СКАЧАТЬ:  kursovaya-tsa.zip [2,1 Mb] (cкачиваний: 239)

Содержание.

Введение. 2

Описание расходомера НОРД-М. 5

Технические характеристики. 7

Устройство и работа. 9

Расчетная часть. 13

Выбор основных параметров аксиальных турбинок. 13

Заключение. 18

Список использованной литературы. 19

Приложение 1. 20

Введение. 

Общая характеристика тахометрических расходомеров и счетчиков

Тахометрическими называются расходомеры и счет­чики, имеющие подвижной, обычно вращающийся элемент, ско-8ость движения которого пропорциональна объемному расходу, ни подразделяются на турбинные, шариковые, роторно-шаровые и камерные.

Измеряя скорость движения подвижного элемента, получаем расходомер, а измеряя общее число оборотов (или ходов) его — счетчик количества (объем или массу) прошедшего вещества. Счетчики воды и газа давно получили широкое распространение, так как для этого надо лишь соединить вал турбинки или другого преобразователя расхода через зубчатый редуктор со счетным механизмом. Для создания же тахометрического расходомера скорость движения элемента надо предварительно преобразовать в сигнал, пропорциональный расходу и удобный для измерения. В этом случае необходим двухступенчатый преобразователь рас­хода. Его первая ступень — турбинка, шарик или другой эле­мент, скорость движения которого пропорциональна объемному расходу, а вторая ступень — тахометрический преобразователь, вырабатывающий измерительный сигнал, обычно частоту элек­трических импульсов, пропорциональную скорости движения тела. Здесь измерительным прибором будет электрический часто­томер: цифровой или аналоговый. Если его дополнить счетчиком электрических импульсов, то получим наряду с измерением рас­хода также и измерение количества прошедшего вещества.

         Тахометрические расходомеры появились значительно позже упомянутых ранее счетчиков количества жидкости и газа и не получили еще столь широкого распространения. Их существенные достоин­ства — быстродействие, высокая точность и большой диапазон измерения. Так, если погрешность турбинных счетчиков воды (ось которых через редуктор связана со счетным механизмом) равна ±2%, то у измерителей количества, имеющих тахометрический преобразователь, эта погрешность снижается до ±0,5 %. Причина в том, что этот преобразователь почти не нагружает ось турбинки в отличие от редуктора и счетного механизма. Погрешность же турбинного расходомера от 0,5 до 1,5 % в за­висимости от точности примененного частотомера.

Турбинные тахометрические расходомеры и счетчики коли­чества могут изготовляться для труб диаметром от 4 до 750 мм 1481, для давлений до 250 МПа и температур от —240 до +700°С. У нас турбинные приборы применяются преимуще­ственно для измерения расхода и количества воды, различных нефтепродуктов и других жидкостей. На Ивано-Франковском заводе начато их производство и для измерения расхода газа. .Основной недостаток турбинных расходомеров — изнашивание опор и поэтому они непригодны для веществ, содержащих механи­ческие примеси. Кроме того, с увеличением вязкости вещества диапазон линейной характеристики уменьшается, что исключает их применение для очень вязких веществ. Но смазывающая спо­собность измеряемого вещества желательна для турбинных рас­ходомеров. Это делает их более пригодными для жидкостей, чем для газов.

Иногда для измерения расхода в трубах большого диаметра применяют маленькие турбинки. занимающие небольшую часть площади сечения трубы. С помощью реечной штанги они вводятся в центр или другую точку сечения потока. Погрешность измерения расхода   ориентировочно   ±5% . 

Шариковые расходомеры появились позднее турбинных. Они служат для измерения расхода жидкостей, главным образом воды, в трубах диаметром до 150—200 мм. Их важное достоинство — возможность  работы  на  загрязненных средах.

Роторно-шаровые расходомеры появились сравнительно не­давно и пока не получили широкого применения.

