из которых изготовляют их детали, подвергающиеся износу при работе счетчика, должны быть стойкими к истиранию. Диски изготовляют обычно из легких пластмасс или эбонита, а опорные поверхности — из твердого графита или специальных металлических сплавов.

Чтобы в счетчик не попал воздух, механические примеси и грязь, которые могут привести к интенсивному износу, понижению точности измерений или даже к заклиниванию диска, в сети подводящего трубопровода перед счетчиком необходимо устанавливать фильтр-газоотделитель с аварийным воздухосборником.

Недостатком данных счетчиков является сложность их изготовления и ремонта.

Счетчики поршневые (кольцевые) планетарные (рис. 103). Счетчик состоит из корпуса 10, крышки 16, измерительной камеры, кольцевого поршня 4, передаточного и счетного механизмов. Крышка соединяется с корпусом при помощи нажимного кольца 14 и уплотнения 15. Измерительная камера образуется внешним цилиндром 2 и двумя внутренними цилиндрическими выступами 3, соосными внешнему цилиндру. Один выступ составляет одно целое с нижним основанием цилиндра, другой — с верхним.

Жидкость поступает в измерительную камеру через предохранительную сетку 11 и отверстие 8 в нижнем основании внешнего цилиндра и вытекает через отверстие 5 в верхнем основании. Внутри измерительной камеры установлена радиальная перегородка 7, предотвращающая непосредственное перетекание жидкости из отверстия 8 в отверстие 5. Перегородка врезана в стенки внутренних кольцевых выступов, в верхнее и нижнее основание камеры. В центре нижнего основания имеется направляющий ролик 9.

К контрольному вопросу № 16

Ваше решение ошибочно. Вы или не поняли сути поверки расходомеров на образцовых установках, или не разобрались в принципе действия установок.

Вам необходимо повторить и то, и другое.

Кольцевой поршень 4 представляет собо цилиндр с поперечным ребром посредине, с осью 12 в центре ребра и осевой прорезью 6, в которую входит перегородка 7. В ребре поршня имеются отверстия для перетекания жидкости из нижней полости поршня в верхнюю.

Во время работы счетчика под действием разности давлений во входящем и выходящем потоках жидкости кольцевой поршень совершает планетарное движение внутри камеры, обкатываясь своей внутренней поверхностью по цилиндрическим выступам. В то же время ось поршня обкатывается вокруг направляющего ролика, а края скользят по радиальной перегородке. Движение поршня через поводок 13 и трубку 1 преобразуется во вращательное движение последней и с помощью передаточного механизма передается на стрелки и счетный указатель.

Принцип действия прибора иллюстрирует рис. 104, на котором изображены четыре положения кольцевого поршня. Жидкость поступает то во внешнее пространство между поршнем и стенкой измерительной камеры, то во внутреннее пространство между поршнем и внутренними цилиндрическими выступами. Из-за этого то на внешней, то на внутренней поверхностях поршня появляется избыточное давление, под действием которого поршень совершает сложное планетарное движение. За пол-

Рис. 104. Схема действия кольцевого счетчика

ный цикл движения поршня через счетчик протекает количество жидкости, теоретически равное объему измерительной камеры.

Счетчики с кольцевым поршнем несколько более надежны в эксплуатации по сравнению с рассмотренными выше объемными счетчиками других типов, так как при подаче жидкости снизу вверх через отверстия в ребре поршня уменьшается его трение о нижнее основание камеры. Для нормальной работы счетчики следует устанавливать на строго горизонтальных участках трубопровода.

Счетчики ротационные с овальными шестернями (рис. 105). Жидкость поступает во входной патрубок счетчика, протекает через сетку фильтра в измерительную камеру, и, приводя во вращение две овальные шестерни, выходит через выходной патрубок. Одна из шестерней имеет трибку, посредством которой вращение передается на передаточный и счетный механизмы.

