Контрольно-измерительные приборы н устройства насосных станций

Для обеспечения нормальной работы насосных станций необходимо контролировать следующие технологические параметры: раслод подаваемой жидкости, давление на напорных коллекторах (или водоводах) и на каждом насосе, уровни в приемных резервуарах, вакуум во всасывающих линиях и вакуум-котле, температуру подшипников (у крупных насосов). Для этих целей применяют приборы технологического контроля: расходомеры, манометры, уровнемеры, вакуумметры и т. п. Кроме этих приборов, на насосных станциях применяют электроизмерительные приборы: амперметры, вольтметры, ваттметры, фазометры, счетчики электроэнергии. Описание электроизмерительных приборов приводится в курсе электротехники.

Основными показателями работы насосной станции являются подача и давление, поэтому основными измерительными приборами являются расходомеры и манометры.

Пружинные манометры (рис. 8.8,0) применяют для измерения развиваемого насосами давления. Их устанавливают на напорных патрубках насосов, а также на напорных трубопроводах, отходящих от станции. На крупных насосных станциях применяют самопишущие манометры (см. рис. 8.8, 6), которые непрерывно регистрируют давление на круговых или ленточных диаграммах. На автоматизированных станциях применяют также электроконтактные манометры, которые включают цепи управления или сигнализации при достижении установленных границ давления (максимального или минимального).

Обратные клапаны служат для предотвращения перетекания жидкости из напорного трубопровода в насос при его внезапной остановке, налрнмер, в случае выключения электропитания. На трубопроводах диаметром до 400—500 мм применяют обычно одно-дисковые клапаны типа «эахлопка» (рис. 8.7,а), а на трубопроводах с большим диаметром — многодисковые обратные клапаны (см. рис. 8.7,6). Но обратные клапаны этих типов вызывают гидравлические удары в системе, так как закрываются практически мгновенно. С целью предотвращения гидравлических ударов или существенного снижения скачка давления при действии обратного клапана применяются обратные клапаны с регулируемым закрытием (посадкой) (см. рис. 8.7,в). На оси такого клапана закреплен рычаг, связанный с поршнем, помещенным в гидроцилнндре-демпфере. Поршень тормозит поворот клапана, вследствие чего предотвращается гидравлический удар.

Кроме перечисленной основной арматуры, насосы комплектуют мелкой армдтурой, необходимой для их эксплуатации. К такой арматуре относятся спускные вентили и краны, пробные краны, штуцеры для присоединения манометра и вакуумметра и другая арматура с малым условнмм проходом.

Верхний предел измерения манометров выбирают таким, чтобы при нормальной работе станции их показания находились в пределах верхней четверти шкалы. Например, на станции, развивающей давление 0,75 МПа (7,5 кгс/см²), необходимо устанавливать манометры с верхним пределом измерения 1 МПа (10 кгс/см²). При этом следует иметь в виду, что верхний предел измерения манометра всегда должен быть больше максимального давления, развиваемого насосом или насосной станцией.

Разрежение во всасывающих трубопроводах измеряют с помощью вакуумметров, установленных на всасывающих патрубках насосов. Если во всасывающих патрубках может возникнуть избыточное давление, например, когда насосы некоторое время работают под заливом, то на этих патрубках следует устанавливать манова-куумметры— приборы, которые могут измерять и вакуум и избыточное давление. В этих случаях можно применять также манометры абсолютного давления.

Для измерения расхода подаваемой насосами жидкости используются расходомеры, а для измерения количества воды, поданной за какой-то период времени, — водосчетчики. Водосчетчики по конструкции могут быть крыльчатыми и турбинными. На насосных станциях применяют, как правило, турбинные водосчетчики. Принцип действия такого прибора (рис. 8.9) основан на том, что число оборотов вертушки (турбинки), помещенной в трубе, пропорционально количеству прошедшей через трубу воды. Вращение турбинки через редуктор передается счетному механизму, который указывает количество, м³, протекшей через него воды. Водосчетчики применяют для учета количества поданной воды на водопроводных насосных станциях с подачей до 3400 м⁹/сут или при равномерной подаче до 14о м/ч. Турбинные водосчетчики выбирают, пользуясь прнл. 11. Достоинством турбинных водосчетчиков является простота их конструкции и обслуживания, а также небольшая стоимость. Для установки турбинных водосчетчиков требуется прямой участок трубопровода длиной, равной пяти—восьми диаметрам трубы перед счетчиком и двум—трем диаметрам после него.

Расход и количество воды в трубопроводах больших диаметров измеряют расходомерами переменного перепада (рис. 8.10). Принцип действия таких расходомеров основан на измерении перепада давления, образующегося в результате стеснения потока жидкости сужающим устройством. Согласно уравнению Бернулли, перепад давления пропорционален квадрату расхода, поэтому основное уравнение расхода для этих измерительных устройств имеет вид:

На рис. 8.10 н 8.11 приведены соответственно диафрагма, труба и сопло Вентури. Диафрагмы вызывают относительно большие потерн напора (30—60 % перепада), поэтому их устанавливают на трубах небольшого диаметра или в тех случаях, когда эти дополнительные потери не играют существенной роли в общем балансе энергетических затрат.

Сопла Вентури нс создают больших потерь и, кроме того, они надежнее диафрагм, так как в них не задерживаются загрязнения. Но они дороже диафрагм и серийно в комплекте с расходомерами пока не поставляются. Трубы Вентури создают минимальные потери напора (10—12% перепада). Их изготовляют согласно ГОСТ 23720—79. Они громоздки, поэтому, как правило, их устанавливают на водоводах вис здания насосной станции и применяют для измерения больших расходов воды или расходов сильно загрязненных жидкостей, например сточных вод.