Камерные приборы как счетчики жидкости и газа наряду с турбинными применяются очень давно. Ранее их называли объ­емными приборами. Они отличаются большим разнообразием подвижных   элементов,   дающих   наименование   разновидностям этих приборов: роторные, поршневые, дисковые, с овальными ше­стернями, лопастные, винтовые и т. д. По сравнению с турбин­ными и шариковыми счетчиками количества они могут обеспечить большую точность и больший диапазон измерения. Так. несмотря на связь вала подвижного элемента с редуктором и счетным меха­низмом погрешность у некоторых из них составляет всего ±(0,2 - 0,5) %. Кроме того, камерные счетчики пригодны для измере­ния количества жидкости практически любой вязкости, в том Числе и очень большой. Но они чувствительны к загрязнениям и меха­ническим примесям. В подавляющем большинстве камерные при­боры изготовляются без тахометрических преобразователей и поэтому применяются только для измерения количества, а не расхода.

При необходимости иметь результаты измерения турбинными, шариковыми и камерными приборами в единицах массы их до­полняют устройствами, корректирующими показания в зависи­мости от плотности измеряемого вещества или только от темпера­туры — для  жидкостей.

Турбинные преобразователи расхода могут быть с аксиальной и с тангенциальной турбинкой. У первых лопасти расположены по винтовой линии, а ось совпадает с осью потока. У вторых ось перпендикулярна к направлению потока, а прямые лопасти расположены радиально по отношению к оси.

Аксиальные турбинки встречаются чаще, чем тангенциальные. Последние при­меняют лишь при небольших диаметрах труб, обычно до 50 мм.

         В данной работе мы рассмотрим турбинный расходомер Норд-М.

Описание расходомера НОРД-М. 

Назначение изделия

         Счетчики турбинные НОРД-М (в дальнейшем - счетчики) предназначены для измерения объема, нефти, нефтепродуктов и других нейтральных к сталям 20X13 и 12X18H10T  жидкостей.

Область применения счетчиков - технологические установки нефтедобываю­щих и нефтеперерабатывающих предприятий.Счетчик (рисунок 1) состоит из следующих составных частей:

- преобразователя турбинного (в дальнейшем - преобразователь);

- магнитоиндукционного датчика НОРД-И2У-02 или НОРД-И2У-04 (в дальнейшем - датчик);

- электронного блока НОРД-ЭЗМ III исполнения или блока обработки данных «VEGA-03» (в дальнейшем - блок НОРД-ЭЗМ, блок VEGA-03).

Преобразователи с датчиками предназначены для установки во взрывоопасных зонах помещений и наружных установок согласно маркировке взрывозащиты, тре­бованиям гл. 7.3 ПУЭ (изд. 6) и другим нормативным документам, регламентирую­щим применение электрооборудования во взрывоопасных зонах.

Датчики имеют взрывобезопасный уровень взрывозащиты с видом взрывоза­щиты «взрывонепроницаемая оболочка» по ГОСТ Р 51330.1 и маркировку по ГОСТ Р 51330.0.

Измеряемая среда - нефть и нефтепродукты:

- температура от + 5 до +50°С

- кинематическая вязкость (1 - 20) • 10⁶ м²/с;

- содержание сернистых соединений по весу не более 3 %;

- размеры механических примесей не более 4 мм;

- содержание свободного газа не допускается.

Окружающая среда:

1) температура для:

- преобразователя и датчика от -50 до +50°С;

- блока НОРД-ЭЗМ и блока VEGA-03 от +5 до +40°С:

2) относительная влажность для:

- преобразователя и датчика ( 95 ± 3) % при температуре - 35°С;

- блоков НОРД-ЭЗМ и VEGA-03 (95 ± 3) % при температуре + 30°С;

                    - турбинный преобразователь;

                    - датчик магнитоиндукционный НОРД-И2У-02 или НОРД-И2У-04;

                    - блок обработки данных "VEGA-03";

                    - блок электронный НОРД-ЭЗМ III исполнения.

Рисунок 1- Счетчик турбинный НОРД-М

Технические характеристики. 

Счетчики в зависимости от условного прохода (DN), условного давления (PN) преобразователей имеют исполнения, приведенные в таблице 1.Основные параметры и размеры преобразователей приведены в таблице 1

Таблица 1.