Рис. 105. Счетчик с овальны- Рис. 106. Схема действия счетчика с овальными

ми шестернями    шестернями

Принцип действия счетчиков данного типа показан на рис. 106. В первом положении (рис. 106, а) разность давлений во входной и выходной частях камеры, действуя на обе шестерни, создает момент лишь на шестерне 2, поворачивающий ее против часовой стрелки. На плечи же (относительно оси ее вращения) шестерни 1 действуют одинаковые усилия от разности давлений. Таким образом, в этом положении шестерня 2, вращаясь под действием момента, приводит во вращение и шестерню 1. Во втором положении (рис. 106, б) на обе шестерни действуют вращающие моменты, однако абсолютное значение каждого из них меньше, чем момент, действующий на шестерню 2 в первом положении. Это объясняется тем, что из-за частичного перекрытия шестерен появляется обратный момент со стороны давления в выходном патрубке. И, наконец, в третьем положении (рис. 106, в) вращающий момент действует лишь на шестерню 1. По абсолютному значению этот момент равен моменту, действующему на шестерню 2 в первом положении, но направлен по часовой стрелке. В данном случае шестерня 1 ведет шестерню 2.

Нетрудно показать, что суммарный момент, приводящий шестерни во вращение, в любом их положении остается постоянным и равным Ар/³/8, где Ар — разность давлений во входном и выходном патрубках счетчика, I — длина большой оси овальной шестерни. Следовательно, при установившемся потоке жидкости (при установившемся и постоянном Ар) шестерни приобретают установившееся вращение с постоянной угловой скоростью, вытесняя за каждый оборот измерительный объем, ограниченный стенками и образующими камеры и шестерни.

Для уменьшения неконтролируемых утечек измеряемой жидкости зазоры между вершинами зубьев и образующей измерительной камеры, а также между стенками камеры и торцами шестерен должны быть минимальными.

Малый вес шестерен, хорошее качество изготовления и сборки (с оптимальным размеров зазоров) обеспечивает высокую чувствительность счетчиков с овальными шестернями и незначительное влияние изменений вязкости жидкостей на их показания. Поэтому зти счетчики довольно широко применяют при измерении количества самых разнообразных жидкостей и в первую очередь бензина, спирта и других маловязких жидкостей, для измерения количества которых в связи с вредным влиянием сухого трения (обусловленного малой вязкостью жидкости) счетчики других типов применять нежелательно.

Счетчики с овальными шестернями выпускают двух модификаций: СВШ — без обогрева на калибры от 12 до 250 мм и СШМ — с паровой обо-гревной рубашкой (для сильно вязких жидкостей) на калибры 12 и 40 мм. Счетчики можно устанавливать как на горизонтальных, так и на вертикальных участках трубопровода, однако, с обязательным условием, чтобы оси овальных шестерен были ориентированы строго горизонтально.

Счетчики лопастные (камерные) ротационные (рис. 107). Корпус 5' соединен с двумя патрубками для подвода и отвода измеряемой жидкости, расположенными под углом 90°. Внутри цилиндрической полости корпуса помещен ротор 6 с четырьмя полукруглыми пазами, в которых расположены четыре лопатки 1—4, выполненные в форме корытца. К торцам ротора крепятся две дисковые пластины с подшипниками для осей лопаток. Специальная система шестеренок, установленных между одной из торцовых пластин и задней крышкой камеры, обеспечивает неизменный Рис. 107. Счетчик с камер- ^наклон лопаток относительно горизонтальными попастями    ной    оси    счетчика.

Непосредственному перетеканию жидкости из входного отверстия в выходное препятствует вставка 7.

Под действием разности давлений во входном и выходном патрубках счетчика его ротор вращается, выбрасывая за каждый оборот в выходной патрубок количество жидкости, равное объему кольцевой камеры, ограниченной внутренней поверхностью корпуса, поверхностью ротора и поверхностями торцовых крышек.

Вращение ротора через передаточный механизм передается на счетный указатель.

Хорошее качество изготовления цилиндрическом поверхности корпуса и прилегающих торцовых поверхностей ротора и крышек, а также некоторая эластичность тонких полусферических лопаток обеспечивают минимальные неконтролируемые утечки жидкости в счетчике, поэтому ими преимущественно измеряют количество маловязких жидкостей (легких нефтепродуктов, спирта и т. п.).

Эти счетчики легко ремонтировать. При необходимости замены комплекта ротора снимают заднюю крышку, вынимают его из корпуса и заменяют новым, не разбирая весь прибор.

Счетчики ротационные с круглыми шестернями отличаются от счетчиков с овальными шестернями лишь видом шестерен. Принцип же их работы одинаков.

