Таким образом, для учета у потребителя следует пользоваться либо измерениями поставщика (расходомером 1), либо опреде лять влажность с помощью сепаратора или влагомера, а также расход расходомером 2, где пар влажный, если ф менее 20 % .
Однако предлагаемый третий вариант [29] с сепаратором поз воляет улучшить, во-первых, технологию использования влаж ного пара, а во-вторых, измерять расходы только расходомером 3 «сухой» части пара и водосчетчиком 5 массы воды М, что позво ляет вести автоматизированный учет пара с изменяющейся влаж ностью любых значений.
В документации иногда дают значение сухости пара, опреде ляемое отношением массы «сухой части» G3 ко всей массе X =
=G3/G1.
12.3.ПРИМЕНЕНИЕ РАСХОДОМЕРОВ ОБТЕКАНИЯ И ТУРБИННЫХ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ РАСХОДА ДВУХФАЗНЫХ ПОТОКОВ
Из большого разнообразия различных разновидностей расхо домеров обтекания для измерения расхода двухфазных веществ находят применение лишь расходомеры с лопастью, воспринима ющей динамическое давление потока. Преимущественно они слу жат для измерения расхода смесей твердой и газообразной фаз. Формы тела обтекания разнообразные. Так, для измерения рас хода пылевоздушных смесей применяли жесткий диск на упру гой подвеске, а также тонкую упругую пластинку, закрепленную одним концом [38]. Для измерения расхода суспензии, имеющей высокую концентрацию твердой фазы (до 25 % по объему), тело обтекания имело лобовую часть полушаровой формы, переходя щую в конический обтекаемый хвостовик [17].
Давление на тело обтекания зависит не только от скорости v потока, но и от его плотности р, зависящей от концентрации твер дой фазы. Поэтому во всех случаях, когда эта концентрация не известна или когда она меняется во времени, нужно иметь еще
ипреобразователь плотности потока. Именно с такими условия ми приходится иметь дело в газожидкостных потоках. Разрабо танный расходомер [41] для измерения расхода парожидкостной смеси, работающий при давлении до 15 МПа и температуре до 300 °С, воспринимает динамическое давление круглой пластин кой, укрепленной на упругой консольной балке, снабженной дву мя тензорезисторами. Преобразователь плотности ионизационный с источником у-излучения. Для измерения расхода смеси воды
ивоздуха [32] были испытаны как локальные диски, так и рав номерно распределенные по всему сечению потока перфорирован ные пластины и проволочные сетки, закрепленные на консоль ной пружине с индуктивным преобразователем. Преобразова тель плотности ионизационный с источником излучения Cs137.
236
Испытания проводили на трубе диаметром 75 мм. Максималь ный расход воды 80 м3/ч, воздуха — 153 м3/ч. Наилучшие ре зультаты оказались при применении перфорированной пластин ки с отверстиями диаметром 21,3 мм, расположенными на рас стоянии 1,3 мм друг от друга. При этом погрешность измерения была не выше ±5 % от диапазона измерения. Для измерения рас хода пароводяных и водовоздушных смесей испытывались диски обтекания не только в комбинации с ионизационными преобразо вателями плотности, но и с турбинными преобразователями расхода [48]. При этом для последних применялись матема тические модели, учитывающие двухфазность потока. Кроме того, были испытаны сочетания турбинных преобразователей расхода и ионизационных преобразователей плотности. Но результаты всех этих работ не позволяют дать четких реко мендаций по измерению расхода пароводяных и водовоздуш ных смесей.
12.4. СИЛОВЫЕ РАСХОДОМЕРЫ ДЛЯ ДВУХФАЗНЫХ ПОТОКОВ
Силовые расходомеры измеряют массовый расход потока QM. Это дает основание для применения их при измерении расхода двухфазных веществ. Но не все разновидности силовых расходо меров в равной степени подходят для этого. Турбосиловые не го дятся потому, что при закручивании потока происходит сепара ция фаз под действием центробежной силы, изменяющая момент сопротивления Мс. Более пригодны кориолисовы расходомеры, в которых поток перемещается в радиальном направлении по от ношению к оси вращения. Но и у них вследствие разницы плот ностей появляется скольжение фаз как в направлении движения, так и в перпендикулярном направлении. Степень влияния это го скольжения на момент М с недостаточно выявлена. Но не сомненно, что это влияние возрастает с увеличением угловой ско рости.
