69192

Измерение расхода жидкости, газа и пара

Лекция

Физика

В соответствии с применяемыми методами измерений расхода и количества вещества измерительные приборы применяемые на АЭС разделяют на следующие группы: расходомеры постоянного перепада давления ротаметрические ; расходомеры переменного перепада давления; крыльчатые...

Русский

2014-10-01

37.5 KB

17 чел.

Измерение расхода жидкости, газа и пара.

  1.  Общие сведения.

Измерение расхода веществ, участвующих в технологических и теплоэнергетических процессах, играет важную роль на АЭС. Оптимизация таких процессов, как отвод тепла от реактора, теплопередача от ТВЭЛов, теплообмен в значительной мере определяется расходом теплоносителя. Расход теплоносителя, связанный с его предельно допустимыми температурами, требует высокой степени точности измерения расхода вещества.

На АЭС измеряется расход жидкости, газа или жидкого металла, циркулирующего в первом контуре, а так же пара, вырабатываемого реактором или парогенераторами и жидкости, идущей на подпитку первого контура. Кроме того измеряют расход воды, поступающей в парогенераторы и теплоносителя, поступающего в рабочие каналы и т.п.

Что же такое расход вещества?

Расход вещества - это количество вещества, проходящее в единицу времени по трубопроводу, каналу и т.п.

Количество и расход вещества выражают в объемных или массовых единицах измерения. Объемные единицы измерения: л/час, м3/сек, м3/час. Массовые единицы измерения: кг/сек, кг/час, т/час.

Переход от объемных единиц расхода к массовым и обратно производится по формуле:

   Qm = Qоб . ρ  

               Qm    

   Qоб =  -----

                Ρ

где Qm - массовый расход вещества, кг/час;

     Qоб - объемный расход вещества, м3/час;

      р -  плотность вещества.

Расходомер - это измерительный прибор, служащий для измерения расхода вещества.

В общем случае расходомер состоит из:

Первичного измерительного преобразователя, соединенного импульсной линией с промежуточным измерительным преобразователем. От него измерительная информация передается на масштабный измерительный преобразователь и далее на вторичный прибор или регистрирующий прибор.

Рассмотрим структурную блок-схему расходомера изображенную на рис. .

Расходомеры бывают показывающими, самопишущими и с дистанционной передачей унифицированного сигнала датчика ( токового, индуктивного и д.р.). часто они снабжаются встроенным счетным механизмом.

Для определения расхода и количества вещества чаще всего применяют следующие основные методы измерения:

а) - метод постоянного перепада давлений; ??? ротаметрические ???;

б) - переменного перепада давлений;

в) - скоростной; ??? скорость вращения крыльчатки ???;

г) - объемный;

д) - весовой;

е) - радиоизотопный и т.д.

Каждый из перечисленных выше методов измерений имеет определенные достоинства и недостатки. Например методы переменного перепада давлений и скоростной в качестве достоинств наделены сравнительной простотой и компактностью измерительных приборов, а объемный и весовой характеризует более высокая точность измерений.

В соответствии с применяемыми методами измерений расхода и количества вещества измерительные приборы, применяемые на АЭС, разделяют на следующие группы:

  1.  расходомеры постоянного перепада давления ( ротаметрические );
  2.  расходомеры переменного перепада давления;
  3.  крыльчатые;
  4.  электромагнитные;
  5.  ультразвуковые и т.д.

можно дать табл.5.9.

Расходомеры постоянного перепада давления.

Расходомеры постоянного перепада давления относятся к средствам измерений, называемым расходомерами обтекания и часто применяемыми на АЭС.

Можно создать измерительное устройство, которое будет поддерживать перепад давления постоянным, а пропорционально расходу будет изменятся проходное сечение подвижного гидравлического сопротивления в потоке измеряемой среды.

К приборам постоянного перепада давления относятся ротаметры, поршневые и поплавковые расходомеры.

Ротаметры применяются для измерения плавно меняющегося объема расхода однородных потоков чистых или слабо загрязненных жидкостей или газов ( ГОСТ 13045-81 ). На АЭС ротаметры в качестве расходомеров применяются лишь во вспомогательных установках.

Ротаметр в простейшем виде состоит из вертикальной конусной стеклянной трубки (рис. ),внутри которой находится чувствительный элемент, выполненный в виде поплавка. Под действием потока среды поплавок вертикально перемещается и одновременно центрируется в середине потока. По перемещению поплавка ротаметра по высоте трубки, на которой нанесена шкала, судят об объемном расходе. Ротаметры со стеклянной трубкой применяются на давления до 6,4МПа (64 кгс/см2).

