книги / Приборы и средства учета природного газа и конденсата

с уменьшенным по шиоине зубом 4 триба и вводит следующий широкий зуб 3 в паз 9. При этом ведомый барабан 10 повора­ чивается на угол, соответствующий одному зубцовому делению. При дальнейшем движении барабана 5 второй по ходу выступ 8 выводит зуб 3 триба из паза 9. При этом ведомый барабан 10 поворачивается еще на одно зубцовое деление, а широкие зубья 3 триба располагаются над цилиндрической поверх­ ностью барабана 5, предупреждая самопроизвольный поворот триба после выхода из зацепления с выступами 8 ведущего барабана 5. Таким образом, по завершении полного оборота ведущего барабана 5 ведомый барабан 10 поворачивается на два зубцовых деления, что соответствует Ую оборота или углу 36°. При этом в окне экрана 1 появляется следующая цифра ведомого барабана. Передаточное отношение i каждой пары барабанов определяется отношением числа выступов (zx = 2) ведущего барабана к числу зубьев (г2=20) ведомого и равно УюАналогично работают и все последующие барабаны.

Так как поворот каждого ведомого барабана на Ую оборота совершается только тогда, когда предыдущий ведомый бара­ бан совершает полный оборот, постоянно нагружает выходной вал интегратора или объемного счетчика только барабан 5 младшего разряда, а остальные дискретно поворачиваются лишь в моменты смены в окне счетчика девятки на нуль на барабане младшего разряда и при этом существенно нагру­ жают вал интегратора, приводящий в движение счетчик.

Отсчет долей оборотов барабана 5 младшего разряда может производиться по дополнительной шкале (на рисунке не пока­ зана), нанесенной рядом с цифрами.

В зависимости от размеров цифр диаметр барабанов счет­ чика лежит в пределах от 20 до 100 мм. Момент трения, воз­ никающий при работе барабанов шестиразрядного счетчика с диаметром барабанов 20 мм, не превышает 120 гс-см.

При шестиразрядном счетчике емкость его барабанов со­ ставляет 999999 оборотов входного вала.

Электромеханические счетчики электрических импульсов. Простейшим и наиболее распространенным электромеханиче­ ским многоразрядным счетчиком электрических импульсов яв­ ляется счетчик с электромагнитом и храповым механизмом, служащим для преобразования возвратно-поступательного дви­ жения якоря в дискретное вращательное движение. Храповой механизм обеспечивает односторонний поворот выходного вала на один угловой шаг при подаче однополярных импульсов на обмотку электромагнита.

Принципиальная схема электромагнитного счетчика с хра­ повым механизмом приведена на рис. 69, а. Она содержит электромагнит 1 , рычаг 2 , на котором укреплены якорь 3 и толкающая собачка 6 , возвратную пружину 4, упоры 5 и 7, храповое колесо 8 , имеющее десять зубьев, и тормозящую со-

171

5

Рис. 69. Электромеханический счетчик электрических импульсов.

бачку 9 с пружиной 10. С выходным валом храпового колеса 8 связан входной вал многоразрядного счетчика оборотов 11, конструкция которого приведена на рис. 68.

Счетчик работает следующим образом. При подаче элект­ рического импульса на обмотку электромагнита 1 якорь 3 притягивается к нему, вследствие чего толкающая собачка 6 поворачивает храповое колесо 8 и связанный с ним вал счет­ чика оборотов на угол, соответствующий одному зубу храпо­ вого колеса, т. е на Vio оборота. Тормозная собачка 9 под дей­

благодаря заклиниванию в крайнем положении собачки 6 между упором 7 и зубом храпового колеса. При поступлении каждого электрического импульса в обмотку электромагнита барабан младшего разряда счетчика оборотов 11 изменяет свое показание на одну единицу.

Отечественная промышленность выпускает шестиразрядные электромеханические счетчики импульсов типа СИ-206 и СИ-206-1. Счетчики СИ-206 имеют устройство для сброса по­ казаний на нуль, а счетчики СИ-206-1 изготовляются без сбро­ са. Счетчики СИ-206 рассчитаны на подсчет однополярных им­ пульсов при напряжении питания 6,24 или 48 В постоянного тока.