Точность измерения расхода с помоШью сужающих устройств зависит от того, насколько правильно они установлены, и, в частности, от наличия прямых участков трубопровода длиной, равной не менее 10—30 диаметров трубы перед ними и трем — пяти диаметрам после них. Поэтому сужающие устройства часто устанавливают в специальных колодцах (камерах) вне здания насосной станции.

Для измерения и регистрации перепада давлений применяют дифманометры-расходомеры. Различают показывающие и самопишущие дифманометры. Те и другие изготовляют как с интеграторами, суммирующими расход за определенный промежуток времени, так и без них. Выпускаются также дифманометры-датчики, которые не имеют шкалы или диаграммы, а предназначены только для формирования сигналов, пропорциональных перепаду давления. Эти сигналы воспринимают и регистрируют вторичные приборы — расходомеры. В таких случаях между датчиком и вторичным прибором может быть значительное расстояние.

Дифманометры соединяют с сужающими устройствами импульсными (соединительными) трубками диаметром 12—20 мм. Длина таких трубок, как правило, не должна превышать 20—30 м. Трубки прокладывают с подъемом к дифманометру-расходомеру.

Для измерения расхода сточных вод, не содержащих большого количества взвешенных загрязнений (например городских сточных вод), можно использовать трубы Вентури с отстойными сосудами на соединительных линиях (рис. 8.12,а). В этом случае дифманометр и разделительный сосуд заполняют чистой водой, а затем подключают к сужающему устройству. Периодически 1 раз в 2— 3 мес. соединительные липни промывают и меняют воду в отстойных сосудах.

При большом содержании взвешенных загрязнений, а также при измерении расхода коррозионно-активных сточных вод можно использовать схему измерения расхода с непрерывной промывкой соединительных линий (см. рис. 8.12,6). В этом случае в обе соединительные линии подают незначительный расход чистой воды под давлением, несколько большим давления, развиваемого насосами. Поскольку расходы воды, подаваемой в соединительные линии, весьма малы и, кроме того, равны между собой, то практически непрерывная промывка соединительных линий ие вносит дополнительных погрешностей. Для подачи чистой воды можно использовать, например, технический водопровод. Использовать с этой целью хозяйственно-питьевой водопровод без устройства бака для разрыва струп нельзя.

Наиболее совершенными приборами для измерения расхода любых сточных вод. илов и осадка являются электромагнитные (индукционные) расходомеры. Принцип действия таких расходомеров основан на измерении тока, возникающего при движения жидкости в магнитном поле. Прибор состоит из патрубка, футерованного изнутри резиной или пластмассой. Патрубок на изолирующих прокладках устанавливают в трубопровод. Вокруг патрубка имеется обмотка, создающая магнитное поле, а внутрь патрубка (заподлицо с футеровкой) вделаны два электрода. Ток, снимаемый с электродов, усиливается и регистрируется самопишущим прибором. В настоящее время промышленность выпускает индукционные расходомеры условным проходом до 300 мм, а в недалеком будущем начнет выпускать расходомеры условным проходом до 800 мм.

Для измерения и сигнализации уровней жидкости в приемном резервуаре и дренажных приямках применяют, как правило, электродные датчики уровня типа ЭРСУ.

Уровень перекачиваемой жидкости измеряют в водоприемниках, приемных резервуарах водопроводных и канализационных станций, в водонапорных башнях, в скважинах и колодцах источников подземных вод. Для этих целей применяют поплавковые уровнемеры, уровнемеры-дифманометры, пневмоиетрическне уровнемеры, электрические (емкостные и контактные) уровнемеры н ультразвуковые уровнемеры.

Схема поплавкового уровнемера показана на рис. 8.13, а. Это простейшие уровнемеры, как правило, не имеющие средств записи и сигнализацин уровня. Более совершенными являются уровнемеры с дифманометром (см. рис. 8.13,6). Такие уровнемеры удобно применять для измерения уровня жидкости в насосных станциях с насосами, работающими под заливом. Пневмоиетрическне уровнемеры (см. рис. 8.13, а) состоят из трубки, опущенной в жидкость до уровня плоскости отсчета плоскости 0—0, дифманометра и источника сжатого воздуха. Воздух в трубку подают с минимальным расходом так, чтобы давление в трубке было эквивалентно высоте столба жидкости над концом трубки.

Емкостные уровнемеры представляют собой отрезок коаксиального кабеля (трубки), электрическая емкость которого меняется в соответствии с изменением уровня.

Ультразвуковые уровнемеры (рис. 8.14) основаны на измерении времени прохождения ультразвуковых воли от датчика (приемника) до уровня и обратно. Ультразвуковые уровнемеры являются неконтактными и очень удобны для измерения уровня производственных сточных вод, например, нефте- или маслосодержащих.

На насосных станциях, особенно крупных, необходимо контролировать температуру подшипников, температуру подаваемой воды, а па насосно-компрессорных также и температуру воздуха, подаваемого воздуходувками (нагнетателями). Для измерения температуры на небольших станциях применяют общеизвестные ртутные и спиртовые термометры. Для контроля температуры па станциях, оснащенных крупными агрегатами, применяют манометрические, термоэлектрические термометры н термометры сопротивления. В этих случаях датчик термометра (термобаллон, термопару) размешают в точке измерения температур, а вторичный прибор— на щите управления или в ином удобном для наблюдения месте. Вторичные приборы таких термометров бывают показывающими и самопишущими. Как D показывающих, так к в самопишущих приборах часто устраивают блоки сигнализации, которые при повышении температуры (например подшипников) выше допустимой нормы выдают сигнал.