На рис. 108 схематически показана камера счетчика с круглыми шестернями. Измеряемая жидкость поступает во входной патрубок, вращает две зубчатые шестерни и, протекая в пространстве, ограниченном зубьями

Рйс. 108. Счетчик с круглыми шестернями

Рис. 109. Счетчик с пластинчатыми лопастями

шестерен и цилиндрическими поверхностями камеры, проходит в выходной патрубок. Вращение шестерен посредством передаточного механизма передается на счетный указатель. Измерительный объем этого счетчика (объем, вытесненный за полный оборот шестерен) ограничивается стенками камеры, ее образующей и поверхностью впадин между зубьями шестерен.

Счетчики лопастные (пластинчатые) ротационные (рис. 109). Измеряемая жидкость движется в пространстве, ограниченном цилиндрическими поверхностями корпуса 6 и ротора 8. Внутри ротора расположен неподвижный кулачок 7, на который опираются четыре ролика 9 с закрепленными на них лопастями 1, 2, 4 и 5. Давление жидкости, поступающей через входной патрубок на лопасть 5, приводит ротор во вращение, которое передается на счетный указатель. Ролики катятся по кулачку,

лопасти при этом поочередно занимают место снаружи и внутри ротора. Таким образом, за полный оборот ротора через счетчик проходит количество жидкости, равное разности объемов цилиндра и ротора. Перетеканию жидкости из входного отверстия в выходное препятствует встав-

ка 3.

Элементы теории объемных счетчиков количества жидкостей. Различные типы объемных счетчиков количества жидкостей отличаются друг от друга кинематикой отдельных звеньев механизма, формой измерительной камеры и рабочего органа. Однако им присущи и общие характерные признаки, объединяющие все эти приборы в одну группу - группу счетчиков объемного типа.

Все счетчики объемного типа имеют рабочий орган, который, совершая под действием разности давлений то или иное движение внутри пространства камеры прибора, вытесняет объем жидкости (за один цикл своего движения), обычно принимаемый равным измерительному объему камеры.

В действительности же, из-за того, что у всех объемных счетчиков между рабочим органом и камерой имеются неплотности — зазоры, часть жидкости во время работы счетчика протекает через эти зазоры и не учитывается счетным механизмом.

Таким образом, движение рабочего органа под действием разности давлений и частичное протекание измеряемой жидкости через зазоры между рабочим органом и камерой и являются характерными признаками, объединяющими данные приборы в одну группу и позволяющими вывести общие зависимости между измеряемым количеством жидкости, погрешностью показаний счетчика, числом оборотов или колебаний рабочего органа и другими параметрами, оцределяющими конструкцию прибора (например, размером зазора, объемом камеры) и условия измерений (например, температурой окружающей среды, вязкостью протекающей жидкости) .

Общая теория объемных счетчиков жидкостей была разработана во Всесоюзном научно-исследовательском институте метрологической службы (ВНИИМО под руководством А.И. Петрова.

Изложим основные элементы этой теории, знание которых необходимо для правильного конструирования, правильной эксплуатации и грамотного метрологического обслуживания данного типа приборов. Пусть Q — объем жидкости, протекающей через счетчик в единицу времени (действительный расход); N — число оборотов или колебаний рабочего органа счетчика за ту же единицу времени; V - полезный (измерительный) объем камеры счетчика, вытесняемый рабочим органом за один оборот или колебание; q — объем жвдкости, протекающий в единицу времени через зазоры между рабочим органом и камерой.

Тогда на основании вышеизложенного

(9-3)

Q = NV + Q.

Обозначив 2с - объем жидкости, учитываемый счетчиком в единицу времени (показания счетчика за единицу времени); А — объем жвдкости, отсчитанный счетчиком за один оборот стрелки счетного указателя; п — передаточное число (число оборотов или колебаний рабочего органа), при котором счетчик отсчитывает объем, равный А, и приняв во внимание, что в единицу времени стрелка указателя счетчика сделает QJA оборотов, а рабочий орган Q_cn/A оборотов или колебаний, формулу (9.3) можно представить в виде

Вспомним, что погрешность показавкй счетчика

=    -,00.    ₍₉₆₎

Расход жидкости q через зазоры зависит от площади сечения S щели между рабочим органом и камерой, протяженности этой щели I по высоте камеры (фактически I — это толщина рабочего органа), абсолютного размера этой'щели h, скорости перемещения рабочего органа v_p, динамического коэффициента вязкости /и измеряемой жидкости и перепада давлений Ар на счетчике, т. е.

q=f(S,l,h, v_p,»,Ap),    (9.7)

где / — некоторая функция от параметров, стоящих в скобках.

