Регулятор потоку - прилад для вимірювання витрати рідини, пари або газу. У промисловості витрата рідини, пари або газу, т. Е. Кількість речовини, що протікає по трубопроводу в одиницю часу, вимірюють витратомірами. Найбільш широко застосовують витратоміри змінного перепаду, що вимірюють тиск по перепаду, який створюється в трубопроводі звужує пристроєм, встановленим всередині трубопроводу.
Найпростіша схема вимірювання витрати за методом змінного перепаду тиску включає в себе звуження потоку, встановлене в трубопроводі, з'єднувальні трубки, вони потрібні для відбору тиску до і після звужено устрою і передачі цього тиску до U-подібному манометрі (вимірювач перепаду тиску). Часто манометр має перетворювач величини перепаду тиску в пропорційну електричну величину або тиск повітря. Перепад тиску буде тим більше, чим більше швидкість потоку, тобто чим більше витрата. Тому, перепад тиску на пристрої звуження потоку буде мірою витрати речовини (рідини, газу або пари), що протікає через трубопровід.
Вимоги до сучасного витратоміри:
- - висока надійність роботи;
- - високий клас точності;
- - можливість заміни без зміни режиму роботи трубопроводу;
- - низька трудомісткість при експлуатації, технічному обслуговуванні та ремонті;
- - струмовий і цифровий вихідні сигнали;
- - великий міжповірочний інтервал.
Чому витратоміри змінного тиску найпоширеніші?
Основною перевагою даних витратомірів є універсальність застосування. Вони використовуються для вимірювання витрати, більшості однофазних і багатьох двофазних, середовищ при самих різних тисках і температурах. Витратоміри змінного перепаду тиску досить зручні для масового виробництва. Індивідуально виготовляється тільки перетворювач витрати - звуження потоку. Всі інші частини можуть виготовлятися серійно (наприклад, диференційний манометр і вторинний прилад), їх пристрій не залежить ні від виду, ні від параметрів вимірюваного середовища.
Однак витратоміри з сужающим пристроєм мають деякі недоліки, найбільш істотними з яких є наступні:
- Квадратична залежність між витратою і перепадом. Іншими словами неможливо вимірювати витрату менше 30% максимального через високу похибки вимірювання, що ускладнює використання цих приладів для вимірювання витрат, що змінюються в широких межах.
- Обмежена точність, причому похибка вимірювання коливається в широких межах (1,5% -3%) в залежності від стану звужено устрою, діаметра трубопроводу, сталості тиску і температури вимірюваного середовища.
Витратоміри змінного перепаду тиску, в залежності від виду перетворювача витрати діляться на:
- Витратоміри з пристроями звуження потоку;
- Витратоміри з гідравлічним опором;
- Відцентрові витратоміри;
- Витратоміри з напірними пристроями;
- Витратоміри напірними підсилювачами;
- Ударно-струменеві витратоміри.
Найбільшого поширення набули витратоміри з пристроями звуження потоку. Вони вимірюють швидкість потоку речовини, яка збільшується при проходженні через звуження потоку, встановлене в трубопроводі. При цьому відбувається частковий перехід потенційної енергії тиску в кінетичну енергію швидкості, через що тиск перед місцем звуження буде більше, ніж за звуженим перетином. Зазвичай за допомогою таких витратомірів вимірюється витрата в трубопроводах з діаметром 50-1600 мм.
При виборі пристрою звуження необхідно враховувати наступне. Втрати тиску в звужуючих пристроях збільшується в такій послідовності: труба Вентурі, довге сопло Вентурі, коротке сопло Вентурі, сопло, діафрагма. Зміна або забруднення вхідного отвору пристрою звуження в процесі експлуатації впливає на коефіцієнт витрати діафрагми більшою мірою, ніж на коефіцієнт витрати сопла.
Діафрагмапредставляет собою тонкий диск 1 з круглим отвором, вісь якого розташовується по осі труби. Передня (вхідна) частина отвору має циліндричну форму, а потім переходить в конічний розширення. Передня кромка повинна бути прямокутної (гострої) без заокруглень і задирок.
Малюнок 1 - Розташування діафрагми в трубі, вид в розрізі (1 - кільцеві камери, 2 - діафрагма, 3 - окремі отвори для відбору тиску, 4 - висновки імпульсних трубок)
При вимірюванні витрати забруднених рідин і особливо газів у стандартній діафрагми, встановленої на горизонтальній трубі, можуть утворюватися відкладення. Щоб не допустити це застосовують сегментні і ексцентричні діафрагми. Сегментні діафрагми є кільце, в яке уварений диск з вирізаним в його нижній частині сегментом або сектором. Кільце затискається між фланцями трубопроводу. Кромка діафрагми з боку потоку повинна бути гострою. Отвори сегментной і ексцентричної діафрагм розташовують у нижній частині перетину труби, а висновки імпульсних трубок - у верхній частині трубопроводу поза межами отвори. Вони можуть застосовуватися для вимірювань витрати рідини, з яких виділяються гази; в цьому випадку отвори закінчення розташовують угорі. Сегментні діафрагми можуть встановлюватися на трубопроводах діаметром від 50 до 1000 мм.
При вимірі малих витрат, перепад тиску на діафрагмі може бути недостатній для організації вимірювання. У таких випадках можливий варіант з установкою двох діафрагм з різним діаметром і відбором різниці тисків до першої і після другої.