Внешний вид и габаритно-присоединительные размеры электромеханического счетчика импульсов типа СИ-206 приве­ дены на рис. 69, б.

Электронные десятичные счетчики электрических импуль­ сов. Развитие электронной техники, и в частности создание микросхем с долговременной памятью при исчезновении элект-

172

fflaaa 8

РАСХОДОМЕРЫ И СЧЕТЧИКИ РАЗЛИЧНЫХ ТИПОВ ДЛЯ ОБЪЕКТОВ ДОБЫЧИ,

ТРАНСПОРТА И РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ГАЗА

8.1. ВИХРЕВЫЕ РАСХОДОМЕРЫ ЖИДКОСТИ И ГАЗА

Принцип действия этих расходомеров основан на эффекте Кармана, заключающемся в том, что если в потоке жидкости или газа установить призму с острыми ребрами, например тре­ угольную, в сечении, перпендикулярном к движущемуся по­ току, то на этих ребрах происходит срыв потока с образова­ нием вихрей, частота которых пропорциональна скорости по­ тока.

Основой вихревого расходомера (рис 71, а) является приз­ ма / с острыми ребрами, устанавливаемая в трубопроводе 2 в сечении, перпендикулярном к направлению потока. При дви­ жении потока жидкости или газа с объемным расходом Q при обтекании призмы 1 на острых ребрах призмы происходит срыв потока с образованием вихрей 3, частота которых пропорцио­

где k — коэффициент преобразования вихревого расходомера; Q — объемный расход проходящего потока.

Вихри 3, проходящие в зоне призмы 1, создают поле пере­ менного пульсирующего давления, пропорционального частоте образования вихрей f, что и позволяет измерять их частоту.

Виды сечений призм вихревых расходомеров показаны на рис. 71, б, в и г. Картина вихрей при обтекании призмы при­ ведена на рис. 72, где за телом обтекания 1 видна волнистая дорожка потока и ядра вихрей 2—8. При образовании вихрей потока жидкости или газа по обеим сторонам призмы I (рис. 71, а) образуются пульсирующие давления pi и р2, ча­ стота изменения которых, пропорциональная объемному рас­ ходу потока, может быть преобразована в электрические вы­ ходные частотные сигналы с помощью различных типов преоб­ разователей.

В качестве преобразователей пульсирующих давлений или их разности могут быть использованы терморезисторы, а также индукционные, пьезоэлектрические и другие преобразователи.

Устройства преобразователей разности пульсирующих дав­ лений вихревых расходомеров в электрические частотные сиг­ налы показаны на рис. 71, д, е и ж.

174

На рис. 71, д показано устройство терморезисторного пре­ образователя разности пульсирующих давлений. Терморезистор 5 размещается в канале 2 призмы 6 , установленной в трубо­ проводе 1. Выводы 3 терморезистора герметизируются в элект­ роизолирующей втулке 4. При движении потока жидкости или газа по трубопроводу 1 на гранях призмы 6 образуются вихри, которые возбуждают в канале 2 пульсирующий расход под дей­ ствием разности пульсирующих давлений рх—р2- Пульсирую­ щий поток в канале 2 вызывает пропорциональное изменение сопротивления подогретого выше температуры измеряемого потока терморезистора 5 и соответствующее изменение частоты выходного тока преобразователя в соответствии с выраже­ нием (221).

Устройство индукционного преобразователя вихревых рас­ ходомеров показано на рис. 71, в. Преобразователь содержит призму 7 с приемными камерами 2 и 6 , установленную в тру­ бопроводе 1, незакрепленную мембрану 5 из ферромагнитного сплава и индукционную катушку 4 с магнитным сердечником 3.

Преобразователь работает следующим образом. Под дей­ ствием разности пульсирующих давлений р\—р2 в камерах 2 и 6 легкая незакрепленная мембрана 5 перемещается по вер­ тикали с частотой вихрей f, что приводит к возбуждению в ка­ тушке 4 переменного напряжения с частотой f, пропорциональ­ ной объемному расходу потока Q в соответствии с выраже­ нием (221).

