Турбинный метод измерения расхода

Турбинный расходомер жидкости, газа и пара

Турбинный расходомер — это стандартный расходомер, работа которого основана на измерении скорости потока. Он применим только в системах с чистыми движущимися средами, т.е. с жидкостью, газом или паром, не содержащими твердых частиц во взвешенном состоянии.

Схема турбинного расходомера

Принцип работы турбинного расходомера

Типовая турбина расходомера состоит из ряда лопаток или лопастей, установленных на рабочем колесе вокруг центрального вала. Сила движущегося потока, воздействующая на лопасти турбины, заставляет вращаться центральный вал. Движущаяся среда должна быть чистой, т.к. частицы, загрязняющие жидкость, газ или пар, могут повредить подшипник, на котором вращается рабочее колесо турбины. Грязная среда может также быть причиной повреждения самой турбины в результате эрозии, следовательно, более быстрой срабатываемости материала, из которого изготовлена турбина.

Когда поток входит в турбинный расходомер, он проходит через два комплекта стабилизаторных пластин, или струевыпрямителей. Стабилизаторами обычно являются две металлические полоски, установленные параллельно направлению потока среды, проходящей через расходомер. Целью установки стабилизаторов является снижение турбулентности потока, т.е. выравнивание завихрений в потоке движущейся через расходомер среды, следовательно, повышение уровня точности показаний расхода потока.

Пройдя стабилизаторные лопасти, поток попадает на рабочие лопасти турбинного расходомера, и турбина начинает вращаться. При увеличении расхода рабочие лопасти начинают вращаться быстрее, а при уменьшении они вращаются медленнее.

Счетчик турбинного расходомера

С помощью турбинного расходомера определяется расход потока, посредством отсчета количества оборотов рабочего колеса турбины за некоторый определенный отрезок времени. Одним из обычных способов отсчета оборотов является прямое подсоединение редукторного механизм к рабочему колесу турбины. К редукторному механизму подсоединяется шпиндель или стержень. При вращении рабочего колеса турбины редуктор и шпиндель тоже вращаются. Для того, чтобы можно было визуально снимать показания расхода потока жидкости, газа или пара, шпиндель подсоединяется к индикаторному механизму со стрелкой.

Источник

Турбинный расходомер жидкости, газа и пара

Турбинный расходомер — это стандартный расходомер, работа которого основана на измерении скорости потока. Он применим только в системах с чистыми движущимися средами, т.е. с жидкостью, газом или паром, не содержащими твердых частиц во взвешенном состоянии.

Схема турбинного расходомера

Принцип работы турбинного расходомера

Типовая турбина расходомера состоит из ряда лопаток или лопастей, установленных на рабочем колесе вокруг центрального вала. Сила движущегося потока, воздействующая на лопасти турбины, заставляет вращаться центральный вал. Движущаяся среда должна быть чистой, т.к. частицы, загрязняющие жидкость, газ или пар, могут повредить подшипник, на котором вращается рабочее колесо турбины. Грязная среда может также быть причиной повреждения самой турбины в результате эрозии, следовательно, более быстрой срабатываемости материала, из которого изготовлена турбина.

Когда поток входит в турбинный расходомер, он проходит через два комплекта стабилизаторных пластин, или струевыпрямителей. Стабилизаторами обычно являются две металлические полоски, установленные параллельно направлению потока среды, проходящей через расходомер. Целью установки стабилизаторов является снижение турбулентности потока, т.е. выравнивание завихрений в потоке движущейся через расходомер среды, следовательно, повышение уровня точности показаний расхода потока.

Пройдя стабилизаторные лопасти, поток попадает на рабочие лопасти турбинного расходомера, и турбина начинает вращаться. При увеличении расхода рабочие лопасти начинают вращаться быстрее, а при уменьшении они вращаются медленнее.

Счетчик турбинного расходомера

С помощью турбинного расходомера определяется расход потока, посредством отсчета количества оборотов рабочего колеса турбины за некоторый определенный отрезок времени. Одним из обычных способов отсчета оборотов является прямое подсоединение редукторного механизм к рабочему колесу турбины. К редукторному механизму подсоединяется шпиндель или стержень. При вращении рабочего колеса турбины редуктор и шпиндель тоже вращаются. Для того, чтобы можно было визуально снимать показания расхода потока жидкости, газа или пара, шпиндель подсоединяется к индикаторному механизму со стрелкой.