Минимальный объем, измеряемый счетчиком, не менее 1000 • g - при комплектовании блоком НОРД-ЭЗМ, 100000 * g - при комплектовании блоком VEGA-03, где g - цена единицы наименьшего разряда отсчетного устройства канала измерений объема, м³.

Предел относительной погрешности преобразователя:

а) от 20 до 100 % (от максимального расхода):

для преобразователей DN ≤ 80 мм ± 1,4 %

для преобразователей DN ≥ 100 мм ± 0,9 ° о.

б) от 60 до 100 % (от максимального расхода):

для преобразователей DN ^ 80 мм ± 0.9 %:

для преобразователей DN ^ 100 мм ± 0.4%.

в) от 40 до 60%; от 60 до 80 %, от 80 до 100 % ( от максимального расхода ):

- для преобразователя DN = 200 мм ± 0,25 %.

Примечание: 1. Допускаемый предел изменения вязкости измеряемой среды ±2 • 10"6 м2/с. 2.    При     выпуске    из    производства    значение    основной относительной погрешности определяется на воде.

Предел относительной погрешности счетчика, в комплект поставки которого входит блок НОРД-ЭЗМ, в диапазоне расхода:

а)      от 20 до 100 % (от максимального расхода):

- для счетчиков DN ≤ 80 мм ± 1.5 %:

- для счетчиков DN ≥ 100 мм ±1.0 %.

б)      от 60 до 100 % (от максимального расхода ):

для Счетчиков DN ≤ 80 мм ± 1,0 %:

для счетчиков DN ≥ 100 мм ± 0,5 %.

в)      от 40 до 60%; от 60 до 80 %. от 80 до 100 % ( от максимального расхода ):

- для счетчиков DN = 200 мм ± 0,35 %.

Предел относительной погрешности счетчика, в комплект поставки которого входит блок «VEGA-03» в диапазоне расхода от 20 до 100 % ( от максималь­ного расхода) - ± 0,15 %.

Примечание: Метрологические характеристики преобразователя турбинного при выпуске из производства: Среднее квадратичное отклонение случайной составляющей погрешности в точках диапазона расхода: 20, 40, 60, 80. 100 % от максимального, не более ± 0.02 %.

Потеря давления в преобразователе при максимальном рабочем расходе и вязкости жидкости не более 0,05 МПа.

Средняя наработка счетчика на отказ 25000 ч.

Среднее время восстановления работоспособного состояния счетчика не более 8 ч.

Средний срок службы счетчика не менее 6 лет.

Длина   канала  связи   между  блоком  НОРД-ЭЗМ   или   VEGA-03   и
датчиками не более 1000 м.

Устройство и работа. 

Счетчик (см. рисунок 1) состоит из преобразователя 1, датчика 2, закреп­ленного на корпусе преобразователя 1, электронного блока НОРД-ЭЗМ - 4 или бло­ка обработки данных VEGA-03 - 3. соединенного с датчиком кабелем РПШЭ 3×15 ТУ 16-К18.001.

Работа счетчика заключается в следующем:

         а) преобразователь преобразует объем, прошедшей через него рабочей жидко­сти в пропорциональное число оборотов турбинки;

б) датчики преобразуют частоту вращения турбинки преобразователя в электрические импульсы, усиливают их и формируют в прямоугольную форму;

        в) блок НОРД-ЭЗМ производит пересчет электрических импульсов, поступаю­щих от датчика, приводит их в стандартные (именованные) единицы объема, накапливает их на цифровом отсчетном устройстве и выдает на внешние устройства (в систему телемеханики), а также производит индикацию наличия потока.

        г) блок обработки данных VEGA-03 производит пересчет электрических им­
пульсов, поступающих от датчика, приводит их в стандартные (именованные) еди­ницы объема и расхода, накапливает их на цифровом отсчетном устройстве, а также производит автоматическую коррекцию коэффициентов преобразования преобразователя в зависимости от изменения расхода и вязкости рабочей среды.

