Расходомер - прибор для измерения расхода жидкости, пара или газа. В промышленности расход жидкости, пара или газа, т. е. количество вещества, протекающего по трубопроводу в единицу времени, измеряют расходомерами. Наиболее широко применяют расходомеры переменного перепада, измеряющие давление по перепаду, который создается в трубопроводе сужающим устройством, установленным внутри трубопровода.
Основные группы расходомеров:
- переменного перепада давления - в них используют связь затраты и перепада давления, который образуется при протекании через неподвижные устройства, смонтированные в трубопроводе;
- переменного уровня используется связь между уровнем перед, водосливом или отверстием и затратой при истекании жидкости через устройство;
- постоянного перепада - которые учитывают зависимость перемещения тела, которая воспринимает динамическое давление потока который его обтекает, от затраты жидкости которая протекает;
- турбинные, которые используют зависимость частоты оборотов устройства, от затраты жидкости которая протекает.
Из расходомеров наиболее распространенных около 80% складывают расходомеры переменного перепада давления. Они хорошо нормируются и имея преимущества еще долгое время будут распространенным типом промышленных расходомеров для напорных трубопроводов.
Для учета количества воды, которое потребляется отдельными объектами (дома, небольшие предприятия) используют механические счетчики воды.
Для измерения затраты в открытых каналах и лотках используют расходомеры переменного уровня с измерительными лотками и водосливами разных типов.
Для выбора типа расходомера, его расчета и установки необходимо знать такие исходные данные объекта, где будет смонтирован расходомер.
1. Назначение объекта;
2. Необходимая точность измерения расхода;
3. Чертеж коммуникаций трубопроводов объекта с указыванием их диаметров, расположения фасонных частей и арматуры; план и размеры помещения, где возможная установка измерительных приборов (машинных залов и подвалов насосных станций);
4. Максимальные эксплуатационные расходы жидкости или газа и графики их колебаний (суточный, сезонный);
5. Расположение отдельных сооружений объекта (для проектирования расходомеров с дистанционной передачей показаний) и пункт, где надо иметь показание всех или нескольких расходомеров;
6. Избыточное давление или вакуум в трубопроводах объекта;
7. Типы насосных агрегатов (для насосных станций);
8. Степень загрязненности воды или сточной жидкости;
9. Очередность введения отдельных частей и агрегатов объекта в эксплуатацию;
10. Исполнительные чертежи трубопроводов объекта (в условиях проектирования расходомеров для существующих сооружений);
11. Режим работы отдельных трубопроводов объекта, возможность перерывов в их работе, длительность перерывов (как для существующих так и для проектируемых объектов);
12. Стоимость электроэнергии, которая потребляется насосными станциями (для оценки экономичности расходомеров).
2. Скоростные счетчики жидкости
Принцип действия этих счетчиков жидкости основан на измерении количества оборотов вертушки крыльчатой или турбинки, которые вращаются за счет струи жидкости, которая протекает через счетчик.
Ось вертушки крыльчатой или турбинки с помощью передаточного механизма соединена со счетным механизмом, который количество оборотов показывает количество воды, что протекает через счетчик.
За конструктивным выполнением скоростные счетчики делят на две основных группы: крыльчатые и турбинные
В крыльчатых ось вращения крыльчатки перпендикулярна направлению движения жидкости, в турбинных ось вращения турбинки параллельна направлению движения жидкости.
Крыльчатые счетчики воды:
 |
Крыльчатые счетчики воды бывают, как одноструйные так и многоструйные. В крыльчатых одноструйних счетчиках вода (рис. 2.1) подается к крыльчатке одной струёй направленной касательной к окружности какая проходит через центр лопаток крыльчатки (рис. 2.1).
Рис 2.1 Схематический разрез крыльчатого одноструйного счетчика воды.