Источник

Турбинный расходомер: принцип работы с газом и жидкостью

Турбинный (роторный) расходомер – это прибор, позволяющий контролировать объёмный расход среды, проходящей через трубопровод за единицу времени, за счёт измерения скорости потока жидкости или газа.

Схема турбинного расходомера

Упрощенная схема турбинного расходомера состоит из 3-х основных деталей:

1. Турбинка (ротор, рабочее колесо, лопатки)
2. Измерительный датчик
3. Корпус

Турбинка состоит из вала, который закрепляется в трубопроводе и рабочего колеса. На рабочем колесе размещаются лопасти (лопатки или крыльчатка). Такая крыльчатка устанавливается аксиально или тангенциально относительно оси потока (см. картинку). В аксиальных устройствах поток направлен параллельно оси вала, а у тангенциальных он проходит по окружности. На конце каждой из лопаток установлен магнитный полюс.

Материал ротора и подшипников подбирается в зависимости от типа среды и необходимой точности. Вращение ротора происходит с помощью подшипников малого трения (в основном шариковыми).

Измерительный датчик состоит из индукционной катушки, или датчика Холла и преобразователя сигнала. Индукционная катушка вырабатывает электрические импульсы прямо пропорционально скорости вращения ротора передает их регистрирующему прибору, который находится на корпусе расходомера. Иногда устройства оборудуются двумя катушками, чтобы делать замеры в прямом и обратном направлениях потока. Датчик Холла просто фиксирует изменение в магнитных полях.

Корпус прибора сделан из немагнитной стали и содержит в себе и измерительный датчик и ротор. Наиболее популярные фланцевые расходомеры, которые монтируются на трубопровод с помощью фланцев.

Еще одной важной деталью, которую стоит упомянуть являются струевыпрямители. Чаще всего используются пластины, которые установлены параллельно по направлению перемещения среды. Они нужны для того, чтобы равномерно распределять поток по всем лопаткам. Чтобы избежать завихрений, также используются механические стабилизаторы. Кстати на специальном создании вихрей основывается работа Вихревых расходомеро в .

Принцип действия турбинного расходомера

Основной целью роторного расходомера как мы описывали выше является измерение объемного расхода, через скорость потока. Этот принцип основан на зависимости скорости вращения турбины, приводимой в действие потоком жидкости или газов.

Это очень похоже на езду на велосипеде. Чем быстрее вы крутите педали, тем быстрее вы двигаетесь. В качестве движущей силы у нас будет поток, а в качестве колес – ротор турбины. Давайте рассмотрим подробнее:

Жидкость или газ, попадает из трубопровода в сечение с турбинкой. Струевыпрямители разделяют поток и направляют его равномерно на лопасти. Поток воздействует на эти лопатки и заставляет их двигаться. Чем больший объем вещества проходит через трубопровод, тем быстрее скорость вращения ротора и тем выше угловая (вращательная) скорость лопастей.

Лопатки с магнитами проходят рядом с датчиком на определенной скорости и вызывают изменения магнитных полей. Если устройство имеет индукционную катушку, то в ней индуцируется электрический импульс. Если установлен датчик Холла то он просто фиксирует изменения. Частота с которой происходят эти изменения передается в преобразователь.

Частота таких сигналов прямо пропорциональна скорости движения потока. Упрощенная формула соотношения между объемным расходом и частотой импульсов выглядит так:

F= k * Q

F — частота импульсов, генерируемых датчиком срабатывания (Гц, или имп/с)

Q — Объемный расход (м³/с)

k — Коэффициент турбинного расходомера, также известен как k-фактор (например, количество импульсов на м³). Более подробно рассмотрим его ниже.

Дальше преобразователь анализирует полученные данные и конвертирует их с аналогового в цифровой сигнал.

Особенности использования (K-фактор и работа с разными скоростями)

К-фактор – это специальный множитель, который отображает количество импульсов на единицу объёма или массы среды, величина постоянная для большого диапазона расходов.

Он необходим для правильного отображения величины в измерительных приборах. После калибровки этот коэффициент указывается в сертификате оборудования.

Точность результатов во время нормальной и малой скорости потока

Роторные расходомеры одними из самых точных приборов для измерения расхода рабочей среды трубопровода. Стандартная погрешность измерений составляет всего 0,5-1%. В некоторых устройствах она достигает всего 0,1-0,2%.

Во время малой скорости потока, точность расходомера может уменьшатся т.к. нужна достаточная сила, чтобы привести рабочие лопатки в движение. Также если уровень вещества в трубопроводе будет небольшим, то вещество не будет равномерно воздействовать на все лопатки и данные будут искажены. В таких случаях лучше подойдут Электромагнитные расходомеры .