1 - корпус; 2 - обтекатель входной; 3 - подшипник; 4 - ось; 5 - фланец;

6 - турбинка; 7 - кольцо; 8 - втулка; 9 - обтекатель выходной.

                        Рисунок 2 - Преобразователь турбинный

Индуктивные преобразовате­ли основаны на изменении ин­дуктивности наружной обмотки в зависимости от изменения со­противления ее магнитной цепи, происходящего при вращении турбинки. Индуктивная катушка с железным сердечником, отделен­ная от турбинки диамагнитной стенкой, питается от особого гене­ратора током сравнительно высокой частоты в несколько кило­герц. Во время вращения турбинки при проходе лопастей или других ее элементов из ферромагнитного материала мимо катушки изменяется сопротивление ее магнитной цепи, а значит, и ее индук­тивность, что вызывает периодическое изменение силы тока в обмотке катушки и соответствующее изменение выходного на­пряжения. При этом на выходе получается высокочастотный сиг­нал, модулированный по амплитуде. Глубина модуляции по­стоянна. Демодулятор выделяет из этого сигнала огибающую с постоянной амплитудой, но с переменной частотой, пропорцио­нальной частоте вращения турбинки. Амплитуда сигнала тем больше, чем больше разность сопротивлений магнитной цепи, но тем больше и тормозной момент. Его струк­тура отличается от структуры момента у индукционного преобра­зователя: отсутствуют потери энергии в электрической цепи контура, но потери от вихревых токов и от перемагничивания ферромагнитных масс могут быть больше вследствие высокой частоты тока питания. Для уменьшения суммарных активных по­терь в работе  рекомендуется применять для изготовления турбинки порошкообразные магнитомягкие материалы {напри­мер, ферриты), тормозной момент у индуктивных преобразовате­лей обычно меньше, чем у индукционных.

Рисунок 3. Электрическая схема турбинного расходомера с индуктивным тахометрическим преобразователем.

На рисунке 3 показана электри­ческая схема турбинного расходомера с индуктивным преобразо­вателем. Индуктивная катушка имеет первичную обмотку, питае­мую от генератора Г переменным током частотой 6—8 кГц и две вторичных, включенных навстречу друг другу. Это повышает устойчивость к помехам и действию внешних магнитных полей.

При вращении турбинки Т на выходе катушки получается напряжение U_вых. промоделированное по амплитуде с частотой f, которая равна числу оборотов турбинки в секунду, умноженному на число лопастей. После усилителя-демодулятора УД и фильтра Ф имеем напряжение переменного тока частотой f, которое прохо­дит через усилитель низкой частоты УНЧ и поступает на вход ждущего мультивибратора М. Последний служит для формирова­ния импульсов переключения конденсатора, имеющего емкость С, с заряда на разряд. При этом на нагрузочном сопротивлении R_­н возникает постоянное напряжение Uн, являющееся функцией частоты переключения конденсатора, совпадающей с частотой f выходного сигнала тахометрического преобразователя. Погреш­ность преобразований частоты в напряжение U_н не превышает ±0,4 %. Возможны и другие схемы измерения демодулированного сигнала.

Расчетная часть 

Выбор основных параметров аксиальных турбинок. 

К числу основных параметров аксиальной турбинки относятся: число лопастей z, их высота h, толщина δ и длина l в направлении оси турбинки, угол φ, образуемый лопастями с плоскостью, перпендикулярной к оси турбинки, и зазор h_з, между   корпусом   и  турбинкой.

                         
                                      Рисунок 4                                                                       Рисунок 5

Высота лопастей h = 0.5 (D_В, — D_Н), где D_В и D_Н — верхний и нижний диаметры турбинки соответственно. Высота h должна быть небольшой, чтобы избежать неблагоприятного влияния не­постоянства углов атаки, различия осевых угловых скоростей и явлений, связанных с центробежными силами.

             При небольших диаметрах трубопровода высота h не может быть большой. Здесь лопатки укрепляют непосредственно на ступице (см. рис.4), диаметр которой D_СТ при D_В = 10 мм обычно равен 0,5D_B. Тогда h = 0.5 (D_B — 0,5D_B) = 0,25D_B.

