Материал: Расходомеры и счетчики количества веществ. Расходомеры переменного перепада давления, расходомеры переменного уровня, тахометрические расходомеры и счетчики

При очень сильно деформированных полях скоростей, что может быть при очень малых прямых участках трубопроводов, ОПИ пред­ ложил и исследовал применение двух ОНТ, расположенных перпен­ дикулярно друг к другу и имеющих импульсные трубки, соединен­ ные друг с другом. Эта комбинация трубок получила название «осредняющий крест» (Энергетика.— ИВУЗ.— 1988.— № 2).

Осредняющие кресты изготовлялись в ОПИ для очень боль­ ших диметров D труб, идущих от насосов, в частности для очень больших!), равных 0,585, 0,645, 1,01, 1,28, 1,675 и 2,2 мм, и при этом диаметры трубок d, образующих крест, находились в преде­ лах 25-85 мм. Рекомендации по применению ОНТ и осредняющих крестов содержатся в документе РТМ 33.23.0.4.001-79, из­ данном в г. Одессе в 1979 г. Среднеквадратическая погрешность измерения расхода с помощью осредняющего креста о = 3 % .

Для определения диаметра трубки dT ОПИ рекомендует фор­ мулу

Для воды при р = 998,2 кг/м3 получим dT= 16,6 •103uD.

Для воды при и, равной 1, 1,5, 2, 2,5 и 3 м/с, получим соответ­ ственно dT/D , равное 0,017, 0,025, 0,033, 0,041 и 0,05. Для газа при р = 10 кг/м3 (это соответствует давлению около 5 МПа) те же значения будут при и, равной 10,15, 20, 25 и 30 м/с соответственно. Для газа же при р = 40 кг/м3 и у, равной 10, 15, 20, 25 и 30 м/с, получим dT/D = 0,034.

Определение расхода с помощью осредняющей напорной труб­ ки. Исходная формула объемного расхода qQ(м3/ч) имеет вид

q0 = 0,05252аеП2д/др / р,

где а — коэффициент расхода, для трубок ОПИ а= 0,9915-2-0,9955 (в среднем а = 0,9935); е — множитель, учитывающий расширение газа; D — диаметр трубопровода, мм; Ар — перепад давления, кгс/м2; р — плотность вещества, кг/м3.

Учитывая малое значение соотношения Ap/pi, погрешностью 8е можно пренебречь.

Тогда предельная погрешность измерения расхода 8q0 опреде­ ляется формулой

где погрешность 8а = 1,2 % , а общая погрешность 8^ — около 1,7 % . Зарубежные разработки ОНТ. В зарубежной научно-техни­ ческой литературе, в противоположность отечественной, опубли-

162

ковано очень мало работ по осредняющим напорным трубкам. Перечислены работы, обнаруженные автором.

Первая из них появилась в журнале «Instrument practice» в мае 1969 г. В статье сообщалось о разработке фирмой «Е11 son» в г. Ми­ чиган (США) осредняющей напорной трубки, названной трубкой Annubar. Она имела четыре отверстия на лобовой стороне, которые воспринимали полное давление потока по диаметру трубопровода. Сзади нее на тыльной стороне находилась вторая, менее длинная трубка с отверстием, воспринимающим давление на тыльной сто­ роне обеих трубок (аналогично тому, как это было осуществлено ранее на Криворожском заводе). Как основное преимущество трубки Annubar в статье указывалось на снижение потери давления по сравнению с диафрагмами.

Следующая публикация о трубке Annubar появилась в испан­ ском журнале «Metalurgia у electricidad» лишь в 1981 г. Как и в предыдущей статье, рассматривалась трубка с четырьмя отвер­ стиями на лобовой стороне и без доказательств и обоснований утверждалось, что погрешность измерения расхода не превосходит 1 % в пределах шкалы расходомера 20-100 % , а повторяемость находится в пределах 0,1 % .

И, наконец, в польском журнале «Energetyka» (1993, № 4) появи­ лась статья Ковальчика, основанная на информации о трубке Annubar, предоставленной фирмой «Dietrich Standart». Эта статья вызвала серьезные возражения 3. Кабзы и Боса, в частности, по достоверно­ сти минимальных чисел Рейнольдса Remin и другим аспектам при­ менения трубок Annubar (в том же журнале — 1993, N° 7).

Таким образом, за последние тридцать лет в зарубежной науч­ но-технической литературе опубликовано мало работ по ОНТ. Опуб­ ликованные же не содержат сведений о результатах, подтверждаю­ щих рекомендации фирм-изготовителей, которых существует уже несколько («Oxitrol», «Dietrich Standart» и др.). Так, во ВНИИМ имеется трубка Annubar фирмы «Intra Automation». Существен­ ный недостаток — то, что вместо статического давления отбирает­ ся давление на тыльной стороне трубки. Хотя это увеличивает измеряемый перепад, но зато может отрицательно сказаться на стабильности показаний. Вместо коэффициента преобразования, близкого к единице и постоянного у трубок ОПИ, имеем перемен­ ный коэффициент, весьма сильно зависящий от диаметра трубо­ провода D и лежащий в пределах от 0,6 до 0,7 и выше, причем различные фирмы дают разные значения этого коэффициента. К тому же небрежность исполнения у отдельных фирм, а иногда и несоответствие диаметров <2и D усиливает отрицательное отноше­ ние к ним. Так, у упомянутой выше трубки фирмы «Intra Auto­ mation», поперечное сечение которой от круглого к незавершен­ ной крестообразной форме имеет ширину А = 28 мм; она предна­ значена для трубопровода с D = 150 мм. При этом A/D = 0,187 (заметим, что ОПИ рекомендует иметь это отношение не более 0,05). Площадь такого зонда составляет 21 % от площади попе­

163

11*

речного сечения трубопровода, что создает очень сильную деформацию поля скоростей и возрастание средней скорости. На лобо­ вой стороне трубка имеет только четыре отверстия для приема полного давления потока, и расположены они не строго симмет­ рично относительно оси трубопровода. Отверстия с одной сторо­ ны на 2 -3 мм ближе к оси, чем с другой. На тыльной же стороне вместо одного имеются тоже четыре отверстия.

