Рациональная эксплуатация современных насосных станций немыслима без применения соответствующих приборов, служащих для контроля и измерения давлений и расходов воды. Данные, полученные по показаниям приборов, позволяют регулировать работу насосных агрегатов для использования их в режимах оптимального к. п. д., вести учет подаваемой воды и предупреждать ее потери.
Эксплуатационный персонал должен знать устройство и правила использования приборов. При отсутствии таких знаний могут возникнуть осложнения в наладке оборудования насосных станций.
Приборы для измерения давления. Как известно, кроме давлений, возникающих от действия различных сил, все тела на земле испытывают давление окружающего воздуха, которое называется атмосферным давлением. В связи с этим существует два понятия; абсолютное давление и избыточное давление.
Абсолютное, избыточное и атмосферное давления связаны между собой следующей зависимостью: рабс = ризб + ратм. Избыточное давление может иметь положительное и отрицательное значение. Если из закрытого сосуда, в котором находится атмосферный воздух, удалить часть воздуха, то абсолютное давление внутри сосуда станет меньше атмосферного. Такое состояние называется разрежением и соответствует отрицательному значению избыточного давления. Численно разрежение не может превышать атмосферное давление, оно показывает, насколько абсолютное давление внутри сосуда меньше атмосферного.
Приборы, применяемые для измерения положительного избыточного давления, называются манометрами, а приборы, измеряющие разрежение (отрицательное избыточное давление), — вакуумметрами. Универсальные приборы, предназначенные для измерения давления и разрежения, называются мановакуумметрами.
По принципу действия приборы для измерения давления подразделяют на жидкостные, пружинные и поршневые. В жидкостных манометрах измеряемое давление определяется величиной уравновешивающего столба Жидкости, в пружинных — величиной деформации трубчатой пружины, в поршневых — величиной силы, действующей на поршень определенного сечения для уравновешивания этого давления.
Поршневые манометры обладают повышенной точностью; их используют как поверочные приборы.
В сельском хозяйстве наиболее распространены пружинные манометры. Манометры этого типа имеют большой диапазон измерения, просты по устройству и надежны в эксплуатации.
Класс точности приборов определяется величиной допустимой погрешности в измерении. По классу точности пружинные манометры разделяют на технические, контрольные и образцовые. Технические манометры имеют классы точности 1,5; 2,5; 4,0; контрольные манометры—0,5 и 1,0; образцовые манометры—0,16 и 0,45.
Образцовые манометры применяют преимущественно при стендовых испытаниях насосов в лабораториях, а контрольные— для проверки технических (рабочих) манометров на месте установки в эксплуатационных условиях.
Основным рабочим органом манометра является чувствительный элемент в виде трубчатой пружины, один из концов которой впаян в держатель, а в ее свободный конец впаян наконечник, шарнирно соединенный с передаточным механизмом, укрепленным в верхней части держателя. Нижний конец держателя снабжен штуцером, служащим для соединения манометра с источником давления.
Принцип действия пружинного манометра основан на деформации трубчатой пружины. При повышении давления внутри пружины она разгибается и через передаточный механизм поворачивает указательную стрелку манометра. Угол поворота стрелки пропорционален деформации пружины и, следовательно, измеряемому давлению. При снятии давления пружина под действием внутренних упругих сил приобретает первоначальную форму.
Избыточное давление по шкале технических и контрольных манометров отсчитывают в килограмм-силе на квадратный сантиметр (кгс/см2). Шкалы образцовых манометров имеют на дуге в 300° деления через 1°. Для перевода делений шкалы в единицы давления пользуются таблицей, которая приводится в поверочном свидетельстве на образцовый манометр.
Вакуумметр устроен аналогично манометру, но трубчатая пружина вакуумметра в отличие от пружины манометра под действием разрежения не разгибается, а, наоборот, еще больше сгибается, так как наружное давление воздуха больше внутреннего. Шкала вакуумметров градуирована в мм рт. ст.; предельное значение шкалы — 760 мм рт. ст.
Мановакуумметры имеют двустороннюю шкалу: слева от нулевой отметки отсчитывают разрежение, с правой стороны — избыточное давление.
Манометры с трубчатой пружиной изготовляют для технических измерений в следующих модификациях: без контрольной стрелки, с контрольной стрелкой, с электроконтактным устройством.
В манометре с контрольной (красной) стрелкой последнюю укрепляют с небольшой затяжкой под указательной стрелкой. При повышении давления контрольная стрелка вместе с указательной перемещается вперед по шкале, при обратном ходе при понижении давления контрольная стрелка остается на месте и отмечает максимальное давление, сообщенное манометру. Возвращают контрольную стрелку специальным приспособлением, встроенным в манометр.