Если раскрыть вид функции f, пользуясь фундаментальными уравнениями гидродинамики, получим следующие формулы, определяющие расход жидкости через зазоры:

где R - радиус рабочего органа; ф — угол при вершине конической поверхности дискового счетчика, описываемой осью диска при его дивжении; г — радиус направляющего ролика, вокруг которого обкатывается ось кольцевого поршня в кольцевых счетчиках.

Перепад давлений на счетчике, характеризующий потери кинетической энергии, затрачиваемой на преодоление сил гидравлического и механического трения в механизме счетчика

Др = р?_с-^—,    (9-9)

ltd у

хде.р — плотность измеряемой жидкости; dy — диаметр условного прохода (калибр) счетчика; ?_с - коэффициент сопротивления счетчика:

На основании результатов многочисленных экспериментов и обобщающих выводов теории подобия было установлено, что коэффициент ?_с функционально зависит от числа Рейнольдса, определяющего потери напора потока на чисто жидкостное трение в механизме счетчика, и безразмерной величины dyG/Qy. (где G — вес рабочего органа), определяющей потери напора на преодоление сил полусухого трения в механизме счетчика, т. е.

?с ⁼ V (Re, ) •    (9.10)

dJS

Ввд функции v>(Re, - ) зависит от типа, конструкции, а также качества изготовления и сборки счетчика.

4р

Обозначив величину ?_с    через    г    на    основании формул (9.8, а, б, в) и

(9.9), получим следующие уравнения погрешностей счетчиков объемного типа: для счетчиков с цилиндрическим поршнем

А _ 25АтгЯЬ^ЭД _Л 100АтгЯ⁷\ЬН

, 8д = 100 (—_ш- 1)--377Р5Л- Q--Jjy*-;    (9.11)

для -счетчиков с кольцевым поршнем

¦>-    о-    -*=&*-¦

Формулы (9.11, в—в), связывающие воедино метрологические и конструктивные параметры счетчиков с количеством и свойствами измеряемых жидкостей, условиями измерений, являются основными уравнениями общей теории счетчиков объемного типа. Они наглядно и количественно описывают те сложные физические процессы, которые происходят в работающем счетчике. Четкое понимание этих явлений, как уже отмечалось выше, необходимо для качественного изготовления и сборки, правильной эксплуатации и грамотной поверки объемных счетчиков.

Как следует из формул (9.11 а—в), погрешности показаний объемных счетчиков при одном и том же расходе для приборов, аналогичных по конструкции, зависят от:

1)    размера зазора межцу рабочим органом и стенкой камеры счетчика;

2)    вязкости измеряемой жидкости;

3)    коэффициента R, характеризующего (кроме отмеченных факторов 1 и 2) качество изготовления и сборки счетчика;

4)    температур окружающей среды и измеряемой жидкости.

Изменение указанных температур приводит к дополнительным погрешностям, связанным с термическим расширением материалов деталей счетчика, изменением объемов V измерительных камер, размеров зазоров И, а также с температурным изменением вязкости измеряемой жидкости и коэффициента R.

Общие правила эксплуатации счетчиков объемного типа. Обобщающие выводы предыдущего параграфа позволяют сформулировать основные требования к условиям нормальной эксплуатации счетчиков объемного типа. Эти условия должны быть такими, чтобы обеспечивалась их длительная и безотказная по точности работоспособность. На длительность работы счетчика сильно влияет износ трущихся деталей его механизма, в первую очередь рабочих органов и камер (что приводит к изменению зазора А). Вследствие этого максимальную нагрузку на счетчик (максимальный рабочий расход) ограничивают предельно допустимым перепадом давлений, обычно принимаемым равным 0,03—0,1 кгс/см². При больших перепадах давлений будут быстро изнашиваться детали счетчика, преждевременно увеличиваться зазоры между рабочим органом и камерой, а следовательно уменьшаться точность измерений.

В соответствии с указанными предельно допустимыми значениями перепадов давлений по известным значениям эксплуатационных расходов выбирают калибр счетчика. При этом необходимо также, чтобы в области эксплуатационных расходов погрешность счетчика по его номинальной характеристике не превышала допускаемую.

Интенсивность износа деталей счетчика в значительной мере зависит также от наличия механических абразивных примесей в измеряемой жидкости и ориентации счетчика. Поэтому для его нормальной эксплуатации необходимо очищать измеряемую жидкость специальными фильтрами, которые, как правило, поставляют вместе со счетчиками, и устанавливать счетчик на горизонтальных участках трубопровода.