Установка и калибровка

Турбинный расходомер устанавливается на прямых участках вертикальных и горизонтальных трубопроводов в соответствии со стрелкой на корпусе прибора, обозначающей желаемое направление потока среды. На газовых трубопроводах он устанавливается только горизонтально.

Длина прямого участка до однотурбинного прибора должна составлять не менее 10 диаметров трубы, после него – не меньше 5. Расстояние от центробежного насоса или клапана до расходомера должно быть более 20 диаметров трубопровода. Двухтурбинные приборы можно устанавливать на прямых участках меньшей длины.

На вертикальном трубопроводе расходомер лучше устанавливать так, чтобы поток жидкости был направлен сверху вниз. В этом случае случайно попавшие в прибор пузырьки воздуха будут быстро из него выходить. Также если предстоит работа с загрязненными средами, то стоит установить дополнительный фильтр, чтобы избежать повреждения твердыми частицами.

Калибровка

Калибровка прибора осуществляется в лабораторных условиях на воде. Если прибор предполагается использовать в вязкой среде (2-300 сСт), для калибровки берутся жидкости со свойствами, аналогичными свойствам рабочей среды.

В результате для каждой цели присваивается свой К-фактор. Производитель может приложить к прибору графики универсальных калибровок по вязкости. По ним можно определить уже просчитанный К-фактор для разных типов среды.

Достоинства и недостатки

Итак, рассмотрев принцип действия и особенности, можно выделить основные плюсы и минусы этого типа расходомеров.

Достоинства:

1. Простота монтажа и обслуживания
2. Высокая точность, линейность и повторяемость результатов
3. Оптимальная работы при высоком давлении (до 400 бар)
4. Большой температурный диапазон (от –210°C до +177°C)
5. Высокая пропускная способность для диаметров от 40 до 250 мм.
6. Быстрый динамический ответ и чувствительность к изменениям
7. Может работать с веществами с низкой электропроводностью
8. Низкий перепад давления в турбине (pressure drop)
9. Небольшая стоимость

Недостатки:

1. Необходимо задавать вязкость материала перед работой
2. Невозможность работы в средах с высокой вязкостью (где профиль потока ламинарный)
3. Материалы обязательно должны быть чистыми (без твердых частиц)
4. Вибрация влияет на результат
5. На точность отрицательно влияют пузырьки в жидкости
6. Требует длинного прямого участка трубы (10 диаметров до и 5 после)

Вывод: Турбинные расходомеры являются отличным устройством для измерения очень разных типов среды:

Измеритель объемного расхода турбинного типа применяется со следующими средами:

• Вода
• Воздух
• Промышленные газы
• Пар
• Нефть
• Химические вещества
• Криогенные жидкости
• Углеводороды

Благодаря высокой точности подсчета такие расходомеры часто используются в счетчиках для коммерческого подсчета затрат объема углеводородов и природного газа. Тем не менее он обладает недостатками механического типа устройств, поэтому его не стоит применять с загрязнёнными веществами, а также с потоком очень низкой скорости и большой вязкости.

Комания ЭЛТА ЛТД является надежным поставщиком промышленного оборудования , на нашем сайте вы можете найти широкий диапазон Расходомеров .

Подписывайтесь на наши обновления:

Источник

Измерение расхода

Расход – это продукт или сырье проходящий через поперечное сечение трубопровода в единицу времени.

Существуют два вида расхода – объемный (Qv) и массовый (Qm) . Они рассчитываются по формулам:

где α – расчетный коэффициент расхода;

К²t – температурный коэффициент (коэффициент расширения), эта величина выбирается из справочника;

ρ — плотность продукта или сырья;

d20 – диаметр сужающего устройства при температуре t = 20˚С;

∆Р – перепад давления на сужающем устройстве.

Из этих формул видно, что разница между объемным и массовым расходом заключается в подкоренном выражении, т.е. в одном случае под корнем перепад давления ∆Р делится на плотность ρ, а в другом случае эти две величины перемножаются.

Единицы измерения объемного расхода : м3/ч; м3/с.

Единицы измерения массового расхода : кг/ч; кг/с; т/ч; т/с.

При измерении расхода существует такое понятие, как »Количество вещества». Количество вещества – это продукт или сырье, проходящее через поперечное сечение трубопровода за промежуток времени (смену, вахту, час, месяц и т.д.).

