Как выбрать расходомер с винтовым ротором, исходя из вязкости среды, расхода и давления?

Расходомеры со спиральным ротором Эти расходомеры стали незаменимыми устройствами для измерения расхода жидкости в таких отраслях, как нефтехимия, перекачка смазочных масел, дозирование топлива, наполнение смолами, смешивание клеев и гидравлические системы. Это обусловлено их принципом объемного измерения, высокой повторяемостью и пригодностью для жидкостей средней и высокой вязкости. При выборе модели нельзя полагаться только на диаметр трубы или максимальный расход; необходимо также учитывать вязкость среды при рабочей температуре, диапазон расхода (от минимального до максимального), рабочее давление системы, допустимые потери давления, а также наличие примесей и температурные условия. В данной статье основное внимание уделяется этим трем ключевым рабочим параметрам, чтобы объяснить, как выбрать наиболее подходящую конфигурацию расходомера с винтовым ротором. Эти расходомеры обычно используются для высокоточных объемных измерений, связанных с жидкостями высокой вязкости, абразивными веществами или наполнителями.

Почему расходомеры с винтовым ротором подходят для вязких жидкостей?

Спиральные роторные расходомеры — это тип объемных расходомеров. Внутри они состоят из одного или нескольких комплектов прецизионно обработанных спиральных роторов. Когда жидкость поступает в измерительную камеру, она непрерывно разделяется на отдельные объемы, образующиеся между роторами и корпусом, и транспортируется к выходному отверстию. Каждый полный оборот соответствует относительно фиксированному объему вытеснения; расходомер рассчитывает мгновенный и суммарный расход, определяя скорость вращения ротора или количество импульсов.

По сравнению с приборами, которые определяют расход на основе скорости или перепада давления, объемные расходомеры, как правило, более эффективно справляются с низкими скоростями потока и высоковязкими жидкостями. Умеренное увеличение вязкости может уменьшить внутренние утечки через зазоры и потенциально повысить объемную эффективность; однако более высокая вязкость не позволяет работать в неограниченном режиме. Повышенная вязкость увеличивает сопротивление ротора и потери давления в расходомере; поэтому выбор должен быть скорректирован (снижен) на основе кривых “расход-вязкость-перепад давления”, предоставленных производителем. Например, некоторые расходомеры с косозубыми шестернями могут измерять вязкость в диапазоне от приблизительно 3 до 300 000 сП, но максимально допустимый расход уменьшается с увеличением вязкости.

Как вязкость среды влияет на выбор модели?

Вязкость является одним из наиболее важных параметров среды при выборе расходомера с винтовым ротором; однако крайне важно учитывать вязкость при фактической рабочей температуре, а не полагаться на значения из технических характеристик, основанные на температуре окружающей среды. Вязкость таких сред, как масла, смолы, клеи и полимеры, значительно изменяется с температурой: вязкость, как правило, уменьшается с повышением температуры, в то время как при понижении температуры она может увеличиваться — или даже приводить к затвердению, кристаллизации или значительному ухудшению текучести.

При выборе расходомера поставщику следует предоставить данные о вязкости для минимальной, нормальной и максимальной рабочих температур; обычно используются единицы измерения мПа·с, сП или сСт. Для жидкостей с плотностью, близкой к 1 г/см³, 1 мПа·с приблизительно равен 1 сП; однако кинематическая вязкость (сСт) и динамическая вязкость (сП) не являются напрямую эквивалентными, поскольку их соотношение зависит от плотности. Поэтому, если в технологических данных указаны сСт, следует также указать плотность или удельный вес среды.

При низкой вязкости внутреннее проскальзывание (утечка) между ротором и измерительной камерой может увеличиваться, особенно при высоком перепаде давления или после износа оборудования, что потенциально может повлиять на точность измерений. Для применений с низкой вязностью крайне важно проверить минимальный предел вязкости расходомера, минимальный измеряемый расход и фактическую кривую точности. Для применений с высокой вязностью следует сосредоточиться на перепаде давления, пускоспособности, остаточном давлении на выходе и мерах теплоизоляции. Исследования показывают, что утечка в расходомерах с винтовым ротором увеличивается с перепадом давления и уменьшается с повышением вязкости жидкости; следовательно, вязкость и перепад давления необходимо оценивать совместно.

Как следует согласовать диапазон расхода с размером счетчика?

При выборе расходомера в первую очередь необходимо определить минимальный, нормальный и максимальный расход технологического процесса, а также тип потока: непрерывный и стабильный, прерывистый или пульсирующий. Опираться исключительно на критерий “максимальный расход не превышает диапазон измерения расходомера” недостаточно; длительная эксплуатация вблизи минимального или максимального предела диапазона может снизить стабильность и срок службы.

Рекомендуется, чтобы нормальный рабочий расход находился в середине рекомендуемого диапазона работы расходомера, а не постоянно работал вблизи верхнего предела. Для систем, включающих циклы запуска-остановки насоса, регулирование с помощью частотно-регулируемого привода (ЧРП) или порционное наполнение, мгновенные пиковые значения расхода также должны учитываться в расчетах. Если максимальный расход превышает номинальный верхний предел расходомера, скорость вращения ротора может стать чрезмерной, увеличивая нагрузку на подшипники и ускоряя износ; наоборот, если минимальный расход падает ниже стабильного предела измерения расходомера, импульсный выходной сигнал может стать нестабильным, а повторяемость может ухудшиться. Важно отметить, что размер расходомера не следует просто механически подбирать под диаметр трубопровода. Для жидкостей с высокой вязкостью больший размер расходомера может уменьшить скорость потока и потери давления, но также может привести к тому, что фактические низкие значения расхода попадут в неблагоприятный диапазон измерения; наоборот, хотя меньший размер улучшает разрешение при низких расходах, он значительно увеличивает перепад давления. Следовательно, правильный подход заключается в определении размера на основе диапазона расхода и кривой падения давления, соответствующих фактической вязкости, а не в выборе модели исключительно на основе существующего диаметра трубы.