Для предотвращения химической коррозии злементов й.четчика необходимо, чтобы эксплуатируемый прибор всегда был заполнен измеряемой жидкостью.    '    V"7~w

Воздух в измеряемой жидкости сильно искажает показания объемных счетчиков. Как правило, при измерении количества маловязких жидкостей, которые насыщаются воздухом более интенсивнее, -чем жидкости с большой вязкостью, непосредственно перед счетчиком устанавливают газоотделитель, выполненный в виде вертикального сосуда большого диаметра, сетчатый или центробежный фильтр.

Для нормальной работы счетчика необходимо соблюдать правильный температурный режим, обычно регламентируемый техническими условиями и соответствующими инструкциями.

Счетчик следует эксплуатировать на той жвдкости, для измерения количества которой он предназначен (на которой он градуирован и поверен) , так как его конструктивные и технологические параметры (зазоры, допуски и другие) рассчитывают, исходя из вязкости объекта измерений. В противном случае для нормальной (с гарантированной погрешностью) работы счетчика его показания необходимо корректировать соответствующими поправками.

При соблюдении всех правил нормальной эксплуатации погрешность показаний объемных счетчиков находится в пределах ± (0,5—1,0) % в зависимости от типа счетчика и измеряемой жидкости.

В качестве простого и наглядного примера рассмотрим установку и эксплуатацию объемного счетчика на бензораздаточной колонке (рис. 110). Бензин подается в прибор из подземного резервуара 12 насосом 9. Во всасывающей линии насоса установлены фильтр 10 и воздушный кран 11. Нагнетаемый насосом бензин протекает через газоотделитель 3, фильтр тонкой очистки 6, бензосчетчик 7, смотровой сосуд 5 с указателем уровня 4 и воздушным клапаном 2 и подается в раздаточный шланг 14 с краном 13. Для слива бензина служит кран 8. Пары бензина возвращаются в приемный резервуар по трубопроводу 1.

Бензосчетчик во избежание попаданий в него воздуха установлен ниже газоотделителя и находится всегда под заливом. Действие газоотдели-теля контролируют при помощи смотрового сосуда, в котором визуально наблюдается отсутствие или наличие в жидкости пузырьков газа. Работу газоотделителя проверяют краном 11, с помощью которого в нагнетаемый бензин искусственно добавляют воздух. Воздушный клапан 2 необходим для устранения гидравлических ударов при внезапном закрывании крана 13, а также для устранения влияний на показания счетчика засасывающего действия потока бензина при опорожнении шланга. С помощью указателя уровня 4 правильно устанавливают бензоколонку. При этом уровни, отмеченные на рис. 110 буквой а, должны находиться на одной горизонтальной плоскости.

Г азоотделитель 3 представляет собой вертикальный сосуд большого диаметра, служащий для успокоения жидкости, изменения направления ее движения и вследствие этого естественного выделения пузырьков воздуха, которые собираются в обратном трубопроводе 1 и удаляются в ат-

Рис. 110. Схема бензораздаточной Рис. 111. Сетчатый фильтр-газоотдели-колонки    тель

мосферу при помощи воздушника 15. Кроме успокоительных сосудов в качестве газоотделителей применяют сетчатые или центробежные фильтры.

Схема сетчатого фильтра-газоотделителя показана на рис. 111. Бензин, содержащий пузырьки воздуха, подается через отверстие 5 к конусообразной сетке 4. Сетка имеет отверстия малого диаметра, через которые свободно проходит движущаяся сплошным потоком жидкость. Пузырьки же воздуха вследствие своего поверхностного натяжения задерживаются сеткой и поднимаются к выходному отверстию 1. Регулировочный поплавок 2, погруженный в жидкость, всплывая или опускаясь в зависимости от объемного веса жидкости (от остаточного содержания воздуха в бензине), изменяет в соответствии с этим проходное сечение отверстия 3 для выхода жидкости и отверстие 1 для выхода газа, регулируя таким образом необходимый для нормального газоотде-ления расход.