Устройство пьезоэлектрического преобразователя показано на рис. 71, ж. Преобразователь содержит призму 2, установлен­ ную в трубопроводе 1 , в которой расположены приемные ка­ меры 6 , флажок 8 и пьезоэлектрический преобразователь 5.

176

Для съема электрического сигнала по обеим сторонам пьезо­ электрического преобразователя укреплены две обкладки 4 с электрическими выводами 3, которые герметизируются в теле призмы 2 .

Преобразователь работает следующим образом. Под дей­ ствием вихрей 7 в приемных камерах 6 возникает разность пульсирующих давлений рх—р% которая возбуждает колебания флажка 8 с частотой, пропорциональной частоте вихрей f. По­ скольку флажок 8 жестко закреплен на пьезоэлектрическом преобразователе 5, колебания флажка деформируют пьезо­ электрический элемент и на его обкладках 4 возникает пере­ менное напряжение с частотой f, пропорциональной расходу измеряемого потока в соответствии с выражением (221).

Устройство вихревого расходомера, содержащего первич­ ный преобразователь расхода и вторичный электронный при­ бор, показано на рис. 73. Вихревой расходомер-счетчик содержит первичный преобразователь расхода 3, усилители-формирова­

с электрическим преобразователем расхода, а также преобра­

мированные выходные сигналы /<? и /р, пропорциональные объемному расходу Q и плотности р, поступают на входы вто­ ричного электронного прибора 16. Вторичный прибор 16 либо обеспечивает автоматическое вычисление массы прошедшей по трубе жидкости по измеренным значениям мгновенного расхода и плотности среды, либо автоматическое приведение объема прошедшего газа к нормальным условиям. Для выполнения указанных задач вторичный прибор 16 содержит преобразова­

Цифро-аналоговый преобразователь сигналов 15 служит для преобразования кодового сигнала вычислителя 1 1 в унифици­ рованный токовый сигнал, а преобразователь 13 — в сигнал, пригодный для управления счетчиком 14. Здесь следует отме­ тить, что уровень полезного сигнала на выходе датчика вихре­ вого расходомера невысок и, кроме того, незначительно отли­ чается от уровня сигнала помех (белого шума), что сущест-

Q

W

Рис. 73. Устройство вихревого расходомера.

178

Рис. 74. Внешний вид вихревого расходомера.

венно усложняет вторичную аппаратуру расходомера и сни­ жает надежность измерения.

Внешний вид вихревого расходомера показан на рис. 74, а. Этот расходомер содержит первичный преобразователь расхо­ да 1, соединенный кабельной линией 2 со вторичным прибо­ ром <3. Форма вихрей, образующихся в первичном преобразо­ вателе, показана на рис. 74, б. Вихревые расходомеры выпу­ скаются рядом зарубежных фирм с условными диаметрами от 40 до 600 мм и рассчитаны на рабочее давление до 100 кгс/см2.

Диапазоны измеряемых расходов вихревых расходомеров лежат в пределах от 0 до 50 000 м3/ч. Основная погрешность вихревых расходомеров лежит в пределах от 1 до 1,5%• Опыт эксплуатации вихревых расходомеров показывает, что их использование предпочтительнее для измерения расходов раз­ личных жидкостей. Надежность измерения расхода газового потока с помощью вихревых расходомеров невысока. Сущест­ венным недостатком вихревых расходомеров является необхо­ димость их индивидуальной поверки.

8.2. РАСХОДОМЕРЫ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ИЗГИБА ТРУБОПРОВОДА И С ОСРЕДНЯЮЩИМИ НАПОРНЫМИ ТРУБКАМИ

Для измерения расходов загрязненных газов в трубопрово­ дах большого диаметра могут быть использованы расходомеры

Рис. 75. Схемы первичных преобразователей расхода газа с использованием изгиба трубопровода и с осредняющими напорными трубками.

а — с использованием изгиба трубопровода; 6 — с осредняющей напорной трубкой.

газа с использованием изгиба трубопровода. Отбор перепада давления в таком преобразователе производится на изгибе трубопровода 1 с помощью трубок 2 и 3. При применении осредняющих напорных трубок (рис. 75, б) измеряется перепад давления Ар=рх—р2 между входной трубкой 2 с фронтальными

180