6.3. Швидкісні витратоміри і лічильники

6.3. Швидкісні витратоміри і лічильники

Швидкісний метод визначення витрати і кількості рідини і газу покладений в основу ряду витратомірів і лічильників, що мають досить простий пристрій і значний діапазон показань. Принцип дії цих приладів полягає у вимірюванні середньої швидкості потоку, пов'язаної з об'ємною витратою Qоб (м3/с) речовини залежністю

,                                     (6.5)

де vср — середня швидкість потоку, м/с;

F — поперечний переріз потоку, м2.

За виконанням і призначенням швидкісні витратоміри і лічильники поділяються на швидкісні витратоміри і лічильники рідини, напірні трубки і анемометри.

Швидкісні лічильники рідини найчастіше застосовуються для вимірювання кількості води і тому називаються лічильниками води. Чутливим елементом їх є лопатева вертушка, що спричиняє в обертання потоком рідини. Вісь вертушки за допомогою передавального механізму (редуктора), що зменшує частоту обертання, зв'язана з рахунковим пристроєм приладу. Таким чином, залежність витрати рідини, що протікає через швидкісний лічильник, визначається так:

,                                       (6.6)

де n – частота обертання вертушки, об/хв ;

С – постійний коефіцієнт.

З формули (6.6) бачимо, що частота обертання вертушки пропорційна витраті рідини, завдяки чому пристрій приладу значно спрощується. Однак при дуже малих витратах спостерігається відхилення від цієї залежності внаслідок перетікання рідини через зазори між вертушкою і корпусом приладу та тертя механізму в опорах. Формула (6.6) справедлива лише за відсутності завихрення рухомої рідини місцевими опорами (вигинами трубопроводу, вентилями та ін.) поблизу лічильника.

Характерною величиною швидкісних лічильників рідини (як і інших лічильників) є так званий поріг початку показань, що виражає найменшу витрату речовини, нижче якого лічильник перестає давати безперервні показання.

Швидкісні лічильники виготовляються для вимірювання кількості холодної (до температури 30°С) і гарячої (до 90°С) води при робочому тиску до 1 МПа. Вертушка їх виконується із пластмаси або металу.

Істотним недоліком швидкісних лічильників є залежність показань від в'язкості вимірювальної рідини.

За формою вертушки швидкісні лічильники поділяються на крильчасті і турбінні. Вертушка перших має прямі лопаті, спрямовані радіально до її осі, а других - вигнуті по гвинтовій лінії. Вісь вертушки в крильчастих лічильниках розміщена перпендикулярно до напрямку потоку, а в турбінних - паралельно йому.

Крильчасті лічильники призначені для установлення в горизонтальних трубопроводах і застосовуються при вимірюванні малих витрат води (до 10 м3/год). Турбінні лічильники можуть встановлюватися в будь-якому положенні і служать для вимірювання більших витрат води (до 150 м3/год).

На рис.6.5 наведена схема крильчастого лічильника води. У корпусі 1 із приєднувальними штуцерами виконані два тангенціально спрямованих канали для входу і виходу води, що надходить на крильчатку 2. У верхній частині корпусу розміщений стрілково-роликовий рахунковий покажчик 3, відділений від крильчатки і редуктора 4 перегородкою із сальником 5 вихідної осі.

Крильчасті лічильники мають рахунковий пристрій із ціною поділки стрілкового покажчика 0,001 і роликового - 0,1 м3. Кінцеве показання рахункового пристрою 1·104 м3 води. Лічильники встановлюються в трубопроводі відповідно до нанесеної на корпусі стрілки, що показує напрямок потоку рідини.

Турбінні лічильники води мають лопатеві вертушки у вигляді багатоходового гвинта з великим кроком. Частота обертання цієї вертушки пропорційна швидкості потоку рідини і обернено пропорційна кроку лопаті. У цьому випадку рівняння (6.6) набирає вигляду

,                                               (6.7)

де l — крок лопаті вертушки, м;

К — постійний коефіцієнт.

Схема швидкісного лічильника з аксіальною турбіною показана на рис.6.6. Усередині корпусу розміщена горизонтально уздовж напрямку вимірювального потоку рідини турбіна 6, виконана у вигляді багатозахідного гвинта. Перед турбіною установлений пристрій випрямлення потоку 1, призначений для згладжування потоку на вході і виключення завихрення. Обертання турбіни через черв'ячну пару 5 і передавальний механізм 2, розміщений у камері 4, передається через сальник рахунковому пристрою 3. Для регулювання швидкості обертання турбіни у процесі тарування лічильника передбачено регулювальний пристрій 7, що дозволяє повертати одну з радіальних перегородок пристрою випрямлення щодо напрямку потоку.

Звичайно діаметр умовного проходу турбінного лічильника вибирається меншим, ніж діаметр трубопроводу, що вимагає застосування при уста-новленні лічильника перехідних конічних патрубків. Гідравлічний опір лічильників при номінальній витраті становить 2000-2500 Па.

Турбінні лічильники з рахунковим пристроєм для приладів з діаметром умовного проходу 50 і 80 мм має ціну поділки стрілкового покажчика 0,01; роликового — 1 і кінцеве показання 1·105 м3, а для приладів із проходом 100 і 150 мм відповідно 0,1; 10 і 1·106 м3.

Установлення турбінних лічильників найчастіше виконується в горизонтальних трубопроводах, хоча при висхідному потоці допускається установлення під кутом і вертикально. Для заспокоєння потоку довжина прямої ділянки трубопроводу перед лічильником вибирається такою, що дрівнює 10Dу, і після нього 5Dу (де Dу — умовний діаметр трубопроводу).

Основна похибка швидкісних лічильників у діапазоні від найменшої витрати до 10-12% від найбільшої становить ±5% кількості пропущеної води. На всьому іншому діапазоні основна похибка дорівнює ±2%. Похибка приладів визначається шляхом порівняння цих показань із об’ємом води, що надійшла через лічильник у мірний бак установки. При розбіжностях показань величини у бік збільшення виконується регулювання приладу шляхом зміни положення лопаті регулятора.