Схема центробежного фильтра-газоотделителя показана на рис. 112. Поток бензина подается в газоотделитель через радиальный трубопровод 2 по касательной к установленной в камере газотделителя конусной перегородке. Вследствие этого столб бензина в камере приобретает винтообразное движение. Под действием центробежной силы более тяжелые частицы жидкости как бы отбрасываются к стенкам камеры, а легкие пузырьки воздуха группируются в центре и через отверстие в перегородке поступают к клапану 4. Этот клапан регулирует выходное отверстие для сброса воздуха в отводной трубопровод 1 в зависимости от давления

Рис. 112. Центробежный фильтр-газораспределитель

/

потока жидкости в камера Над выпускным трубопроводом устанавливается подпорная пластина 3, препятствующая просасыванию газового столба. Чтобы избежать потерь бензина, увлекаемого выделяющимся воздухом, и для противопожарной безопасности отводные трубопроводы соединены с баком.

Рассмотренный пример показывает, сколь сложно и многообразно „аппаратурное оформление”, необходимое для нормальной работы счетчиков объемного типа.

Контрольный вопрос № 17

Как Вы думаете, на показания каких счетчиков — скоростных ипи объемных в большей степени влияет неустановившийся характер потока измеряемой жидкости?

Если Вы решите, что на показания скоростных счетчиков — см. с. 246, если - объемных - см, с. 248.

К контрольному вопросу № 16

Вы правы — повторять поверку не нужна Абсолютная ошибка показаний электромагнитного расходомера Д,поверенного на весовой расходомерной установке, определяется как

.li .    : >li    me Q_p — показания расходомера; M_y - массовый расход, изме-

,    зс    ренный установкой; р — плотность рабочей жидкости установки.

r то .я ...Mil Насыщение рабочей жидкости воздухом приводит к уменьшению плотности р, а следовательно, к еще большей абсолютной ошибке А.

9.4. Барабанные и весовые счетчики

Принципиальная схема барабанного счетчика показана на рис. 113. Вращающийся вокруг оси барабан состоит из внутреннего распределительного и наружного измерительного цилиндров. Измерительный цилиндр разделен перегородками на три камеры 4, 8, 1 равного объема. Жидкость поступает по трубопроводу 7 во внутренний распределительный цилиндр. Переливаясь через щель 2, жидкость заполняет камеру 4. Заполнив камеру 4 по переливное ребро, жидкость будет переливаться в камеру 5. При зтом за счет смещения центра тяжести 3 барабан начнет вращаться против часовой стрелки, а жидкость из камеры 4 будет вытекать в нижнюю часть корпуса счетчика, а оттуда — в выходной трубопровод. Цикл заполнения камер повторяется, и барабан приходит в устойчивое вращение, которое передается счетному механизму.

Измеряемое количество жидкости пропорционально числу оборотов барабана и рабочему объему измерительных камер.

Показания счетчика регулируют, изменяя объем камеры. Для выпуска воздуха, выделяющегося из измеряемой жидкости при заполнении камер, в стенках камер имеются отверстия 6.

Значение момента, вращающего барабан, а следовательно, и предел измерения счетчика зависят от плотности измеряемой жидкости.

Барабанные счетчики применяют для измерения количества чистых, маловязких жидкостей в спиртовой и химической промышленности. При хорошей балансировке барабана и правильной регулировке погрешность барабанных счетчиков не превышает ±0,5 %.

Принципиальная схема весового счетчика с качающимися сосудами показана на рис. 114. Прибор состоит из двух трехгранных измерительных сосудов I Vi II с одним общим ребром 2. Сосуды опираются на ось

1, относительно которой происходит их качание. Каждый измерительный сосуд снабжен воронкой 7 с расширяющейся горловиной, предохраняющей жидкость от разбрызгивания. Кроме того, измерительные сосуды имеют дополнительные желоба. При заполнении одного из сосудов по трубе 6 до перелива жидкости через порог 4 в желоб 3 центр тяжести системы смещается и измерительные сосуды опрокидываются. Жидкость из заполненного сосуда выливается.

Таким образом, при работе счетчика измерительные сосуды попеременно то наполняются, то опорожняются. При этом ось поворачивается и приводит в действие счетный механизм. Угол качания сосудов ограничен демпферными упорами 5.

Погрешность данных счетчиков зависит от расхода измеряемой жидкости вследствие дополнительного натекания жидкости во время опрокидывания сосудов и обычно не нормируется.

Весовые счетчики применяют в строительной и горнообогатительной промышленности для измерения количества грязных жидкостей, имеющих значительные твердые взвеси и включения.

Рис. 113. Схема барабанного счетчика Рис. 114. Схема весового счетчика с качающимися сосудами

\

Глава 10. средства и методы поверки счетчиков количества жидкостей  »

Библиотека »