При автоматизации работы насосных агрегатов применяют электроконтактные манометры типа ЭКМ. В электроконтактном манометре имеется два передвижных контакта, которые могут устанавливаться на любых двух делениях шкалы прибора для минимальной и максимальной сигнализации. Контакты устанавливают специальным ключом, вставляемым в гнездо поводка, укрепленного в центре стекла манометра.
Замыкающий контакт связан с указательной стрелкой и замыкает один из передвижных контактов при достижении заданных значений рабочего давления. При замыкании контактов манометр передает электрический импульс исполнительному прибору (например, магнитному пускателю), который включает или отключает электродвигатель насоса от питающей сети.
На насосных станциях применяют манометры различных марок. Манометры контрольные однострелочные типа МКО класса точности 0,5 имеют следующие пределы показаний: 0—0,6; 0—1; 0—1,6; 0—2,5; 0—4; 0—6; 0— 10; 0—25; 0—40; 0—60; 0—100 кгс/см2.
Манометры технические общего назначения с диаметром корпуса 60 мм изготовляют на верхние пределы измерений —1; 1,6; 2,5; 4; 6; 10; 16; 25; 40; 60; 100; 160; 250; 400 кгс/см2.
Электроконтактные манометры модели 1401 имеют пределы показаний по шкале — от 0 до 1; 1,6; 2,5; 4; 6; 10; 16; 25; 40 и 60 кгс/см2.
Мановакуумметры с корпусом диаметром 60 мм по манометрической части шкалы имеют пределы измерений1—1; 1,6; 2,5; 4; 6 и 10 кгс/см2.
При измерении давлений агрессивных жидкостей (например, жидкий хлор) применяют мембранные манометры. Мембранный манометр отличается от пружинного тем, что между фланцами мембранной коробки, которая составляет одно целое с корпусом манометра, закреплена мембрана, выполненная в виде гладкой или гофрированной пластины. Мембрана приварена к верхнему фланцу, с которым соединен манометр. Внутренняя полость пружины манометра и пространство, ограниченное мембраной, заполняют кремнийорганической жидкостью. Под воздействием измеряемого давления мембрана прогибается и через жидкость передает давление трубчатой пружине.
Манометры выбирают по предельно допустимому рабочему давлению. При эксплуатации манометров предельно допустимое рабочее давление не должно превышать 3/4 верхнего предела измерений.
Пружинные манометры, вакуумметры и мановакуум-метры присоединяют к источнику давления при помощи импульсной трубки. Между импульсной трубкой и манометром устанавливают трехходовой продувочный кран. Часто кран снабжают дополнительным отверстием с резьбой для подключения контрольного манометра при периодических поверках.
При ввертывании манометра в наконечник импульсной трубки пользуются гаечным ключом, так как прикладывание усилия к его корпусу может нарушить регулировку измерительного механизма вследствие деформации корпуса. Между штуцером манометра и наконечником импульсной трубки зажимается уплотняющая прокладка. При измерении давления горячей воды или пара импульсную трубку выполняют в виде кольца (сифонная трубка), что предохраняет измерительный механизм прибора от перегрева.
Согласно действующей инструкции Комитета стандартов, мер и измерительных приборов при Совете Министров СССР, манометры, вакуумметры и мановакуумметры должны проверять на соответствие их требованиям стандарта не реже двух раз в год. Периодическая поверка имеет целью исключить использование приборов с погрешностью, превышающей допустимую, и выявить неисправные приборы.
Приборы для измерения расхода воды, протекающей по трубопроводу, называют водомерами или расходомерами и подразделяют на два основных типа.
- Водомеры, измеряющие количество воды, протекающей через трубопровод за любой промежуток времени, относятся к приборам суммирующего типа; они снабжены счетным механизмом. При этом результат измерения выражается непосредственно в единицах объема — м3.
- Водомеры, измеряющие мгновенный расход воды, относятся к показывающим приборам. Результат измерения показывает, какое количество воды протекает через трубопровод в единицу времени при существующей в данный момент скорости движения воды (м3/с, л/с). При установке счетного механизма водомер может измерять суммарный объем воды, протекающей через трубопровод за любой промежуток времени.
Водомеры, измеряющие количество воды, делятся на три группы: скоростные, объемные и весовые. На насосных станциях в сельском хозяйстве наибольшее распространение получили скоростные водомеры.
Скоростные водомеры устанавливают в закрытых трубопроводах, и вода, поступающая в прибор, находится под давлением. Водомеры присоединяют так, чтобы весь измеряемый поток проходил через прибор.