В Львовском политехническом институте разработан расходо мер РЮКГ для измерения расхода газожидкостной смеси [8]. Его испытания на смеси воздуха с трансформаторным маслом дали удовлетворительные результаты при изменении объемного со отношения воздуха к жидкости в пределах от 2 до 34. Частота вращения преобразователя расходомера РКЖГ очень большая — 3000 об/мин. В следующей конструкции счетчика количества типа СМНГВ частота была снижена до 750 об/мин.
Значительно большее применение для измерения расхода га зонасыщенной нефти получили вибрационные кориолисовы рас ходомеры, работающие по схеме, показанной на рис. 27, разрабо танные во ВНИИКАнефтегаз. Их описание дано в гл. 2.
237
Погрешность измерения расхода водовоздушной смеси, а также воды ±(3-5-3,5) % . Погрешность измерения расхода газовой фазы — ±(5,5-5-9) % . Приборы рассчитаны на давление до 4 МПа, темпера туру от 5 до 50 °С и вязкость смеси до 1,2 •1(Г4 м2/с. Допустимое отношение объемного расхода газа к жидкости не более 10.
Расходомеры ВНИИКАнефтегаз уже эксплуатируются в про изводственных условиях. При этом обнаружено влияние на пока зания повышения уровня жидкости в камере, где вибрирует труб чатый преобразователь, происходящее при больших расходах. Нормально верхняя часть камеры должна быть заполнена газом. Кроме того, в некоторых случаях имеет место влияние посторон них вибраций. Ведутся работы по устранению этих недостатков, а также снижению значительной потери давления при больших расходах.
Кориолисовы расходомеры с непрерывным вращением ротора нашли применение для измерения расхода цемента, песка, шла ма и других сыпучих веществ и гидросмесей. Несколько типораз меров таких расходомеров типа РМ разработано [12] в промыш ленности строительных материалов (ВНПО «Союзавтоматстрой»). Ротор преобразователя расхода состоит из двух дисков с верти кальной осью, с укрепленными между ними радиальными лопат ками. Сыпучий материал или пульпа поступает сверху в цент ральное отверстие верхнего диска, закручивается лопастями и од новременно перемещается от центра к периферии, откуда ссыпается в приемный желоб. Кориолисовы силы, приложенные к радиаль ным лопастям, создают момент сопротивления, вызывающий за крутку противодействующей пружины. Последняя связана с плун жером дифференциально-трансформаторного преобразователя, вырабатывающего измерительный сигнал. Расходомеры РМ-ЗООМ, РМ-400М и РМ-500М рассчитаны на пределы измерения 0-50; 0 - 125 и 0-200 т/ч при мощности асинхронных двигателей 3; 5,5 и 10 кВт соответственно. Эта мощность взята с двухили трехкрат ным запасом, чтобы удерживать изменение частоты вращения в мо менты изменения нагрузки (расхода вещества) в допустимых пре делах. На специально созданной расходомерной установке были проведены испытания этих расходомеров на воде, известковом шламе, песке и молотом керамзите. Погрешность измерения в диа пазоне от 20 до 100 % шкалы не превышает ±2,5 % . Расходоме ры РМ предназначены для безнапорных трубопроводов.
В институте зерна (ВНИИЗ) разработан расходомер для изме рения расхода муки, зерна, отрубей, крупок и т. п. Непрерывно вращающаяся крыльчатка, на которую сверху поступает сыпучее вещество, и электродвигатель имеют вертикальную ось. Статор последнего подвешен на трех плоских пружинах. По углу пово рота статора, воспринимаемому плунжером дифференциально трансформаторного преобразователя, измеряется крутящий мо мент, пропорциональный массовому расходу.
238
12.5. ТЕПЛОВЫЕ РАСХОДОМЕРЫ ДЛЯ ДВУХФАЗНЫХ ПОТОКОВ
Тепловые расходомеры, как и силовые, измеряют мас совый расход QM вещества. Это благоприятствует примене нию некоторых их разновидностей для измерения расхода двухфазных потоков. Наиболее подходящи неконтактные тепловые расходомеры с наружным расположением нагрева теля.
