контакты — герконы, которые последовательно срабатывали при приближении к ним магнита на вращающемся диске.
В работе [1] сообщается о расходомере для измерения расхода шарикового катализатора при температуре 350-400 °С, применя емого при гидрокрекинге. Диаметр трубопровода — 58 мм. С ва лом винтовой крыльчатки расходомера соединена круговая гре бенка, имеющая 20 вертикальных зубцов. На расстоянии 2 мм от гребенки помещена катушка, которая меняет свою индуктивность при проходе мимо нее очередного зубца. В другой конструкции [19] специальное устройство преобразует скорость вращения крыльчатки в давление сжатого воздуха. Таковы разнообразные решения проблемы дистанционной передачи медленно вращаю щейся крыльчатки.
В ГрозНИИ были разработаны, помимо ранее рассмотренных, еще несколько конструкций турбинных расходомеров с винтовой крыльчаткой. Эти конструкции использовались в частности [2, 5] для измерения весьма малых расходов (на пределы 0,5-5 кг/ч и 5-50 кг/ч) микросферического синтетического цеолита при по вышенных температурах в трубах диаметром 20-50 мм, а также для измерения расхода пылевидных и порошкообразных матери алов с насыпной плотностью 0,5-1 г/см s в диапазоне 1-30 кг/ч в трубе диаметром 50 мм. Преобразователи этих расходомеров близки по устройству к преобразователю, показанному на рис. 157. При их разработке было исследовано много различных конструк ций крыльчаток. Наилучшей, по сравнению с одно- и с четырехзаходной, оказалась двухзаходная крыльчатка, которая и была окончательно принята.
Крыльчатки тангенциального типа нашли применение для измерения расхода зерновых продуктов на мельницах [21]. Для дистанционной передачи в них может служить тахогенератор пе ременного тока, ротор которого соединяется с валом крыльчатки непосредственно или через редуктор в зависимости от величины измеряемых расходов (100-600; 600-2500; 2000-5000 и 10 00020 000 кг/ч). Измеряется напряжение выпрямленного тока. Гра дуировочная кривая имеет незначительную нелинейность. Погреш ность расходомера зависит от вида сыпучего вещества и скорости его подачи, а также от сопутствующего воздушного потока. Рас сматриваемые расходомеры отличаются простотой конструкции
инадежностью действия.
13.6.ОСОБЫЕ МЕТОДЫ ИЗМЕРЕНИЯ РАСХОДА
СЫПУЧИХ ВЕЩЕСТВ
К числу особых методов измерения расхода сыпучих веществ мы относим флуктуационный, ионизационный, корреляционный, оптический и меточный методы, а также метод, основанный на применении расходомеров системы обтекания. Ниже кратко рас сматриваются эти методы.
277
Флуктуационный метод измерения расхода сыпучих веществ. Основы флуктуационного метода, находящего применение не толь ко для измерения расхода сыпучих веществ, но и для контроля многих двухфазных потоков, были рассмотрены ранее. Одно из первых применений этот метод нашел именно для измерения рас хода сыпучих диэлектрических материалов [10, 11].
Блок-схема расходомера [10] показана на рис. 158. При дви жении сыпучего вещества в цепи емкостного преобразователя П возникает ток, переменная составляющая которого является след ствием флуктуации содержания отдельных компонентов в объе ме, охватываемом электрическим полем преобразователя. При этом на нагрузочном сопротивлении i?Hпоявляется переменное напря жение, которое после усиления, выпрямления и усреднения из меряется прибором ИП. На основе данного метода Киевским ин ститутом автоматики разработаны и исследованы приборы типов: УФДП-2 (55), УФДП-2 (120), УКПС-250, УКПС и РПС-1, пред назначенные для измерения расхода сыпучих материалов в тру бах диаметром от 55 до 350 мм. Необходимо заметить, что точ ность измерения расхода сыпучих веществ флуктуационным методом зависит не только от того, насколько близка к функцио нальной корреляционная зависимость между расходом и интен сивностью флуктуации содержания отдельных компонентов. На эту точность влияет еще ряд обстоятельств, важнейшими из ко торых являются стабильность физических свойств материалов и равномерность их распределения по сечению трубопровода. По следнее связано с тем, что напряженность электрического поля в цилиндрическом емкостном преобразователе убывает от пери ферии трубы к ее центру. При уменьшении зазора между пласти нами конденсатора неравномерность напряженности поля умень шается, но одновременно заметно снижается и сама напряжен ность, что понижает чувствительность преобразователя.
В связи с этим даже возникло предложение [11] по размеще нию внутри зазора между пластинами конденсатора двух кольце образных пластин дополнительного конденсатора, поле которого вытесняет поле основного конденсатора внутрь трубы и тем са мым способствует увеличению степени его равномерности. Име ются и другие предложения по устройству преобразователей с более равномерным полем.
ув
Рис. 158. Блок-схема флуктуационного расходомера:
П — емкостный преобразователь; RH— нагрузочное сопротивле ние; У — усилитель низкой частоты; В — выпрямитель; ИП — измерительный прибор
278
Еще большее значение имеет изменение физических свойств сыпучего материала. Так, например, изменение его влажности влияет на диэлектрическую проницаемость вещества, а значит и на интенсивность ее флуктуаций. Поэтому погрешность рас сматриваемых расходомеров достигает ±5 % и то лишь, если сы пучие вещества обладают кондиционными свойствами.
