ООО "РосСнаб"

Расходомеры обтекания - это приборы, у которых под воздействием динамического давления потока перемещается обтекаемое тело (диск, поплавок, поршень). Величина перемещения напрямую связана с расходом вещества. Большинство расходомеров сконструированы таким образом, что обтекаемое тело перемещается вдоль вертикальной оси. Но в ряде приборов обтекаемое тело в виде лопасти или диска поворачивается вокруг оси подвеса.

Расходомеры обтекания подразделяют на группы:

1. Расходомеры постоянного перепада давления - поплавок в расходомере перемещается вертикально, а сила сопротивления потоку создается за счет веса поплавка.
2. Расходомеры с изменяющимся перепадом давления - имеют еще и пружину, которая противодействует потоку и обтекаемое тело может перемещаться в различных плоскостях.
3. Расходомеры с поворотной лопастью – сопротивление потоку создается не только весом подвижной части, но еще и пружиной. В эту группу входят и расходомеры компенсационные, которые имеют поворотную лопасть, а сила сопротивления потоку образуется за счет постороннего источника энергии.

Во всех расходомерах обтекания между подвижным телом и стенками прибора остается проходное сечение.

Преимущества расходомеров обтекания:

• простота конструкции
• безотказность в процессе эксплуатации
• большой диапазон измерения
• относительно небольшая погрешность измерения расхода ± (1,5- 2,5) %.

1. РАСХОДОМЕРЫ ПОСТОЯННОГО ПЕРЕПАДА ДАВЛЕНИЯ подразделяются на:

• ротаметры
• поплавковые расходомеры
• поршневые расходомеры (золотниковые).

Наибольшее применение в производственных процессах получили ротаметры.

Ротаметр имеет коническую трубку, в которой находится поплавок. На трубку наносится шкала. Шкала трубки ротаметра градуируется с соответствии с измеряемой средой.
Ротаметры надежны в работе, простоты в эксплуатации и в устройстве, с них легко снимать величину расхода (потока), их хорошо использовать при измерении небольших расходов жидкостей и газов, они имеют большой диапазон измерения.

В то же время ротаметры имеют ряд существенных недостатков:

• невозможность измерения расхода при большом давлении;
• привязка ротаметра точке измерения расхода (потока),
• невозможность применения при относительно больших расходах вещества,
• отсутствие дистанционной передачи.

Если ротаметр оснастить устройством дистанционной передачи, то его можно назвать поплавковым расходомером.

Главные составляющие ротаметра — коническая трубка и поплавок, которые образуют проточную часть прибора. Поплавки ротаметра имеют разную форму: конус, цилиндр, сфера, катушка, диск, тарельчатая форма поплавков и т.д. Что бы предотвратить перекос поплавка и трение о стенку ротаметрической трубки, ротаметры оснащают направляющими стержнями (штоками, кольцами).
При малых расходах в ротаметрах иногда используют шариковые поплавки.
Поплавки ротаметров делают из титана, алюминиевых сплавов, нержавеющей стали, фторопласта, пластмасс и т.д.
Измерительная коническая трубка изготовляется из химически устойчивых и термостойких веществ.

При установке и эксплуатации ротаметров необходимо соблюдать определенные условия:

• обеспечить строго вертикальное положение конусной трубки ротаметра, при наклоне оси к вертикали возрастает неточность в измерении расхода вещества
• следует иметь прямые участки трубопровода до ротаметра (> 10D) и после ротаметра (1\2 - 5D) ротаметра
• при эксплуатации ротаметров возможно возникновение пульсаций поплавка под воздействием сил инерции и сил упругости.
• необходимо также учитывать, что плотность газа меняется при изменении давления, а при изменении температуры изменяется плотность и газа, и жидкости

Поршневые (золотниковые) расходомеры — третья группа расходомеров постоянного перепада давления, в которых роль поплавка выполняет перемещающийся во втулке поршень. Измеряемое вещество поступает в расходомер, приподнимает поршень и выходит через прорезь или окно во втулке. Поршень поднимается в зависимости от величины расхода вещества, открывая во втулке все большую часть окна. При этом перепад давления на поршне сохраняется постоянным. Можно выбрать форму прорези таким образом, чтобы получить необходимую зависимость между перемещением поршня и расходом измеряемой среды (например, линейную).

Достоинства поршневых расходомеров:

• возможность изменения предела измерения через изменение действующей на поршень массы груза,
• способность измерения среды, имеющей механические примеси

2. РАСХОДОМЕРЫ ОБТЕКАНИЯ С ИЗМЕНЯЮЩИМСЯ ПЕРЕПАДОМ ДАВЛЕНИЯ
В расходомерах обтекания с изменяющимся перепадом давления имеется поплавок, который находится под воздействием потока измеряемого вещества, перемещение поплавка является величиной расхода.

Такие расходомеры подразделяются на:

• поплавково-архимедовые
• поплавково-пружинные
• расходомеры с электромагнитным уравновешиванием
• шариковые, в которых вещество движется по криволинейной трубке.

Наиболее распространенные — расходомеры поплавково-пружинные.

Поплавково-пружинные расходомеры это расходомеры, в которых поплавок (поршень) соединен с пружиной. В таких расходомерах давление потока среды преодолевает наряду с весом поршня (поплавка) еще и упругость пружины.

