РАСХОДОМЕРЫ ПОСТОЯННОГО ПЕРЕПАДА ДАВЛЕНИЯ

У приборов этого типа измеряемое вещество (жидкость или газ) проходит непосредственно через расходомер, причем площадь про­ходного отверстия изменяется в зависимости от расхода; перепад давления при прохождении вещества через расходомер остается по­стоянным.

Измерительная часть прибора (рис. 7.4) представляет собой вер­тикально расположенную коническую трубку 1, в которой находится

поплавок 2. Перепад давления при протека­нии через коническую трубку жидкости, раз­ность давлений до и после поплавка опреде­ляются весом поплавка и его геометрической формой. Поскольку эти параметры при изме­рении расхода не меняются, перепад давле­ния остается постоянным.

При постоянном перепаде давления пло­щадь кольцевого сечения между внутренними стенками конической трубки и поплавком пропорциональна объему жидкости, проте­кающей в данный момент (расходу). В ко­нической трубке площадь кольцевого сечения изменяется пропорционально высоте. Следо­вательно, поплавок изменяет свое положение по высоте в зависимости от расхода.

Формулы объемного и массового расходов имеют вид

где α—коэффициент расхода; φ—угол конусности измерительной трубки; Н — высота подъема поплавка; ρ — плотность измеряемого вещества: m_п—масса поплавка.

Выразив все постоянные для данной измерительной установки коэффициенты через С, можно записать формулу (7.9) в виде

Расходомеры постоянного перепада давления выпускают двух видов: стеклянные с непосредственным отсчетом показаний (рота­метры), бесшкальные (с электрическим или с пневматическим пре­образователем).

Ротаметр состоит из конической трубки, закрепленной в двух металлических головках, снабженных сальниками и фланцами для включения в вертикальный трубопровод. Внутри трубки свободно перемещается поплавок. В нижней головке имеется седло, на которое опускается поплавок при прекращении потока. Верхняя головка снабжена ограничителем хода поплавка. Седло и ограничитель хода удерживают поплавок в пределах измерительной трубки. Шкала прибора нанесена (травлением) непосредственно на поверхность стек­лянной трубки. Отсчет ведется по верхней горизонтальной плоско­сти поплавка.

Для того чтобы в процессе измерения поплавок не касался сте­нок трубки и находился в центральной части потока, в верхней ча­сти его делают косые прорези. Движущийся поток измеряемой жид­кости, проходя по косым прорезям поплавка, вращает последний, благодаря чему поплавок центрируется в трубке. Об исправной ра­боте ротаметра можно судить по вращению поплавка.

Ротаметры со стеклянной трубкой выпускают на пределы изме­рений по воде до 3000 л/ч и по воздуху—до 40 м³/ч. Предельное статическое давление 0,58 МПа. При более высоких статических давлениях применяют приборы с металлической измерительной труб­кой.

РАСХОДОМЕРЫ ПЕРЕМЕННОГО УРОВНЯ

Принцип действия расходомеров переменного уровня заключа­ется в изменении уровня в сосуде со свободным стоком в зависимо­сти от количества жидкости, поступающей в этот сосуд в единицу времени.

В комплект измерительной установки входят: сосуд с калибро­ванным круглым или щелевым отверстием истечения и устройство для измерения уровня в емкости. В качестве измерителей уровня может быть применен один из типов существующих приборов (см. гл.8).

Отверстия истечения круглого сечения (диафрагмы) могут быть расположены как в дне, так и в боковой стенке приемного сосуда.

В последнем случае уровень в сосуде во всем диапазоне измерения должен быть выше отверстия истечения. Щелевые отверстия истече­ния располагаются только в боковой стенке приемного сосуда; в этом случае уровень жидкости в сосуде должен быть не выше верх­него края щелевого отверстия.

Расходомер со щелевым отверстием истечения показан на рис. 7.5. Измеряемая жидкость по трубе 2 поступает в сосуд 1, в котором имеется профилированная сливная щель 4, и вытекает по трубе 5.

Уровень жидкости измеряется пьезометрическим способом с помощью дифманометра 6. Для успокоения жидкости в сосуде предусмотрена перегородка 3.

