4.2 Тахометрические расходомеры
Расходомеры этой группы широко применяются практически во всех отраслях пищевой промышленности. Принцип их действия основан на использовании зависимостей скорости движения тел -- чувствительных элементов, помещаемых в поток, от расхода веществ, протекающих через эти расходомеры. Известно большое число разновидностей тахометрических расходомеров, однако в практике для измерения расхода самых разнообразных жидкостей и газов широко распространены турбинные, шариковые и камерные расходомеры.
Камерное расходомеры. Камерные тахометрические расходомеры представляют собой один или несколько подвижных элементов, отмеривающих или отсекающих при своем движении 'определенные объемы жидкости или газа. Существует большое число конструкций, камерных расходомеров жидкостей и газов. Овально- шестеренчатый счетчик жидкостей (рис.8) состоит из двух одинаковых овальных шестерен, вращающихся под действием перепада давления жидко- сти, протекающей через его корпус. В положении 2 правая шестерня отсекает некоторый объем жидкости 1; так как на эту шестерню действует крутящий момент, она поворачивается по часовой стрелке, вращая при этом левую шестерню против часовой стрелки. В положении левая шестерня заканчивает отсекание новой порции жидкости 2, а правая выталкивает ранее отсеченный объем 1 в выходной патрубок счетчика. В это время вращающий момент дей- ствует на обе шестерни. В положении 3 ведущей является левая шестерня, отсекающая объем 2. В положении IV правая шестерня заканчивает отсекание объема 3, а левая выталкивает объем 2.
В положении V полностью отсекается объем 3; обе шестерни сделали по пол-оборота, и ведущей стала опять правая шестерня. Вторая половина оборота шестерен протекает аналогично. Таким образом, за один полный оборот шестерен отсекается четыре дозирующих объема. Учет жидкости основан на отсчете числа оборотов шестерен. Выпускаются счетчики, обеспечивающие измерение в диапазоне от 0,8 до 36 м3 /ч. Диаметры условных проходов 15-- SO мм; класс точности 0,5; 1,0.
Рисунок 8 - Схема работы счетчика жидкости с овальными шестернями
4.3 Электромагнитные расходомеры
Электромагнитные (индукционные) расходомеры предназначены для измерения расхода различных жидких сред, в том числе пульп с мелкодисперсными неферромагнитными частицами, с электрической проводимостью не ниже 5-10 См/м, протекающих в закрытых полностью заполненных трубопроводах. Широко применяются в различных отраслях пищевой промышленности
Электромагнитные расходомеры выполняются в виде двух отдельных блоков: измерительного преобразователя расхода и измерительного блока -- передающего преобразователя, в котором осуществляется приведение сигнала, полученного от измерительного преобразователя, к стандартизован- ному виду, удобному для дальнейшего использования.
Измерительный преобразователь расхода электромагнитного расходо- мера (рис.9) состоит из немагнитного участка трубопровода 3 с токосъемными электродами 4 и ярма электромагнита 2 с обмоткой возбуждения 1, охватывающего трубопровод. При протекании электропроводных жидкостей по немагнитному трубопроводу 3 через однородное магнитное поле, создаваемое магнитом 2, в жидкости, которую можно представить, как движущийся проводник, возникает электродвижущая сила, снимаемая электродами 4.
Рисунок 9 - Структурная схема измерительного преобразователя электромагнитного расходомера
4.4 Тепловые расходомеры
Тепловые расходомеры могут применяться при измерении небольших расходов практически любых сред при различных их параметрах. Кроме того, они весьма перспективны для измерения расхода очень вязких материалов (опары, теста, фруктовых начинок, паст и т. п.). Принцип действия их основан на использовании зависимости эффекта теплового воздействия на поток вещества от массового расхода этого вещества.
Тепловые расходомеры могут выполняться по трем основным принципиальным схемам:
-Калориметрические, основанные на нагреве или охлаждении потока посторонним источником энергии, создающим в потоке разность температур;
-Теплового слоя, основанные на создании разности температур с двух сторон
-Пограничного слоя;
-термоанемометрические, в которых используется зависимость между количеством теплоты, теряемой непрерывно нагреваемым телом, помещенным в поток, и массовым расходом вещества.