Поплавково-пружинные расходомеры имеют ряд достоинств:

• значительно повышается предел измерения
• возможность выбора другого предела (диапазона) измерения (если заменить пружину)

Расходомер переменного перепада давления это расходомер, в котором достигнута пропорциональность между расходом вещества и перепадом давления с двух сторон поплавка за счет профилирования поплавка. В таком приборе измеряется не расход в зависимости от перемещения поплавка, а перепад давления.
Для измерения расхода масла в гидравлических системах при давлении до 20 МПа иногда используется поплавково-пружинный расходомер, в котором подвижный элемент — поршень, нагруженный пружиной. В середине поплавково-пружинного расходомера имеется неподвижный стержень с профилем, позволяющим расчетную зависимость расхода и перемещения поршня. Внутри поршня имеется цилиндрический магнит, который совместно с нижней пружиной влияет на перемещение цилиндрического указателя расхода, расположенного снаружи диамагнитной трубы. На трубке из акрила наносится шкала. Такой расходомер достаточно компактен и прост, но погрешность измерения находится в пределах ±4 %.
Используется и другая конструкция поплавково-пружинного расходомера, в которой поплавок сконструирован в форме подпружиненной диафрагмы с конической наружной поверхностью. Такой поплавок в расходомере перемещается внутри неподвижного седла вертикально. Измеряемая среда проходит через отверстие диафрагмы и кольцевой зазор, расположенный между седлом и диафрагмой. В диафрагме находится постоянный магнит, взаимодействующий с расположенными снаружи герконами (контактными преобразователями). Погрешность измерения в таких расходомерах составляет примерно 5% при расходе более 0,1 л/мин вязкости и от 1 до 760 мм2/с. Давление от 1,2 до 40 МПа, область измерения в пределах от 0,01 до 80 л/мин.
Поплавково-архимедовые расходомеры используются достаточно редко, у них гидростатическое давление на тело выполняет роль пружины. Гидростатическое давление взаимодействует с поплавком, погруженным в более тяжелую жидкость.

Расходомеры обтекания с электромагнитным уравновешиванием, в них электромагнитным способом происходит уравновешивание силы динамического давления на поплавок. В поле наружного соленоида находится железный сердечник, который связан с поплавком. На перемещение поплавка реагирует устройство (фотосопротивление, осветитель и т.д.), изменяющее силу тока в соленоиде и обеспечивающее возвращение поплавка к изначальному положению. Расходомеры с электромагнитным уравновешиванием (расходомеры с магнитной подвеской) используются при измерении небольших расходов. Моделей подобных расходомеров разработано достаточно много, в некоторых положение поплавка фиксируется электромагнитным способом.
Шариковые расходомеры обтекания, в них шарик перемещается по дуге окружности. В этом главное отличие от расходомеров, в которых шарик движется вертикально в цилиндрической трубке и при перемещении вверх открывает отверстие для прохода измеряемого вещества.
В нерабочем состоянии шарик находится в нижнем положении. С увеличением расхода шарик поднимается по имеющей форму неполного кольца стеклянной трубке. Между шариком и трубкой имеется проток для прохода жидкости.

3. РАСХОДОМЕРЫ С ПОВОРОТНОЙ ЛОПАСТЬЮ
В трубопроводе устанавливается лопасть, в процессе протекания вещества по трубопроводу гидродинамическое давление потока воздействует на лопасть. По величине противодействующей силы (углу поворота лопасти) определяется расход.

Расходомеры с поворотной лопастью делятся на:

• расходомеры с пружинным и с грузовым уравновешиванием
• расходомеры компенсационные с электрическим или пневматическим уравновешиванием

Преимущества:

• большой диапазон измерения, доходящий до 15-20
• возможность 2-х стороннего действия
• простота измерения больших расходов жидкости и газов
• возможность измерения расходов агрессивных жидкостей и газов, имеющих высокую температуру
• хорошие динамические характеристики (1,5-2 с затухание колебательного процесса)

Поворотная лопасть (основная часть расходомера) постоянно вибрирует даже при равномерном расходе из-за срыва вихрей с тыльной стороны лопасти. Легкая вибрация не сказывается на работе расходомера при небольших углах поворота лопасти, но при повороте лопасти до угла 60-65° и больше при измерении расхода газа вибрация часто резко растет. При измерении расхода жидкостей вибрация не наблюдается (вследствие большей вязкости).
Расходомеры с поворотной лопастью, имеющей грузовое уравновешивание применяются в горизонтальном трубопроводе. Простота конструкции расходомеров дает возможность создавать их самостоятельно на предприятиях и использовать для своих практических нужд измерения (расход сточных вод с крупными механическими примесями) или использовать их в качестве индикаторов или сигнализаторов расхода.
Расходомеры с поворотной лопастью, имеющей пружинное уравновешивание применяются и в вертикальных, и в горизонтальных трубопроводах. Поворотная лопасть может быть соединена с концом торсионной трубки, создающей момент противодействия или соединена со спиральной (винтовой или другой) пружиной.
К отдельной группе расходомеров с поворотной лопастью можно отнести приборы, у которых конец лопасти жестко закреплен и работает на изгиб под воздействием динамического давления, то есть сила упругости лопасти создает противодействующий момент. На пластинке укреплен тензорезистор, преобразующий механическое напряжение в выходной сигнал. В данном случае погрешность составляет ±1 %.
Расходомеры с поворотной лопастью и пневматической компенсацией используют для измерения расхода суспензий с большой концентрацией твердой фазы, отработанной серной кислоты, водного раствора карбамида и т.д.