Принцип действия скоростных водомеров основан на том, что протекающий через прибор поток приводит во вращение ротор, частота вращения которого пропорциональна скорости протекания воды и, следовательно, ее расходу. С осью ротора связан механизм для подсчета числа его оборотов, благодаря чему на циферблате водомера отсчитывается количество протекающей через прибор воды.
Если счетный механизм изолирован от воды, то водомер называется сухоходом, если не изолирован, то мокроходом. В мокроходах циферблат счетного механизма закрыт толстым стеклом, воспринимающим давление воды в корпусе водомера.
Скоростные водомеры разделяют на крыльчатые (ВК), у которых ось вращения крыльчатки расположена перпендикулярно движению потока, и с вертушкой (ВВ), выполненной в виде турбины, ось вращения которой расположена параллельно направлению движения потока. В крыльчатых водомерах подвод струи к крыльчатке может осуществляться одной струей или несколькими равномерно распределенными струйками. Многоструйные крыльчатые водомеры имеют марку ВКМ.
Счетные механизмы водомеров и соответствующие им циферблаты делят на стрелочные и роликовые. Стрелочный циферблат имеет одну большую круговую шкалу, внутри которой помещено пять малых круговых шкал. На каждой из шкал указана цена деления. Роликовый циферблат имеет большую круговую шкалу и несколько роликов с цифрами от 0 до 9. Для отсчета показаний в циферблате сделаны прямоугольные отверстия. Так как учет расхода воды обычно ведется в м3, то шкалу с делениями в долях м3 используют для поверки.
Скоростные водомеры характеризуются следующими основными параметрами.
Калибр — это диаметр условного прохода (в мм) входного патрубка водомера. В настоящее время выпускаются водомеры следующих калибров: 15, 20, 25, 32, 40, 50, 60, 70, 80, 100, 125, 150, 200, 250, 300 и 400 мм.
Номинальный расход — наибольший длительный расход, при котором погрешность показаний водомера не выходит из установленных норм.
Характерный расход, т. е. такой часовой расход, при котором потеря напора в водомере равна 10 м вод. ст.
Нижний предел измерений — наименьший расход, при котором водомер начинает давать показания с допустимой погрешностью.
Верхний предел измерений — наибольший расход, допустимый в течение 1 ч за сутки.
Выбирают водомер обычно по двум основным параметрам: калибру и номинальному расходу. Характерный расход — величина условная и служит для оценки различных конструкций водомеров.
Крыльчатые водомеры с калибрами 15, 20, 25, 32 и 40 мм изготовляют соответственно на номинальные расходы 1; 1,6; 2,5; 4 и 6,3 м3/ч. Турбинные водомеры с калибрами 50, 80, 100, 150 и 200 мм соответственно на 15, 45, 75, 160 и 265 м3/ч.
Для присоединения к трубопроводу корпус водомера имеет патрубки с резьбой, на которые навинчивают фланцы или укрепляют посредством накидных гаек штуцеры с трубной резьбой. Головка водомера герметически закрывает корпус и закрепляет в нем счетный и передаточный механизмы. Откидная крышка головки служит для предохранения стекла, укрепленного в верхней части головки над циферблатом. На корпусе водомера имеется стрелка, указывающая направление движения потока.
Скоростные водомеры следует монтировать с учетом следующих рекомендаций: крыльчатые водомеры устанавливать только горизонтально так, чтобы циферблат был расположен вверху, а турбинные водомеры можно устанавливать горизонтально, наклонно и вертикально. При наклонном и вертикальном расположении вода в водомер должна поступать снизу вверх.
При установке необходимо обеспечить, чтобы водомер был полностью заполнен водой. Поэтому, когда прибор монтируют на самотечных трубопроводах с частично заполненным сечением, его необходимо устанавливать ниже трубы. При работе прибора на слив воды к нему присоединяют колена, чтобы прибор всегда работал, полностью заполненный водой.
Несмотря на то что все водомеры имеют струевыпрямители, конфигурация трубопровода и наличие в нем арматуры могут влиять на точность показаний. Водомер рекомендуется устанавливать по возможности в тех местах,, где перед ним не стоит задвижка, угольник или обратный клапан. Перед водомером должен быть прямой участок трубы длиной не менее 8—10 диаметров трубопровода, а за водомером — длиной 4—5 диаметров. Эксплуатация скоростных водомеров сводится к своевременному снятию показаний с занесением их в журнах и проведению поверок в специальных мастерских не реже одного раза в 2 года.
Для измерения мгновенного расхода воды чаще всего пользуются водомерами переменного перепада. Принцип работы водомера основан на измерении перепада давления, образующегося при протекании воды через сужающее устройство.
Установка для измерения расхода по перепаду давления состоит из установленного в трубопроводе устройства для сужения сечения потока, служащего источником перепада давления, прибора для замера перепада давления и соединительных трубок.