Выбор принципиальной схемы измерения зависит от измеряемой среды, необходимой точности, типа используемых термочувствительных элементов и режима нагрева. Для упруго-вязких пластичных веществ, какими являются опара и тесто, а также многие другие пищевые продукты, предпочтительным является измерение по схеме термоанемометра с постоянной температурой подогрева потока.
Чувствительными элементами термоанемометрического теплового расходомера опары и теста (рис. 10). являются резисторы R 1 и R 2, помещаемые (наматываемые) на стенке трубопровода на некотором расстоянии друг от друга.
Рисунок 10 - Принципиальная схема термоанемометрического теплового расходомера
Манганиновые резисторы R 3 н R 4 служат для создания мостовой схемы, питаемой от источника напряжения Uпит. Сигнал разбаланса, пропорциональный изменению расхода, подается на электронный усилитель ЭУ, где усиливается и после этого управляет вращением реверсивного электродвигателя РД, который, производя перестановку движка компенсирующего переменного резистора Rr, изменяет напряжение питания до тех пор, пока разбаланс в измерительной диагонали моста не станет равным заданному. Мерой расхода могут служить показания амперметра, ваттметра (на схеме не показан) или положение движка Rp.
С помощью тепловых расходомеров может быть обеспечена точность измерения расхода вязких продуктов ±2 --2,5%.
4.5 Вихревые расходомеры
В настоящее время разработаны и имеют весьма широкие перспективы применения вихревые расходомеры, принцип действия которых основан на зависимости от расхода частоты колебаний давления среды, возникающих в потоке в процессе вихреобразования. Измерительный преобразователь вихревого расходомера (рис.11) представляет собой завихритель 1, вмонтированный в трубопровод, с помощью которого поток, завихряется (закручивается) и поступает в патрубок 2.
Рисунок 11 - Функциональная схема измерительного преобразователя вихревого расходомера
На выходе из патрубка в расширяю- щейся области 4 установлен электроакустический преобразователь 3, воспринимающий и преобразующий вихревые колебания потока в электрический сигнал, который далее приводится к нормализованному виду, отвечающему требованиям ГСП.
Завихрения потока формируются таким образом, что внутренняя область вихря -- ядро, поступая в патрубок 2, совершает только вращательное движение. На выходе же из патрубка в расширяющуюся область 4 ядро теряет устойчивость и начинает асимметрично вращаться вокруг оси патрубка.
4.6 Акустические расходомеры
Для измерения расходов загрязненных, агрессивных и быстро- кристаллизующихся жидкостей и пульп, а также потоков, в которых возможны большие изменения (пульсации) расходов и даже изменения направления движения, когда не могут быть применены другие виды расходомеров, используются расходомеры акустические, чаще всего ультразвуковые.
Преимуществами акустических расходомеров также являются бесконтактность измерений, отсутствие движущихся частей в потоке, отсутствие потерь давления в трубопроводах и др. Принцип действия акустических расходомеров основан на зависимости акустического эффекта в потоке от расхода вещества. Известно несколько методов использования звуковых (ультразвуковых) колебаний для измерения расходов жидкостей и газов. Один из них, так называемый фазовый, основан на том, что при распространении звуковой волны в движущейся среде время ее прохождения от источника до приемника определяется не только скоростью
распространения звука в данной среде, но и скоростью движения самой среды. Если звуковая волна направлена по движению потока, скорости их
складываются, если против потока, -- вычитаются. Разность временипрохождения звука по направлению потоками против него пропорциональна скорости потока, а, следовательно, расходу протекающей жидкости.
Рисунок 12 - Структурная схема акустического расходомера
Акустический расходомер, работающий по двухканальной фазовой схеме (рис. 12), состоит из ультразвукового генератора УЗГ, являющегося ис- точником питания; излучающих пьезопреобразователей ИП1 и ИП2; прием- ных пьезопреобразователей ПП1 и ПП2; фазовращающего устройства ФУ для устранения путем асимметрии каналов преобразователей возникающих фазовых сдвигов;' электронного усилителя Ус и измерительного прибора ИП, который градуируется в единицах расхода. В качестве пьезоэлементов в преобразователях чаще всего применяются пластины из титаната бария, могут также использоваться пьезоэлементы из кварца, титанато-циркониевой керамики, а также магнитострикционные.