ТАХОМЕТРИЧЕСКИЕ РАСХОДОМЕРЫ

Принцип действия тахометрических расходомеров основан на за­висимости частоты вращения тела, установленного в трубопроводе, от расхода вещества. Эти расходомеры относятся к скоростным, в которых для создания момента на крыльчатке или другой подвиж­ной части используется кинетическая энергия измеряемого потока. К тахометрическим расходомерам относятся: 1) турбинный—с вра­щающейся крыльчаткой; 2) шариковый — с движущимся шариком; 3) камерный—с одним или более подвижными элементами, отмери­вающими при своем движении определенные объемы жидкости или газа. Частота вращения турбинки или крыльчатки пропорциональна скорости потока, а следовательно, и расходу. Между расходом, ско­ростью движения жидкости w и площадью поперечного сечения по­тока F существует зависимость

Зависимость между частотой вращения n турбинки или крыльчат­ки и скоростью жидкости может быть выражена следующим соотношением:

где С — коэффициент пропорциональности.

На основании (7.12) можно написать

Подставив в формулу (7.13) значение скорости из (7.14), получим

Следовательно, при постоянных С и F частота вращения турбинки или крыльчатки будет пропорциональна расходу.

К этому типу относятся применяемые на нефтяных промыслах расходомеры и счетчики ТОР и НОРД.

Турбинные счетчики типа ТОР предназначены для измерения производительности (дебита) нефтяных скважин в автоматизированных групповых установках типа «Спутник» (см. гл. 18). Схема счет­ чика показана на рис. 7.6. Жид­кость проходит через входной па­трубок 1, обтекатель 2 и вращает крыльчатку 3. Вращение крыль­чатки через понижающий редук­тор 5 и магнитную муфту 6, смон­тированных на фланце 7, передает­ся на механизм 8 местного отсчета. Жидкость, пройдя крыльчатку, от­ражается экраном 4 и выходит из корпуса через патрубок 11. Кор­ректировка показаний прибора при поверке осуществляется корректо­ром 10, управление которым выне­сено наружу счетчика. Счетчик монтируется с помощью быстро-съемных хомутов.

Дистанционная передача пока­заний осуществляется электромаг­нитным или магнитоиндукционным преобразователем. Электромагнит­ный датчик построен на принципе магнитоуправляемых нормально разомкнутых контактов, которые, замыкаясь, выдают электрический сигнал, когда постоянные магниты, закрепленные на диске 12, прохо­дят мимо контакта электромаг­нитного датчика 9.

Магнитоиндукционный преобразователь представляет собой гене­ратор, имеющий постоянный магнит, сердечник и обмотку. Частот­ные сигналы в этом преобразователе возникают в результате про­хождения ферромагнитных лопастей крыльчатки мимо сердечника.

Турбинные счетчики ТОР выпускаются трех типоразмеров на диапазон измерения от 3 до 75 м³/ч. Относительная погрешность измерения 2,5% от предела измерения. Рабочее давление 6,4 МПа. Питание электромагнитного преобразователя осуществляется по­стоянным током 3,8 мА, напряжением 35 В. Блок питания подключается к переменному току напряжением 220 В, частотой 50 Гц.

Счетчик типа НОРД представляет собой комплект устройств для измерения расхода и объема сырой и товарной нефтей, включающий: турбинный преобразователь расхода, магнитоиндукционные преобразователи и электронные блоки.

Магнитоиндукционный преобразо­ватель и электронные блоки позволяют вносить коррекцию в пока­зания расходомеров на изменения температуры и влагосодержания.

Турбинный преобразователь расхода (рис. 7.7) собран в корпу­се 3 с присоединительными фланцами. Чувствительным элементом преобразователя является крыльчатка 4, насаженная на ось 6, вра­щающуюся в подшипниках 5. Крыльчатка находится между направ­ляющими пластинами 2. Снаружи корпуса укреплена фланцевая втулка 7 с резьбовым гнездом для монтажа магнитоиндукционного преобразователя. Корпус, направляющий аппарат 2 и обтекатели 1, 8 изготовлены из немагнитной стали, а крыльчатка — из нержа­веющей стали.

Магнитоиндукционный преобразователь состоит из корпуса, вну­три которого размещены катушка индуктивности с сердечником и постоянный магнит.

Турбинные преобразователи расхода НОРД выпускаются 22 типо­размеров на условные диаметры от 40 до 200 мм. Максимальный

расход от 35 до 900 м³/ч. Отношение максимальных измеряемых расходов к минимальным 10:1. Относительная погрешность при измерении расхода сырой нефти ±1—±2,5% от предела измерения. Давление от 2,5 до 16 МПа.

Каждый типоразмер турбинного преобразователя расхода совместно с магнитоиндукционным преобразователем характеризуется коэффици­ентом разрешающей способности [л/имп;м³/имп], где Q—рас­ход жидкости, л/с; м³/с; f—частота электрического сигнала, соот­ветствующая этому расходу, Гц.