1 - крыльчатка; 2 - камера; 3 - агатовый подшипник; 4 - исходный патрубок; 5 - редуктор; 6 - счетный механизм; 7 - циферблат; 8 - крышка; 9 - корпус; 10 - сальник; 11 - лопасть регулятора.
 |
Рис. 2.2 Схема движения жидкости в одноструйных счетчиках.
 |
В многоструйных счетчиках (рис. 2.3) вода с помощью направляющего аппарата привстает к крыльчатке несколькими ручьями, равномерно распределенными по кругу (рис. 2.4).
Рис. 2.3. Разрез крыльчатого многоструйного счетчика воды.
1 - корпус; 2 - крышка корпуса; 3 - крышка циферблата; 4 - счетный механизм; 5 - редуктор; 6 - камера крыльчатки; 7 - крыльчатка; 8 – фильтр;
9 - регулятор;
 |
Многоструйные и одноструйные счетчики воды имеют свои преимущества и недостатки. Одноструйные счетчики проще, конструктивно меньше деталей, меньшие габаритные размеры и масса. Они менее извиняют к качеству воды, чем многоструйные. Недостатком одноструйных счетчиков является неравномерная (односторонняя) нагрузка на ось крыльчатки.
Рис. 2.4. Схема движения жидкости в многоструйных счетчиках.
Вследствие этого ось и опорный подшипник чаще выходят из строя.
Многоструйные счетчики воды не имеют указанных недостатков, но наличие направляющего аппарата с небольшими отверстиями приводят к другому недостатку: при засорении одного или нескольких отверстий распределение ручей и их действие на крыльчатку изменяется, что ведет к погрешности в измерениях.
Многоструйные счетчики более чувствительны к загрязненной воде, более сложные в изготовлении.
Крыльчатые счетчики подразделяют на "Сухоходы" и "Мокроходы". У счетчиков - сухо ходов счетный механизм отделен от редуктора водопроницаемой перегородкой, а ось последней шестерни редуктора соединена со счетным механизмом через сальник, или магнитную муфту.
У счетчиков - мокроходов редуктор и счетный механизм выполнены в одном блоке, который находится в корпусе счетчика-мокрохода перекрыт толстым стеклом (рис. 2.6) которое выдерживает давление воды в трубопроводе, где стоит счетчик.
 |
Рис. 2.5. Крыльчатый счетчик - мокроход.
1 - корпус; 2 - камера измерительного устройства; 3 - откалиброванный зазор;
4 - чашка; 5 - камера счетного механизма; 6 - прокладки; 7 - гайка; 8 - стекло;
9 - циферблат; 10 - редукторно-счетный механизм; 11 - вал; 12 - измерительное устройство.
Счетчики - мокроходы имеют меньше детали и все они находятся в одинаковых условиях, а отсутствие сальника или магнитной муфты обеспечивают большую чувствительность и надежность счетчика.
Недостатком счетчиков-мокроходов является то что они в следствие осадков, которые выделяются из воды, засоряется циферблат и делать отсчет показаний становится невозможным, потому счетчик снимают и чистят.
За допустимой максимальной температурой воды распределяют счетчики холодной и горячей воды. В счетчиках горячей воды, к 400С, крыльчатка изготовлена из пластмассы. В счетчиках горячей воды, к 900С, крыльчатка изготовлена из латуни.
ДЄСТ устанавливает такие основные характеристики крыльчатых счетчиков воды:
- номинальный, то есть наибольшая затрата м3/год, при которой обеспечивается длительная бесперебойная работа механизмов счетчика. Потери напора при этой затрате не превышают 1 м.вд.ст.;
- порог чувствительности - это расход, м3/год, отвечает началу бесперебойных показаний счетчика;
- нижний предел измерения, это и наивысшая затрата, м3/год, при которой счетчик начинает давать показание с допустимой погрешностью;
- верхний предел измерения - наибольшая затрата, м3/год, которая допускается лишь на короткий срок времени работы счетчика (в сумме не больше часа за сутки).
