3.4 Погружные преобразователи скорости потока ПРБ-n

Преобразователи расхода жидкости для труб большого диаметра используют погружные преобразователи скорости потока (рисунок 4), принцип действия которых основан на явлении электромагнитной индукции.

Рисунок 4 — Устройство преобразователя скорости.

При взаимодействии магнитного поля, создаваемого катушкой возбуждения, с движущейся электропроводной жидкостью наводится ЭДС электромагнитной индукции, пропорциональная местной скорости потока. ЭДС снимается электродами, расположенными в торце преобразователя расхода. Сигнал подается в электронный блок (ЭБ), где вычисляется по методу «площадь – скорость» расход и объем жидкости, прошедшей через сечение трубопровода.

Метод измерения объемного расхода Gv «площадь-скорость» применяется для трубопроводов диаметром не менее 300 мм и основан на измерении локальной (местной) скорости v в одной установленной точке поперечного сечения по уравнению:

где α – коэффициент, связывающий локальную скорость со средней; S – площадь поперечного сечения трубопровода, причем α является функцией числа Рейнольдса Re=ρvсрD/μ, где μ коэффициент динамической вязкости, D – внутренний диаметр трубопровода, vср – средняя скорость потока в измерительном сечении.

При Y = 0,242⋅R и Y = R, где Y – расстояние по радиусу от внутренней стенки трубопровода до точки измерения локальной скорости, коэффициент α определяется согласно ГОСТ 8.361. При других значениях Y коэффициент α вычисляется по формуле Никурадзе:

где R – внутренний радиус трубопровода в измерительном сечении;

n - показатель степени профиля скоростей потока, являющийся полиномом от логарифма числа Рейнольдса, т.е. n = k –k1(lnRe) + k2(lnRe)2, где k, k1, k2 – коэффициенты, зависящие от граничных условий.

Объем среды V, прошедший по трубопроводу, определяется интегрированием объемного расхода Gv по времени τ в вычислительном устройстве за промежуток от τ 0 — начала до τ 1 — окончания отчетного периода:

Определение массового расхода Gm производится по формуле:

где ρ (Р, t) — плотность как функция давления и температуры.

Определение массы среды М, прошедшей по трубопроводу за отчетный период от τ 0 — начала, до τ 1 — окончания, осуществляется по формуле:

Для уменьшения влияния асимметрии профиля скорости потока, число датчиков скорости выбирают кратным 3, а преобразователь скорости потока (ПС) устанавливают равномерно по окружности, опоясывающей измерительное сечение.

ПС представляет собой датчик скорости и электронный блок. Датчик скорости через шлюзовую камеру устанавливается в патрубок, вваренный в трубу. Внешний вид преобразователя скорости показан на рисунке 5.

Рисунок 5 — Внешний вид преобразователя скорости ПРБ.

Модуль ПРБ-3 строится на основе трёх независимых преобразователей скорости.

Каждый преобразователь скорости из состава ПРБ-3 (рисунок 6) обслуживается отдельным электронным блоком. Данные с электронного блока обрабатываются вычислителем с учетом внутреннего диаметра трубопровода (D), диаметра (d), геометрической (h) и эффективной (Y) глубины погружения преобразователей. На основании этих данных вычисляются три значения средней скорости потока. Итоговый расход вычисляется как среднее арифметическое трех скоростей, умноженное на площадь эффективного сечения трубопровода.

Рисунок 6 — Преобразователь скорости ПРБ-3.

Все электронные блоки преобразователей скорости по каналу RS-485 передают данные об измеренных величинах в ВБ, где происходит окончательное вычисление объёмного расхода по приведённым выше формулам.