Импульсы ультразвука посылаются под углом к оси трубопровода так, что их направление в одном канале совпадает с направлением потока, а в другом направлено против потока. При отсутствии движения жидкости время передачи импульса т (в с) на расстояние dВ последнее время получают распространение ультразвуковые расходомеры, в которых используется эффект Допплера, заключающийся в том, что ультразвуковые волны, генерируемые излучателями, отражаются от взвешенных частиц, завихрений, пузырьков газа и т. п. в потоке измеряемой среды и воспринимаются приемниками отраженных излучений. Разность между частотами излучаемых и отраженных акустических волн позволяет определить скорость потока.
Измерительный преобразователь таких расходомеров представляет собой устройство, состоящее из двух пьезокристаллов, один из которых является генератором ультразвуковых колебаний, излучаемых под утлом к потоку измеряемой среды, а второй -- приемником отраженных колебаний. Излучаемый и отраженный сигналы сравниваются с помощью специальных электронных устройств.
В настоящее время акустические расходомеры интенсивно раз- рабатываются, и в ближайшее время, очевидно, предстоит их широкое применение в различных отраслях пищевой промышленности.
5. Вязкость нефти и нефтепродуктов: методы и средства определения
Вязкость является важнейшей физической константой, характеризующей эксплуатационные свойства котельных и дизельных топлив, нефтяных масел, ряда других нефтепродуктов. По значению вязкости судят о возможности распыления и прокачиваемости нефти и нефтепродуктов.
Различают динамическую, кинематическую, условную и эффективную (структурную) вязкость.
Таблица 2 - Переводные множители для расчета динамической [м] вязкости.
Динамической (абсолютной) вязкостью [м], или внутренним трением, называют свойства реальных жидкостей оказывать сопротивление сдвигающим касательным усилиям. Очевидно, это свойство проявляется при движении жидкости. Динамическая вязкость в системе СИ измеряется в [Н·с/м2].
Это сопротивление, которое оказывает жидкость при относительном перемещении двух ее слоев поверхностью 1 м2, находящихся на расстоянии 1 м друг от друга и перемещающихся под действием внешней силы в 1 Н со скоростью 1 м/с. Учитывая, что 1 Н/м2 = 1 Па, динамическую вязкость часто выражают в [Па·с] или [мПа·с
В системе СГС (CGS) размерность динамической вязкости -- [дин·с/м2].
Эта единица называется пуазом (1 П = 0,1 Па·с).
Кинематической вязкостью [н] называется величина, равная отношению динамической вязкости жидкости [м] к ее плотности [с] при той же температуре: н = м/с. Единицей кинематической вязкости является [м2/с] -- кинематическая вязкость такой жидкости, динамическая вязкость которой равна 1 Н·с/м2 и плотность 1 кг/м3 (Н = кг·м/с2). В системе СГС (CGS) кинематическая вязкость выражается в [см2/с].
Эта единица называется стоксом (1 Ст = 10-4 м2/с; 1 сСт = 1 мм2/с).
Таблица 3- Переводные множители для расчета кинематической [н] вязкости.
Нефти и нефтепродукты часто характеризуются условной вязкостью, за которую принимается отношение времени истечения через калиброванное отверстие стандартного вискозиметра 200 мл нефтепродукта при определенной температуре [t] ко времени истечения 200 мл дистиллированной воды при температуре 20°С.
Условная вязкость при температуре [t] обозначается знаком ВУ, и выражается числом условных градусов.
Условная вязкость измеряется в градусах ВУ (°ВУ) (если испытание проводится в стандартном вискозиметре по ГОСТ 6258-85), секундах Сейболта и секундах Редвуда (если испытание проводится на вискозиметрах Сейболта и Редвуда).
Перевести вязкость из одной системы в другую можно при помощи номограммы. В нефтяных дисперсных системах в определенных условиях в отличие от ньютоновских жидкостей вязкость является переменной величиной, зависящей от градиента скорости сдвига.
В этих случаях нефти и нефтепродукты характеризуются эффективной или структурной вязкостью:
Для углеводородов вязкость существенно зависит от их химического состава: она повышается с увеличением молекулярной массы и температуры кипения. Наличие боковых разветвлений в молекулах алканов и нафтенов и увеличение числа циклов также повышают вязкость. Для различных групп углеводородов вязкость растет в ряду алканы -- арены -- цикланы.