Уже давно для измерения расхода угольной пульпы в трубе диаметром 300 мм был применен преобразователь расхода, состоящий из наружного электрического нагрева теля точечного типа с одним терморезистором, помещенным около него, и другим — установленным на ненагретой стенке трубы. Терморезисторы включены в плечи автоматически уравновешивающегося моста. Испытания расходомера при ско ростях угольной пульпы от 1 до 4,5 м дали положительные результаты.
Специально для измерения расхода различных пульп,
шлама, горячего |
гидрогенизата и других подобных веществ |
в Ленинградском |
технологическом институте им. Ленсовета |
(ЛТИ) был разработан тепловой расходомер, в котором нагрев или охлаждение потока осуществляется с помощью воды или другого жидкого теплоносителя (см. рис. 57). Такой расходо мер был с успехом испытан на алюминатном растворе и на нефе лино-известковой пульпе. Расходомеры с вспомогательным теп лоносителем особенно целесообразны для кристаллизирующих ве ществ.
Работы, проведенные в ЛТИ, доказали возможность с по мощью термоконвективных тепловых расходомеров с наруж ным расположением нагревателя и термопреобразователей измерять массовые расходы газожидкостных смесей при не большом давлении в трубопроводе. В этих условиях плот ность газовой фазы во много раз меньше плотности жидкос ти и массовой расход смеси определяется практически лишь массовым расходом жидкой фазы. Опыты проводили [10] на трубе диаметром 50 мм. Максимальный расход воды был 15 т/ч, а воздуха — 60 м3/ч. Расходное газосодержание из меняли от 0 до 0,98. При турбулентном режиме движения погрешность измерения массового расхода не превышала 2,5 % от предела шкалы. Но по мере увеличения давления, а следовательно, и плотности газа последний будет влиять на показания прибора. В этом случае для возможности отдель ного определения расхода жидкой и газовой фаз надо в допол нение к тепловому расходомеру иметь еще другой расходо мер, измеряющий объемный расход, или плотномер, измеряю щий плотность смеси.
239
12.6. ФЛУКТУАЦИОННЫЙ МЕТОД ИЗМЕРЕНИЯ РАСХОДА ДВУХФАЗНЫХ ПОТОКОВ
Флуктуационный метод измерения расхода двухфазного или двухкомпонентного потока основан на измерении интенсивности флуктуаций какого-либо параметра потока, обычно его плотнос ти, зависящей от расхода потока.
В двухфазных или двухкомпонентных потоках распределение отдельных фаз или компонентов носит случайный характер. Если в таком потоке выделить контрольное сечение или контрольный объем между двумя сечениями и измерять плотность или другую величину, характеризующую соотношение фаз в этом сечении или объеме, то можно обнаружить непрерывные флуктуации этой ве личины вокруг некоторого среднего значения.
Назовем интенсивностью |
этих флуктуаций величину, оп |
ределяемую формулой |
|
и Ф = ^
где f — частота флуктуаций; Ас — среднее значение амплитуды сигнала при каждой единичной флуктуации соотношения фаз. С увеличением скорости или объемного расхода потока частота f и интенсивность флуктуаций плотности или другого парамет ра, характеризующего соотношение фаз, будут возрастать. Но, кроме того, частота и интенсивность флуктуаций будет зависеть от средней концентрации фаз, например твердой фазы в пульпе. С увеличением этой концентрации будет возрастать число (или объем) твердых частиц, проходящих в единицу времени через контрольное сечение или контрольный объем.
В простейшем случае, когда концентрация фаз не меняется (или она известна), то достаточно измерять только интенсивность или частоту флуктуации, чтобы получить суждение о расходе. Если скорость или расход измеряются или они постоянны, то путем измерения флуктуации можно судить о средней концент рации фаз в потоке. Точность такого рода измерений будет опре деляться степенью близости корреляционной зависимости интен сивности или частоты флуктуаций от скорости и средней концен трации к зависимости функциональной и, кроме того, от стабиль ности физических свойств компонентов потока, в частности гранулометрического состава твердой фазы. Таким путем изме рялся расход ферромагнитной пульпы, а также сыпучих диэлек трических материалов. В первом случае при движении пульпы происходит изменение магнитного сопротивления магнитопровода преобразователя расхода [11]. В результате возникает измене ние магнитного потока и индуцирование ЭДС в измерительной обмотке. Частота флуктуации ЭДС при испытании расходомера на рудообогатительной фабрике оказалась связанной тесной кор реляционной зависимостью с расходом пульпы. Показания изме-
240