Для дистанционной передачи показаний применяют ротаметры, металлический корпус и снабженные передающим измерительным преобразователем с электрическим выходным сигналом. Эти ротаметры работают в комплексе со вторичным дифференциально-трансформаторным прибором.

Один из таких ротаметров, используемый для контроля жидких металлов (рис. ), имеет конический поплавок, который перемещается внутри кольцевой диафрагмы под действием проходящего с низу в верх потока жидкости. При подъеме поплавка проходное отверстие между рабочей поверхностью поплавка и внутренней кромкой диафрагмы увеличивается пропорционально изменению расхода среды.

Поплавок ротаметра жестко связан с сердечником передающего дифференциально-трансформаторного преобразователя. Катушка дифференциально-трансформаторного преобразователя помещена в измерительной трубке, изготовленной из нержавеющей стали. Принцип действия дифференциально-трансформаторного преобразователя, а также схема дистанционной передачи и их использование были рассмотрены выше.

Пределы допускаемой основной погрешности ротаметров должны соответствовать 0,5-4% верхнего предела измерения.

 

Расходомеры переменного перепада давления .

На АЭС применяются расходомеры, работающие по принципу переменного перепада давлений. Этот расходомер состоит из:

  1.  сужающего устройства, установленного в трубопроводе;
  2.  соединительных импульсных линий;
  3.  дифференциального манометра (датчика);
  4.  блока извлечения корня;
  5.  вторичного прибора.

Принцип действия расходомера переменного перепада давления можно уяснить исходя из условия неразрывности струи не сжимаемости жидкости, а так же используя закон сохранения энергии Бернулли.

Если в одном месте трубы с помощью какого-либо неподвижного суживающего устройства уменьшить поперечное сечение, то скорость потока на этом участке должна соответственно увеличится. Согласно закона сохранения энергии полная механическая энергия Wполн протекающего вещества, представляющая собой сумму энергии потенциальной Wпот(давления) и кинетической Wкин(скорости), в допущении отсутствия трения является величиной постоянной, т.е.

Wполн = Wпот  + Wкин =const

Следовательно, при протекании среды через суженное сечение часть потенциальной энергии переходит в кинетическую энергию.

В связи с этим образуется разность давлений пред суженным участком и в месте сужения, называемая перепадом давления. Чем больше скорость ( расход) протекающего вещества, тем больше перепад давления.

Работу расходомера рассмотрим на рис. слайде.

В трубопроводе круглого сечения установлено суживающее устройство, например диафрагма, представляющая собой тонкий диск с отверстием, расположенным концентрично оси трубопроводе. Диафрагма выполняет функцию первичного преобразователя расхода и создает местное сужение потока контролируемой среды.

При прохождении потока воды или газа через сужающее устройство происходит сжатие потока. Перед суживающим устройством и за ним образуются зоны с вихревым движением, причем зона вихрей после сужающего устройства более значительна, чем до него.

В низу изображены кривые соответствующих изменений давления и скорости потока.

Начиная от сечения А-А, поток в трубопроводе сужается и, следовательно, скорость его возрастает. Под действием инерции среды поток продолжает сужаться и на некотором расстоянии после диафрагмы, вплоть до сечения В-В, а далее постепенно расширяется до полного сечения трубопровода.

Давление потока около стенки трубопровода (сплошная линия) возрастает из-за подпора, создаваемого средой перед суживающим устройством и понижается до минимума за суживающим устройством в точке наибольшего сжатия струи. Далее по мере расширения струи, давление около стенки снова повышается, но не достигнет прежнего значения на величину Рп ввиду наличия безвозвратных потерь на завихрение, удар и трение.

Изменение давления струи по оси трубопровода совпадает с изменением давления около его стенки, за исключением участка за суживающим устройством и непосредственно в нем, где давление потока на оси трубопровода понижается (пунктирная линия).

Разность давлений ∆Р зависит от расхода среды, протекающей через трубопровод. Соотношение между этими величинами для разных сред дается упрощенным уравнением:

 [м3/час]

где к1- постоянный коэффициент - это поправочный множитель на расширение измеряемой среды , т.к. Р1 ≠Р'12 ≠Р'2.

Конструкция диафрагмы и сопла.