Пример перечисленных параметров счетчиков приведены в дополнениях. Кроме надежности основными показателями качества счетчиков является точность. ДЄСТ устанавливает такие требования к точности крыльчатых счетчиков холодной воды в зависимости от затраты: погрешность измерения отнесена к действительному количеству воды, которое прошло через счетчик за произвольный отрезок времени, должна складывать не больше 2% при затрате более 10% наибольших и не больше 5% при меньших расходах.
Такие требования объясняет характер кривой погрешности скоростных счетчиков (рис. 2.6.), которая зависит от гидромеханических свойств крыльчатки и механизма счетчика.
Большая погрешность возникает при небольшой затрате (к 10% наибольшей затраты).
Важным показателем счетчиков является удобство считывания показаний. Для счетчиков холодной воды регламентированы стрелково-роликовые и ролику указатель.
 |
Рис. 2.6. График изменения погрешности крыльчатых счетчиков воды.
1 - наименьший расход; 2 - предел работы счетчика с номинальной погрешностью 5%; 3 - наибольший расход.
Одним из недостатков крыльчатых счетчиков-сухоходов было наличие сальника, который вызывает лишь механическое сопротивление, в случае порчи сальника вода попадает в счетный механизм.
Этот недостаток был устранен в новых конструкциях в которых сальник замешен магнитной муфтой. В этой муфте ведущая часть расположена в редукторе и отделена от ведомой части водонепроницаемой перегородко. Из немагнитного метала.
Крыльчатые счетчики применяют для учета количества воды, которое потребляют обитаемые дома, небольшие цеха и предприятия.
Турбинные счетчики воды.
Основной частью турбинных счетчиков воды (рис. 2.7.) является турбинка с осью вращения, параллельно направлению движения воды и расположены по оси патрубка счетчика. Диаметр лопастей турбинки несколько меньше диаметр патрубка.
Турбинные счетчики выполняют с механизмом выполняют с механизмом который вынимают, или с механизмом который является одним целым с корпусом счетчика. Первые выполняют с условным проходом 50 и 80 мм, а вторые с условным подходом 100, 150 и 200 мм Турбинные счетчики с механизмом что вынимают можно ремонтировать без демонтажа счетчика.
Рис. 2.7. Схематический разрез турбинного счетчика воды.
1 - турбинка; 2 - корпус; 3 - лопасть регулятора; 4 - струевыпрямитель;
5 - редуктор; 6 - механизм счетчика; 7,8 - стрелки; 9 - крышка стекла; 10 - ось червячной шестерни; 11 - упрямый подшипник; 12 - червячный винт.
Турбинные счетчики воды, как и крыльчатые, используют для учета холодной воды (к 400С) и горячей (к 900С) воды. В первом случае турбинка изготовлена из пластмассы, а во втором из латуни.
Государственным стандартом предусмотрены основные характеристики счетчиков: порог чувствительности, наименьший расход, номинальная (наибольший эксплуатационный) расход, кратковременный (пиковый) расход, максимальный расход за сутки.
Таблица 2.1. Значения основных параметров турбінних лічильників води.
| Основные параметры | Диаметры условных проходов, мм | |||
| Расход, м3/год: | ||||
| Наименьший эксплуатационный | 1,6 | 3,0 | 4,5 | 7,0 |
| Наибольший эксплуатационный | ||||
Предельные расходы, в которых основная погрешность не больше  5% м3/год
| 4 и выше | 10 и выше | 15 и выше | 30 и выше |
| Расход при потери давления не больше 0,01 Мпа (0,1 кг/см2), м3/год | ||||
| Кратковременный (пиковый) расход (не больше 1 часа в сутки), м3/год | ||||
| Наибольшие нагрузки по расходу на протяжении суток | ||||
| Рабочее давление Мпа (кг/см2) | 1(10) | 1(10) | 1(10) | 1(10) |
| Габаритные размеры: мм | ||||
| Длина | ||||
| Ширина | ||||
| Высота | ||||
| Масса, кг | 9,7 | 14,4 | 14,7 | 25,0 |
Турбинные счетчики применяют для учета воды, которую подают в отдельные дома, на предприятия с большими расходами воды, или для учета воды, которую подают небольшие насосные станции.