Ионизационный метод измерения. Этот метод измерения рас хода сыпучих веществ основан на зависимости от последнего сте пени поглощения ионизирующего излучения, пересекающего по ток сыпучего вещества.
Обычно ионизирующее 0- или у-излучение создается радиоак тивным изотопом, располагаемым снаружи трубопровода. В слу чае применения у-излучения, хорошо проникающего через стенку трубы, нет необходимости делать отверстие в последней.
В качестве примера на рис. 159, а показано схематически уст ройство расходомера для зерна [19]. Поток последнего, движу щийся сверху, поступает на наклонный участок трубы 2 прямо угольного сечения, установленный под углом 45° к горизонту. С одной стороны этой трубы установлен источник у-излучения 3, а с другой — приемник 1, состоящий из четырех счетчиков СТС-1. По мере увеличения расхода зерна увеличивается средняя высота его слоя в наклонной трубе 2 и, следовательно, возрастает сте пень поглощения у-излучения, проходящего через этот слой. Дан ный расходомер пригоден лишь для веществ, обладающих хоро шей сыпучестью и сохраняющих свои физико-механические свой ства неизменными. Влажность, крупность, гранулометрический состав вещества влияют на коэффициент внешнего трения, а зна чит и на толщину слоя на наклонном участке трубы.
Если сыпучее вещество подается пневмотранспортом с посто янной скоростью, то нет необходимости в наклонном участке тру-
Рис. 159. Схемы установки ионизационных расходо меров: а — на наклонном трубопроводе; б — на верти кальном трубопроводе
279
бы. В этом случае подходит схема, показанная на рис. 159, б. На противоположных сторонах трубопровода 2 установлены источ ник Р-излучения 3 (типа БИ-1) и приемники излучения 1 (счет чики СТС-5). В связи с меньшей проникающей способностью из лучения в стенке трубы сделаны окна. Рассматриваемый прибор является по существу измерителем концентрации твердой фазы в воздушном потоке, так как с увеличением этой концентрации возрастает степень поглощения ионизирующего излучения. При постоянной скорости потока эта концентрация прямо пропорцио нальна расходу твердой фазы. Приборы, показанные на рис. 159, разработаны в институте зерна (ВНИИЗ).
Корреляционный метод измерения расхода сыпучих веществ. Метод нашел широкое применение прежде всего для измерения расхода порошкообразных или пылевидных сыпучих веществ, например муки, цемента и других, находящихся в воздушном потоке и движущихся в трубопроводах. Измерение расхода по добных сред, являющихся смесью твердой и газообразной фаз, было рассмотрено ранее. В значительно меньшей степени корре ляционный метод применяется также и для измерения расхода зернистых веществ, например по лотку [11].
Г л а в а 14
ВИХРЕВЫЕ РАСХОДОМЕРЫ
14.1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА
Вихревыми называются расходомеры, основанные на зависи мости от расхода частоты колебаний давления, возникающих в по токе в процессе вихреобразования или колебания струи. Они раз деляются на три группы, существенно отличные друг от друга.
1.Расходомеры, имеющие в первичном преобразователе не подвижное тело, при обтекании которого с обеих его сторон попе ременно возникают срывающиеся вихри, создающие пульсации давления.
2.Расходомеры, в первичном преобразователе которых поток закручивается и, попадая затем в расширенную часть трубы, пре цессирует, создавая при этом пульсации давления.
3.Расходомеры, в первичном преобразователе которых струя, вытекающая из отверстия, совершает автоколебания, создавая при этом пульсации давления.
Термин «вихревой расходомер», строго говоря, приложим лишь
кприборам первых двух групп. Но одинаковый осциллирующий характер изменения параметров, определяющих движение пото ка в преобразователях расхода, позволяет и расходомеры 3-й груп пы рассматривать вместе с первыми двумя. Особенно близок ха рактер протекающих процессов в расходомерах 1-й и 3-й групп. Поэтому мы, следуя работе [2], считаем целесообразным и прибо ры 3-й группы отнести к вихревым расходомерам.
Для исследования характеристик вихревых расходомеров на ряду с числом Рейнольдса Re служит число или критерий Струхаля Sh, характеризующий периодические процессы, связанные с движением жидкости или газа. Этот критерий, возникающий при изучении обтекания потоком воздуха цилиндра (струны), имеет вид
Sh = fd v~ l ,
где f — частота пульсаций давления газа (или жидкости) в ре зультате периодического срыва вихрей; d — диаметр цилиндра (характерный размер); v — скорость потока.
Так как при постоянстве числа Sh частота f пропорциональна и, то, измеряя эту частоту, можно судить о скорости о, а значит, и об объемном расходе потока. Для получения линейной шкалы вихревого расходомера надо, чтобы число Sh оставалось постоян ным в возможно большем диапазоне чисел Re.
Иногда кроме числа Sh применяют еще и число Росби Ro — отношение осевой и тангенциальной составляющих скорости
281