В качестве суживающих устройств применяются:

  •  расходомерные диафрагмы;
  •  расходомерные сопла;
  •  сопла Вентури.

Результаты исследования стандартных суживающих устройств (СУ) позволили изготовлять и применять их в комплекте с дифманометрами для измерения расхода различных сред в трубопроводах круглого сечения по результатам расчета без индивидуальной предварительной градуировки.

Нормализованные СУ могут применятся в трубопроводах диаметром не менее 50 мм, при этом необходимо, чтобы отношение площади сечения отверстия диафрагмы к площади сечения трубы m=(d/D)2 находилось в пределах:

m =0,05-0,7 для диафрагм;

m =0,05-0.65 для сопел;

m =0,055-0,6 для сопел Вентури.

По способу отбора давления диафрагмы и сопла делятся на камерные и без камерные ( с точечным отбором).

Допускается смещение оси отверстия суживающего устройства относительно оси трубопровода не должно превышать 0,5-1 мм.

Со стороны входа потока отверстие диафрагмы должно иметь цилиндрическую форму, а со стороны выхода - коническую. Длина цилиндрической части должна находится в пределах 0,005-0.2D.

Толщина диафрагмы не должна превышать 0,05D.

Отверстие СУ должно быть выполнено с точностью 0,001.

Для изготовления проточной части диафрагм и сопел применяются материалы устойчивые против коррозии.

На ободе СУ наносится:

  •  тип суживающего устройства;
  •  заводской номер;
  •  d и D;
  •  направление потока;
  •  обозначение отборов импульсов (+),. (-).

К СУ прилагается выпускной аттестат, в котором указывается:

  •  наименование и расчетные параметры измеряемой среды;
  •  величины. Полученные при расчете СУ (m,d,D);
  •  формула по которой проверялся расчет;
  •  основные характеристики СУ и дифманометра.

 

     

 

 


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

9889. Оптимальное управление 291 KB
  Оптимальное управление ВВЕДЕНИЕ Задачи оптимального управления относятся к теории экстремальных задач, то есть задач определения максимальных и минимальных значений. Развитие теории экстремальных задач привело в XX веке к созданию линейного программ...
9890. Принцип максимума Понтрягина 177 KB
  Принцип максимума Понтрягина. Эффективным средством исследования задач оптимального управления является принцип максимума Понтрягина, представляющий собой необходимое условие оптимальности в таких задачах. Формулировка принципа максимума. Рассмотрим...
9891. Принцип максимума Понтрягина. 84 KB
  Принцип максимума Понтрягина Предложен Л.С. Понтрягиным в 1956 г. Рассмотрим процесс, описываемый системой ОДУ: x - n-мерный вектор состояния (фазовые координаты) u - r-мерный вектор управляющих воздейств...
9892. Классические методы безусловной оптимизации 101 KB
  Классические методы безусловной оптимизации Классический подход к задаче определения локальных и глобальных минимумов состоит в использовании методов математического анализа для поиска уравнений, которым должны удовлетворять эти точки, и для решения...
9893. Итерационные методы оптимизации функций одной переменной 124 KB
  Итерационные методы оптимизации функций одной переменной Методы деления интервала С помощью численных (итерационных) методов можно, например, определять минимум функции в некотором интервале , в котором, как предполагается, лежит точка минимума. При...
9894. Оптимизация функций многих переменных 127 KB
  Оптимизация функций многих переменных Разнообразные методы многомерной оптимизации различают обычно по виду информации, которая необходима им в процессе работы: - методы прямого поиска (методы нулевого порядка), которым нужны только значения целевой...
9895. Градиентные методы 87.5 KB
  Градиентные методы Градиентные методы безусловной оптимизации используют только первые производные целевой функции и являются методами линейной аппроксимации на каждом шаге, т.е. целевая функция на каждом шаге заменяется касательной гиперплоскостью ...
9896. Примеры простейших задач вариационного исчисления 214.5 KB
  Примеры простейших задач вариационного исчисления Исторически первой задачей, известной в глубокой древности и отнесенной впоследствии к задачам вариационного исчисления, явилась так называемая задача Дидо. Легенда говорит, что Дидо - царица од...
9897. Вариация функционала 278.5 KB
  Вариация функционала Вариация одно из центральных понятий при изучении нелинейных функционалов, оно играет ту же роль, что понятие дифференциала при изучении нелинейных функций. Дифференциал нелинейной функции равен главной линейно...