При значитель­ных же диаметрах D_B, лопатки приходится укреплять на ободе (см. рис. 5), диаметр которого достигает (0.8-0.85)D_B. При   этом   h = 0.5 (D_B — 0,8D_B) = 0,1D_B.

Момент сопротивления M_B и момент инерции турбинки воз­растают с увеличением числа z лопастей. Но при слишком ма­лом z возможно уменьшение движущего момента М_Д вследствие недостаточного взаимодействия части струй потока с лопатками. В работе  рекомендуется выбирать z так, чтобы расстояние между лопастями, или иначе, шаг Н лопастей на верхнем диа­метре D_В был не менее высоты h лопастей. Полагая Н = h, полу­чим уравнение  для определения z. Учитывая, что h лежит в пределах (0,25- 0,1) D_В найдем, что с увеличением D_В, число лопастей z возрастает от 12 до 30. На практике ограничи­ваются меньшим числом лопастей — от 4 до 24. При выборе z надо помнить, что моменты M_B и М_Д зависят не просто от z, а от произведения zl, поэтому при уменьшении l надо увеличивать z и наоборот. От значения l зависят густота решетки  и шаговое перекрытие р_Ш= l/Htgφ. С увеличением l возрастают значения как τ так и  р_Ш. Оптимальные значения τ и р_Ш, при ко­торых скольжение, вызываемое моментом M_B минимально, при­ведены  на рис. 6. С учетом других моментов со­противления — M_T и М_П  значения τ и р_Ш, приведенные на рис.  6,   следует  несколько   увеличить.

Осевая длина лопастей l обычно постоянна по высоте, но как показали опыты с турбинкой, имевшей D_В = 100 мм, умень­шение l с увеличением радиуса r при условии lr = const увели­чивает область линейной характеристики в сторону малых чи­сел Re. Толщина δ лопастей должна быть минимальной. Для ло­пастей из стали и алюминиевых сплавов δ составляет 0,8; 1,0 и 2,0 мм для D менее 50 мм, от 50 до 150 мм и свыше 150 мм соот­ветственно.

Степень шероховатости лопастей и форма их входных кромок влияют на показания расходомера. В работе  для облег­чения стандартизации турбинных преобразователей рекомен­дуется иметь хорошо обработанные гладкие лопасти и острые входные кромки. (Последняя рекомендация сомнительна, так как острые  кромки   в  процессе  эксплуатации будут  затупляться).

Весьма важное значение для работы турбинного преобразова­теля расхода имеет установочный угол φ, который образуют ее лопасти с плоскостью, перпендикулярной к оси турбинки. С уве­личением значения φ возрастает чувствительность, но также возрастают момент сопротивления и скольжение S_к. В работе  рекомендуется определять угол φ исходя из минимума отношения , где α= β_ср - φ — угол атаки, которому пропорционален коэффициент подъемной силы. На рис. 7 даны зависимости  от угла φ для разных зна­чений густоты решетки τ. Оптимальные значения углов φ для различных τ лежат на линии 1, соединяющей минимальные точки кривых.

    
                     Рисунок 6                                                              Рисунок 7

 Чем больше густота  τ,  тем ближе φ_опт  лежит к  45°. Но даже и при очень  малой густоте (τ = 0.6)  угол φ_опт  очень мало отличается от 45°.  Кривая 2 дает зависимость φ_опт   от φ.

Пересечение кривых 1 и 2, соответствующе φ = 43° и τ= 0,65, определяет наиболее целесообразные параметры φ и τ. Пологий характер кривых на рис. 149 позволяет допустить небольшие отклонения от φ_опт. Этим объясняется, что различные изготови­тели выбирают φ в пределах 40—50 и даже 55° и при этом полу­чают достаточно хорошие результаты. В одной из работ при испы­тании турбинок диаметром 40 мм было определено, что φ_опт = 52°.