Количество вещества измеряется счетчиками, которые устанавливаются:

1. По месту (в трубопроводе);

2. В операторной (вторичный прибор).

Количество вещества – выражают в единицах объема (м3) или массы (кг).

Существует несколько методов измерения расхода:

1. Расходомеры постоянного перепада давления.

2. Расходомеры переменного перепада давления.

3. Электромагнитные расходомеры.

4. Турбинные расходомеры.

5. Акустические расходомеры.

6. Приборы измеряющие расход по эффекту »Кориолисовых сил».

7. Тепловые расходомеры.

8. Вихревые расходомеры.

Метод постоянного перепада давления.

Ротаметр – расходомеры обтекания. Ротаметры устанавливают в вертикальный участок трубопровода. Он представляет собой стеклянную трубку в форме конуса, обращенную широким концом вверх, внутри которой находится поплавок. Наибольшее давление будет в кольцевом зазоре между поплавком и стенками сосуда, а наименьшее сверху.

а) нижнюю коническую часть;

б) среднюю цилиндрическую часть;

в) верхнюю со скошенными бортиками, косые линии предназначены для предания поплавку устойчивости.

В зависимости от пределов измерения поплавок изготовляют из: эбонита, дюралюминия или нержавеющей стали. Шкала нанесена непосредственно на стеклянной трубке.

Преимущества ротаметров:

1. Простота конструкции

2. Возможность измерения малых расходов

3. Значительный диапазон измерения

4. Возможность измерения агрессивных сред

5. Равномерная шкала.

Существуют ротаметры с электрической дистанционной передачей показаний. Они являются бесшкальными датчиками. Ротаметры типа РЭ (ротаметр электрический) – могут использоваться при t˚С от -40˚С до +70˚С.

Используются для измерения расхода неагрессивных жидкостей.

Метод переменного перепада давления.

Для того, чтобы создать перепад давлений в трубопроводе, устанавливают сужающее устройство. На нашем предприятии в качестве сужающего устройства применяют диафрагмы. Конструктивно диафрагма представляет из себя диск с отверстием, который вставляется в трубопровод.

Р1 – самое большое давление перед диафрагмой;

Р2, Р3 – промежуток, в котором будет самое маленькое давление;

Р4 – самое большое давление после диафрагмы;

Рn – давление потерь (это и есть перепад давлений между Р и Р4, для которого устанавливается сужающее устройство).

Перепад давления обозначается ∆Р и находится по формуле:

∆Р = Р – Р2

Перед диафрагмой давление измеряемой среды возрастает, а скорость ее перемещения по трубопроводу снижается. После диафрагмы давление измеряемой среды снижается, а скорость ее перемещения возрастает.

Отбор давления производится рядом с сужающим устройством.

Перепад давления ∆Р на сужающем устройстве является мерой расхода. Из формулы определения расхода видно, что они связаны между собой зависимостью через корень квадратный, поэтому на выходе из дифманометра сигнал имеет форму параболы.

Таким образом, если не предусмотреть дополнительного устройства на выходе из дифманометра, то шкала вторичного прибора по всей длине будет неравномерной, но особенно это просматривается в нижней части шкалы.

Для того, чтобы преобразовать нелинейную зависимость в линейную и чтобы шкала была равномерной устанавливают приборы извлечения квадратного корня. Во многих электронных вторичных приборах эти преобразователи устанавливаются программно, т.е. устанавливаются при программировании контроллера.

Существует несколько видов сужающих устройств:

1. Диафрагмы – они подразделяются на стандартные и нестандартные.

Стандартные диафрагмы устанавливаются в трубопроводах таким образом, чтобы скосы были на выходе.

К нестандартным диафрагмам относятся:

Конические диафрагмы применяют для измерения расхода запыленных, загрязненных и очень вязких сред. Их устанавливают в трубопроводе таким образом, чтобы скоси были на входе.

Секторные диафрагмы применяют для измерения сыпучих материалов.

2. Сопло Вентури.

3. Труба Вентури.

4. Дроссель (переменный, постоянный).

Сужающие устройства соединяются с дифманометрами соединительными импульсными проводками, а те в свою очередь преобразуют перепад давления в унифицированный пневматический или электрический сигнал. Этот сигнал передается на вторичный прибор, а затем, если имеется компьютер, на монитор.

Электромагнитные расходомеры.

Электромагнитные расходомеры применяют для измерения расхода электропроводящих жидкостей.