Выбор скоростных счетчиков воды.
Выбирая скоростные счетчики, надо решать, счетчик какого типа и условного прохода будет отвечать расчетным расходам и какие будут потери.
Другие конструктивные решения при изготовленные счетчиков.
Надо иметь в виду, что при большом преимуществе турбинные счетчики имеют конкретные недостатки. Для их использования необходимо обеспечить постоянную эпюру скоростей в поперечном сечении набегающего потока, за счет или прямых участков трубопровода к и потом расходомера, или за счет выравнивателей, струй которые изготовляют в виде пакета малого диаметра, которые монтируют перед расходомером. Турбинные расходомеры очень чувствительные к изменению вязкости жидкости, которую контролируют, а также к загрязнениям жидкости (теряет при этом возможность работать).
После турбинных расходомеров распространены шариковые.
Шариковыми называют тахоометричными расходомерами в которых элементом который двигается это шарик. Шарик при этом двигается перпендикулярно или параллельно жидкости.
ПОСТОЯННОГО ПЕРЕПАДА ДАВЛЕНИЯ
Расходомеры постоянного перепада давления относятся к группе расходомеров обтекания, то есть расходомеров, основанных на зависимости перемещения тела, воспринимающего динамическое давление его потока, которое обтекает, от затраты измеряемой среды. В этих расходомерах измерительный орган - вертикальное тело, которое перемещается(поплавок, клапан), - в зависимости от затраты изменяет площадь проходного отверстия таким образом, что перепад давления по обеих его сторон остается постоянным.
Самыми распространенными расходомерами постоянного перепада являются ротаметры, в которых измерительным органом служит поплавок, который перемещается внутри конической трубки.
Конструктивно различают группы ротаметров - со стеклянной и металлической трубкой. Кроме того, в каждой из этих групп ротаметры различают по форме поплавков, устройствам для подведения и отвода измеряемой среды, способам отсчета показаний и других конструктивных признаков.
Для измерения затраты при больших давлениях, а также при необходимости дистанционного измерения применяют ротаметры с металлическими трубками (рис.5). Поплавок этого ротаметра имеет хвостовик-показатель. Показание ротаметра можно отчислять с помощью устройства, аналогичного водомерному стеклу и рассчитанного на большое давление. Ротаметр этого типа удобен и тем, что его можно устанавливать на горизонтальном трубопроводе.
Рис. 4. Ротаметры с металлической трубкой и хвостовиком-показателем на поплавке:
1 - исходный патрубок; 2 - корпус; 3 - крышка; 4 - пробка для выпуска воздуха; 5 - конусная трубка;
6 - поплавок; 7 - входной патрубок; 8 - крышка стекла; 9 - хвостовик; 10 - показатель.
Стеклянные ротаметры можно применять для измерения затраты при относительно низких избыточных давлениях - до 0,5-1 М Па(5-30 кгс/см2) в зависимости от диаметра стеклянной трубки.
Металлический ротаметр типа РЕ(РЕВ) (рис. 5), а точнее поплавковий расходомер, в отличие от предыдущих ротаметров имеет цилиндрическую трубку, а рабочим органом его служит конический поплавок, на котором укрепленный шток с плунжером индукционной катушки.
Рис.5. Расходомер типа РЕВ
1 - входной патрубок; 2 - седло; 3 - поплавок; 4 - ограничение; 5 - плунжер;
6 - катушка дифтрансформатора; 7 - исходный патрубок.
Конфигурация поплавка, размеры седла и трубки подобраны так, что подъем(ход) поплавка пропорционален затрате. Ротаметры типа РЕД комплектуются вторичными приборами дифференциально-трансформаторной системы, например типа ДС, КСД-2 и тому подобное.