Діафрагми займають перше місце серед звуження потоку за вартістю, простоті виготовлення та монтажу.
Сопла. У разі вимірювання витрати газу, сопла можуть встановлюватися на трубопроводі діаметром не менше 50 мм, в разі вимірювання витрати рідини - не менше 30 мм. На малюнку вгорі показаний відбір статичних тисків через кільцеві камери, внизу - через окремі отвори.
Малюнок 2 - схематичне розташування сопло в трубі (1-кільцеві камери, 2 сопло, 3 окремі отвори для відбору тиску, 4 висновки імпульсних трубок)
Профіль вхідної частини сопла утворюється двома дугами окружності, з яких одна стосується торцевої поверхні сопла з боку входу, а інша - циліндричної поверхні отвору. Сполучення обох дуг відбувається майже без зламу.
Сопло Вентурі встановлюють на трубопроводах діаметром від 65 до 500 мм. Сопло Вентурі складається з профільної вхідної частини, циліндричної середньої частини (горловини) і вихідного конуса. Профільна частина виконується так само, як у нормального сопла для відповідних значень m. Циліндричний отвір має переходити в конус без радісних сполучення. Сопло Вентурі може бути довгим або коротким. У першого найбільший діаметр вихідного конуса дорівнює діаметру трубопроводу, у другого він менше діаметра трубопроводу. Перепад тиску слід вимірювати через кільцеві камери. Задню (мінусову) камеру з'єднують з циліндричною частиною сопла Вентурі за допомогою радіальних отворів.
Труба Вентурі встановлюється в трубопроводах діаметром від 50 до 1400 мм. Труба Вентурі складається з вхідного патрубка 1, вхідного конуса 4, горловини 5 і дифузора 6.Во вхідному конусі і горловині виконані кільцеві усереднюються камери 2. Вони сполучаються з внутрішніми порожнинами вхідного конуса і горловини за допомогою декількох отворів 3, які при наявності в вимірюваної рідини зважених часток прочищають за допомогою спеціальних пристосувань. У нижній частині кільцевих камер встановлюють пробкові крани для спуску рідини. Труба Вентурі називається довгою, якщо найбільший діаметр вихідного конуса дорівнює діаметру трубопроводу, або короткою, якщо зазначений діаметр менше діаметра трубопроводу.
Малюнок 3 - Труба Вентурі
Іноді, якщо не потрібна висока точність вимірювання, застосування промислових витратомірів недоцільно. У цих випадках може бути використаний перепад тиску, що утворюється при протіканні рідини або газу через місцевий опір.
Найбільш вивченими місцевими опорами є відцентрові перетворювачі витрати .Інші словами це закруглені ділянки трубопроводу, наприклад коліно, що створюють перепад тиску на зовнішньому і внутрішньому радіусах заокруглення в результаті дії відцентрових сил в потоці. Відцентровий перетворювач витрати разом з диференціальним манометром, що вимірює створюваний перепад тиску, утворює відцентровий витратомір. Перевага такого витратоміра полягає в тому, що не потрібно вводити в трубопровід будь-які додаткові пристрої. В якості місцевого опору для вимірювання витрати може бути також використаний конічний перехід який можна розглядати як вхідну частину труби Вентурі.
Витратоміри з гідравлічним опором засновані на вимірі перепаду тиску, створюваним цим опором. Для того щоб перепад тиску був пропорційний витраті, в витратомірах даного типу прагнуть створити ламінарний режим потоку. Т. е. Такий потік, при якому рідина або газ будуть переміщатися шарами без перемішування і пульсацій. Перетворювачами зазвичай є капілярна трубка або пакет таких трубок, як показано на малюнку. Витратоміри з гідравлічним опором застосовуються рідко, в основному для вимірювання малих витрат.
Витратоміри з напірним пристроєм
Напірне пристрій-перетворювач витрати рідини (газу), в якому створюється перепад тиску, що залежить від динамічного тиску в одній або декількох точках поперечного перерізу потоку.
Регулятор потоку з напірним пристроєм - це витратомір змінного перепаду тиску, принцип дії якого заснований на приміщенні в трубопровід Г-образної трубки (трубка Піто), спрямованої вигином на потік. Трубка сприймає повний тиск в трубопроводі дорівнює сумі динамічного (залежить від швидкості потоку) і статичного тиску трубопроводу.
Недоліком даного методу є те, що він застосовується лише в трубопроводах великого діаметру.
Регулятор потоку з напірним усілітелем- витратомір змінного перепаду тиску, в якому поєднуються напірне і звужує пристрої. Перепад тиску створюється напірним підсилювачем як в результаті переходу кінетичної енергії струменя в потенційну, так і в результаті переходу потенційної енергії струменя в кінетичну.
Найчастіше комбінують: діафрагму з трубкою Піто (малюнок), а так же трубку Піто з трубкою Вентурі, Це робиться при невеликих швидкостях газових потоків, якщо перепад тиску дуже маленький (дії однієї трубки Піто мало).
Витратоміри ударно-струменеві засновані на принципі вимірювання перепаду тиску, що виникає в процесі удару струменя об тверде тіло безпосередньо або через шар вимірюваного речовини. Вони застосовуються для вимірювання малих витрат рідини і газу.
Чому витратоміри змінного тиску найпоширеніші?