Расходомер представляет собой отрезок трубы из нержавеющей стали, с расположенными снаружи полюсами электромагнита. По оси в трубопроводе расположены токосъемные электроды. Участок трубопровода по обе стороны от электродов покрыт электроизоляцией. Роль проводника в таком расходомере выполняет электропроводная жидкость, перемещающаяся по трубопроводу и пересекающая магнитное поле электромагнита. В жидкости будет наводиться ЭДС (электродвижущая сила, т.е. напряжение) пропорциональная скорости ее движения, т.е. расходу жидкости. Степень агрессивности для таких приборов определяется материалом изоляции трубы и электродов первичного преобразователя.

Турбинные расходомеры.

Турбоквант предназначен для измерения объемного и массового расхода различных жидкостей и газов. Также этот прибор осуществляет суммирование расхода, выдает количество вещества.

Турбинка устанавливается только в горизонтальных трубопроводах. Поток измеряемой среды проходит через турбинку и приводит во вращение ее лопасти. Число оборотов крыльчатки пропорционально расходу. На турбинке установлен преобразователь, который состоит из катушки с магнитным сердечником.

Лопасти крыльчатки выполнены из ферромагнитного сплава (т.е. из не магнитящегося материала). При вращении они поочередно пересекают магнитное поле, которое наводит магнит и в катушке наводится ЭДС в виде импульса, причем число импульсов за один оборот крыльчатки будет равно числу лопастей. Таким образом, частота импульсов пропорциональна расходу. Этот выходной сигнал от турбинки по кабелю поступает на частотомер, т.е. на Турбоквант.

Ультразвуковые расходомеры.

Принцип действия ультразвуковых расходомеров основан на пьезоэлектрическом эффекте, т.е это фактическая скорость распространения ультразвуков в движущейся среде, которая равна геометрической сумме скорости движения среды и скорости звука в этой среде.

Ультразвуковой расходомер представляет собой отрезок трубы, в который установлены излучатель ультразвука и его приемник. Время, за которое сигнал проходит от излучателя к приемнику преобразуется в величину расхода.

Расходомеры по эффекту »Кориолисовых сил».

Принцип работы основан на использовании эффекта Кориолисовых сил.

Конструкция расходомера TRIO-MASS выполнена с использованием двух параллельных труб, что позволяет уменьшить габаритные размеры, увеличить жесткость конструкции и выпускать расходомеры в широком диапазоне диаметров.

Использование в конструкции TRU-MASS однотрубной спирали дает возможность предлагать широкий диапазон вариантов соединения с трубопроводом.

При прохождении массовым потоком трубы, к которой приложены принудительные колебания, Кориолисовы силы вызывают крутящий момент в сечении трубы. Труба расходомера постоянно вибрирует со своей резонансной частотой, которая является функцией массы измерительной системы, составленной из массы трубы и протекающей рабочей жидкости.

Как только резонансная частота колебаний начинает изменяться, как результат изменения плотности рабочей жидкости автоматически производится изменение частоты возбуждения внешним источником вибраций. Это позволяет одновременно с измерениями расхода проводить измерения плотности рабочей жидкости. Встроенный температурный датчик позволяет производить эти измерения с поправкой на температуру.

Тепловые расходомеры.

Принцип действия основан на теплопроводности измеряемого вещества. При постоянной мощности нагревателя количество тепла, забираемое от него потоком, при постоянном расходе будет постоянно.

С увеличением расхода нагрев потока будет уменьшаться, что определяется разностью температур.

Вихревые расходомеры.

Основаны на явлении возникновения вихрей при встрече потока с телом не обтекаемой формы. В результате от его тела (противоположных граней) будут отлетать вихри.

Скорость отрыва вихрей зависит от расхода вещества.

Принцип действия преобразователя основан на ультразвуковом детектировании вихрей, образующихся в потоке жидкости, при обтекании ею призмы, расположенной поперек потока.

Преобразователь состоит из проточной части и электронного блока. В корпусе проточной части расположены тело обтекания – призма трапецеидальной формы (1) и пьезоизлучатели ПИ1 и ПИ2 (2), пьезоприемники ПП1 и ПП2 (3) и термодатчик (7).

Электронный блок включает в себя генератор (4), фазовый детектор (5), микропроцессорный адаптивный фильтр с блоком формирования выходных сигналов (6).

2 thoughts on “ Измерение расхода ”

Для объяснения самой физики принципов измерения очень даже красиво

А может такое быть, что перепад давления есть, а расхода нет??

Источник