Почему необходимо одновременно проверять давление и потери давления?

Рабочее давление системы, максимальная допустимая нагрузка и допустимые потери давления — это три разных понятия, которые не следует смешивать.

Рабочее давление — это давление внутри трубопровода или оборудования во время нормальной работы; оно используется для проверки номинальных значений давления корпуса расходомера, фланцев, уплотнений и соединений.

Максимальное давление учитывает пиковые значения давления, которые могут возникать во время таких событий, как запуск насоса, переключение клапанов, гидроудар или засорение; номинальное давление расходомера должно включать достаточный запас прочности.

Допустимые потери давления — это падение давления, возникающее при прохождении жидкости через расходомер. Даже если расходомер обладает достаточным сопротивлением давлению, чрезмерные потери давления могут привести к увеличению нагрузки на насос, недостаточному потоку жидкости на выходе, снижению расхода или трудностям при транспортировке высоковязких сред.

Расходомеры с винтовым ротором используют разницу давлений между входом и выходом для привода ротора, но большая разница давлений не обязательно лучше. Высокие перепады давлений могут увеличить внутренние утечки, нагрузку на уплотнения и механический износ; кроме того, с увеличением вязкости падение давления при заданном расходе также возрастает. Рекомендации по выбору механических расходомеров предполагают, что для сред с высокой вязкостью максимальный расход следует снижать в зависимости от кривой падения давления расходомера, а падение давления должно оставаться в пределах, допустимых для системы.

Как рассчитываются вместе вязкость, расход и давление?

Фактический выбор может осуществляться в следующей последовательности: “сначала среда, затем расход, и наконец, потери давления”: сначала определяется фактическая вязкость в зависимости от температуры; затем устанавливаются минимальные, нормальные и максимальные значения расхода; и, наконец, сверяется кривая падения давления для целевой модели при соответствующей вязкости. Если производитель предоставляет формулу расчета потерь давления, используйте фактическую удельную плотность, кинематическую вязкость и расход для проверки данных, а не полагайтесь на номинальные параметры, основанные на воде или жидкостях низкой вязкости. Следующая таблица служит базовым контрольным списком при предоставлении спецификаций выбора поставщикам расходомеров:

Данные по некоторым расходомерам с винтовым ротором показывают, что падение давления обычно увеличивается с расходом и зависит от удельной плотности и кинематической вязкости; следовательно, расчеты должны основываться на фактической среде и расходе, а не полагаться исключительно на данные о номинальном расходе из каталога.
Какие еще условия на объекте следует учитывать?

Помимо вязкости, расхода и давления, следует учитывать такие факторы, как смазывающая способность среды, чистота, коррозионная активность, содержание газовых пузырьков, монтажное пространство и условия технического обслуживания. Расходомеры с винтовым ротором содержат прецизионно подогнанные внутренние компоненты и, как правило, лучше всего подходят для чистых, неабразивных жидкостей с достаточной смазывающей способностью. Если среда содержит твердые частицы, металлическую стружку, кристаллы, волокна или не полностью перемешанные твердые вещества, это может вызвать заклинивание ротора, износ или ошибки измерения; следовательно, на входе следует установить фильтр с соответствующей степенью фильтрации, а также контролировать перепад давления и регулярно проводить очистку.

Для жидкостей с высокой вязкостью или склонных к затвердеванию при низких температурах следует рассмотреть такие меры, как теплоизоляция, обогрев трубопроводов и дренаж в нижней точке, чтобы предотвратить затвердевание среды внутри расходомера во время остановок. В системах со значительной пульсацией насоса влияние колебаний на показания можно смягчить с помощью мер стабилизации потока, оптимального размещения установки или затухания сигнала. Если среда коррозионно-активна, необходимо проверить совместимость материалов корпуса, роторов и уплотнений; решения не следует принимать, основываясь исключительно на вязкости и расходе.

Выбор расходомера с винтовым ротором по сути сводится к поиску надежного баланса между вязкостью, расходом и давлением: для применений с низкой вязкостью основное внимание следует уделять проверке на внутренние утечки и точности измерения при малом расходе; для сред с высокой вязкостью необходимо учитывать потери давления, остаточное давление насоса, пусковые характеристики и требования к обогреву/изоляции; для проектов со значительными колебаниями расхода крайне важно обеспечить, чтобы нормальный расход находился в пределах рекомендуемого рабочего диапазона, и избегать превышения максимального диапазона расходомера во время пиковых расходов. Опыт компании Hefei Yutuo в проектах по измерению расхода в промышленности показывает, что точный выбор должен основываться на полных условиях эксплуатации, а не только на диаметре трубы или параметрах каталога. Для обеспечения наиболее надежного выбора модели, материалов, уплотнений и конфигураций сигнала рекомендуется на этапе запроса предоставить подробную информацию о составе жидкости, данных о зависимости температуры от вязкости, минимальном/нормальном/максимальном расходе, рабочем и пиковом давлении, допустимом падении давления, характеристиках частиц и требованиях к выходным данным. Hefei Yutuo также предлагает различные решения для измерения расхода, такие как двухроторный расходомер—и может помочь в оценке подходящего подхода к измерениям, исходя из ваших конкретных требований к точности, давлению, температуре и связи.