По-видимому, большим значением отношения dr/D и малым числом отверстий для приема полного давления следует объяс­ нить зависимость коэффициента преобразования расхода как от длины L, так и от диаметра трубок dT и различие значений этих коэффициентов у разных фирм. Так, у фирмы «Окситрол» при увеличении D от 305 мм до 1048 мм коэффициент меняется от 0,636 до 0,646 при шести приемных отверстиях и d\ = 26 мм и от 0,619 до 0,643 при восьми отверстиях и dT= 36 мм. У другой же фирмы при увеличении D от 100 мм до 1400 мм коэффициент возрастает от 0,69 до 0,73.

В рекламных проспектах зарубежных фирм допускаются очень малые длины прямых участков трубопровода перед ОНТ, без ка­ ких-либо ссылок на экспериментальные работы, которые были бы опубликованы в научно-технической литературе. Это заставляет сомневаться в достоверности и допустимости рекламируемых длин.

Из всего сказанного следует вывод, что для обеспечения доста­ точно точного измерения расхода разработанные в ОПИ осредняющие напорные трубки имеют значительно больше оснований для применения.

ОНТ или ПСНО, разработанные в НИИтеплоприбор. НИИТ провел разработку осредняющих преобразователей скоростного напора (ПСНО) в 1990-е гг. К сожалению, в основу своих разрабо­ ток он положил не осредняющую трубку ОПИ, а трубку Annubar.

НИИтеплоприбор внес существенные изменения в конструк­ цию трубки. Это показано на рис. 58, где даны поперечные разре­ зы трубки Annubar и трубки НИИтеплоприбор. Стремились умень­ шить размер А, который изменяется в конструкции НИИтепло­ прибор от 10 мм (при D = 100 мм) до 28 мм (при D =* 1400 мм).

Разработаны два варианта трубок ПСНО: ПСНО-1 и ПСНО-1-01. Значения их коэффициента расхода а в зависимости от диаметра трубопровода D даны ниже:

Рис. 58. Поперечные разрезы трубок Annubar (а) и НИИтеплоприбор (б)

164

Далее приведена общая высота трубки Н вместе с головкой, выступающей за пределы трубопровода, в зависимости от диамет­ ра трубопровода D у ПСНО-1:

ПСНО-1-01 отличается от ПСНО-1 тем, что осредняющая трубка ПСНО-1 помещена в отрезок трубопровода длиной 200 мм. Ниже даны значения диаметра трубопровода D и общей высоты Н у ПСНО-1-01 различных типоразмеров:

Разработан также вариант со шлюзовым устройством для ввода ПСНО в трубопровод.

Кроме ПСНО-1 и ПСНО-1-01, представляющих собой осредняющую трубку, в НИИтеплоприбор разработан кольцевой преоб­ разователь перепада давления ПСНО-2. Он представляет собой кольцо, на лобовой стороне которого имеется кольцевое отверстие для приема полного давления потока. Кольцо устанавливается в месте средней скорости на расстоянии 0,238D/2 от внутренней стенки трубопровода. Кольцевой преобразователь ПСНО-2 постав­ ляется вмонтированным в отрезок трубопровода длиной L. Вы­ сота установки Н 9длина L и диаметр D трубопровода у ПСНО-2 приведены ниже:

165

Все перечисленные разработки НИИтеплоприбор предназна­ чены для веществ, имеющих вязкость в пределах (0,3—20) сСт и температуру t в пределах от -250 до +300 °С. Рабочее избыточное давление не более 2,5 МПа для ПСНО-1, ПСНО-1-01 и ПСНО-2, не более 1,6 МПа для ПСНО-1-02 и не более 7,5 МПа для ПСНО-1-ОЗ (при шлюзовом устройстве). Диапазоны измерения по числу Рей­ нольдса: для ПСНО-1 Re от 4 •104 до 108, для ПСНО-2 имеем Re от 2 - И г до 108. Основная приведенная погрешность измерения расхода 1 % .

Нормативные документы по осредняющим трубкам. Норма­ тивные документы до 1995 г. основывались на осредняющих труб­ ках, разработанных в ОПИ. Первый из них «Рекомендации по расчету, изготовлению и монтажу первичных преобразователей расхода типа осредняющая трубка и осредняющий крест» РТМ 33.23.04.0.01-79 был выпущен в 1979 г. в г. Одессе инсти­ тутом Укрюжгипроводхоз и кафедрой гидравлики ОПИ. Затем в 1987 г. были выпущены МИ 1743-87 «Методика выполнения измерений осредняющими напорными трубками». В разработке МИ 1743-87 непосредственно участвовали сотрудники Одесско­ го политехнического института.

После этого ВНИИР в развитие МИ 1743-87 выпустил в 1992 г. весьма обстоятельный документ под названием «Расход природно­ го газа. Методика выполнения измерений с помощью осредняющих напорных трубок». В этой работе ВНИИР хорошо и подробно осве­ тил все особенности применения ОНТ, необходимые для обеспече­ ния точного измерения расхода, и в том числе дал значения мини­ мально необходимых длин прямых участков труб перед ОНТ:

Имеется также МИ 1845—88.ГСИ «Методические указания для измерения расхода воды».

В 1994 г. ВНИИР, пересмотрев эту документацию, внес некото­ рые коррективы, относящиеся лишь к 21-му его пункту.

166