Если перед турбинкой для турбулизации потока находится направляющий аппарат не с прямыми лопатками, а с расположен­ными по винту, которые закручивают поток, то турбинка может иметь или прямые лопасти, параллельные оси или вин­товые, угол наклона которых обычно противоположен углу наклона лопаток направляющего аппарата. Однако имеются конструкции, где наклон направляющих лопаток (угол 35°) и наклон лопастей турбинки (угол 15°) идут в одном напра­влении.

Зазор h_З между корпусом, имеющим диаметр D, и турбинкой определяется формулой h_З= 0,5 (D — D_В). При работе в области больших чисел Re зазор h_З. можно выбирать малым: от 0,01 до 0,02D. Но при очень малом зазоре (h_З = 0,0035D) проявится за­метное влияние профиля скоростей. Малые зазоры способствуют нарушению линейности харак­теристики турбинного преобразователя в области перехода от турбулентного к ламинарному режиму. Поэтому для работы при малых   числах   Re  полезно  увеличивать  зазор до  (0,05÷0,1) D.

Расчет: на основании представленных формул для вычисления основных параметров турбинок, спроектируем турбинку, верхний и нижний диаметр которого равны D_B = 40мм и D_B = 20мм соответственно. Высота h будет вычисляться по формуле  .

Диаметр ступицы будет равен . Рекомендуется выбирать число лопастей так, чтобы шаг лопастей был не менее высоты лопастей, поэтому примем  и получим уравнение , примем z=13. Толщина лопастей для диаметра менее 50мм δ=0,8мм. по рисунку 7 определим наиболее целесообразные параметры густоты решетки τ  и  установочного угла φ. Пересечению кривых 1 и 2 соответствует  и . Далее определим осевую длину лопастей . Шаговое перекрытие будет равно . Зазор между корпусом и турбинкой будет определяться по формуле , но для наименьшей погрешности примем зазор равный .

В ходе вычислений мы получили турбинку с параметрами

.

Заключение 

В данной курсовой работе, я более глубоко ознакомился с принципом работы и действия  счетчика жидкости НОРД-М. Мной были изучены технические, физические и функциональные характеристики прибора. Счетчик предназначен для измерения объемного количества нефти, нефтепродуктов и других, нейтральных к сталям 20X13 и 12X18Н10Т жидкостей. В зависимости от диаметра условного прохода и условного давления имеет 18 исполнений. Область применения: технологические установки нефтедобывающих и нефтеперерабатывающих предприятий. Измеряемая среда - нефть, нефтепродукты и другие жидкости с параметрами:

- температура - от +5 до +50 °С;

- кинематическая вязкость - ( 1 - 20 ) 10-6 м2 /с;

- содержание сернистых соединений по весу, не более 3 %;

Недостатком счетчиков "НОРД-М" является зависимость их показаний от вязкости жидкости, изнашивание опор, желательна смазывающая способность измеряемого вещества.

Список использованной литературы. 

1. Маковский В.А.,Шевцов Е.К Технологические измерения. Техника,1978,-197 c.

2. Г.М. Глинков, В.А. Маковский. Проектирование систем контроля и автоматического регулирования  1986, -352 с.

3. В.П. Преображенский. Теплотехнические измерения и приборы. М; Энергия, 1978, -703 с.

4. Е.К. Шевцов, Справочник по поверке и наладке приборов. — К. «Техніка», 1981 – 206с.

5. Исакович Р.Я., Технологические измерения и приборы.1970,с488.

6. Кремлевский П.П., Расходомеры и счетчики количества. Изд.4, 1989 г., с.701.

7. Петров А.И., Васильевский В.Н. Техника и приборы для измерения расхода жидкости в нефтяных скважинах. М ., изд-во <<Недра>>,1967.

8. Новицкий П.В. Основы информационной теории измерительных устройств. М., изд-во «Энергия», 1968.

9. Исакович Р.Я. Контрольно-измерительные приборы в добычи пефти. М., Гостоптехиздат, 1959.

10. Исакович Р.Я. Нефтепромысловые измерения и приборы. М., изд-во «Недра», 1966.

        11. Павловский А.Н. Измерение расхода и количества жидкостей, газов и пара. М., Машгиз, 1953.

        12. www.schetchik.ru, www.mehanik.ru