AKADEMIA

GÓRNICZO - HUTNICZA

WYDZIAŁ WIERTNICTWA, NAFTY I GAZU

Sprawdzanie technicznych własności gazomierzy miechowych

1. Cel ćwiczenia

Celem ćwiczenia jest zapoznanie studentów z budową i zasadą działania laboratoryjnych gazomierzy bębnowych, metodyką przeprowadzania pomiarów za pomocą tych przyrządów oraz sposobem wyznaczania błędów wskazań użytkowych gazomierzy miechowych.

2. Budowa i zasada działania gazomierzy miechowych (komorowych)

Działanie gazomierza miechowego jest podobne do działania maszyny parowej, lecz zamiast cylindra i tłoka gazomierze te mają miechy - szczelne przepony ruchome z nieruchomymi brzegami. Przepony są przeważnie skórzane. Gazomierz w zasadzie jest tak zbudowany, że nie przepuszcza gazu nieprzeliczonego. Gaz porusza przed sobą miechy, które wydymają się kolejno raz w jedną, raz w drugą stronę (podwójne działanie) zależnie od połączenia jednej strony z wlotem (źródłem gazu), a drugiej strony z wylotem. Zmianę kierunków ruchu miechów osiąga się za pomocą rozrządu suwakowego lub zaworowego. Suwaki lub zawory są poruszane przez sam silnik jak w maszynie parowej, zależnie od fazy, czyli okresowego położenia. Silnik miechowy biegnie prawie nieobciążony, napędza tylko liczydło - mechanizm, który samoczynnie sumuje liczbę obrotów silnika miechowego i wskutek dobranej skali wskazuje ilość przepływającego gazu z reguły w jednostkach objętości (w stanie roboczym).

Gazomierze te w zależności od ilości miechów dzieli się na: jednomiechowe i dwumiechowe.

Najczęściej spotykany obecnie gazomierz miechowy wykonany jest z czterech głównych elementów:

– Jednostki pomiarowej składającej się z: 4 komór pomiarowych, 2 zaworów suwakowych, przewodu wyjściowego,

– Stalowej obudowy, do której przytwierdzony jest jeden lub dwa króćce,

– Sprzęgła magnetycznego lub sprzęgła dławicowego przekazującego ruch jednostki

pomiarowej na liczydło,

– Liczydła wskazującego zużycie gazu.

3.Błąd wskazań gazomierza miechowego

Błąd wskazań gazomierza „e” zdefiniowany jest wzorem:

$$e = \frac{V_{g} - V_{p}}{V_{p}}*100\%$$

gdzie: V_g - wartość objętości wskazanej przez gazomierz (badany), V_p - wartość poprawna objętości (wskazana przez gazomierz wzorcowy).

Błąd wskazań wyznacza się przy przepływie powietrza o masie właściwej 1,2 [kg/m3]. Warunki klimatyzacji (temperatura 20±0,5oC, wilgotność względna 50±5%) pomieszczeń do badania i legalizacji gazomierzy dobiera się tak, aby dla średnich ciśnień atmosferycznych powietrze miało zbliżoną masę właściwą do wymaganej. Tak określa się warunki odniesienia, to jest zakres temperatury, wilgotności względnej i/lub ciśnienia odniesienia przewidziane do badanie wzajemnego porównania wyników pomiarów gazomierza lub jego przelicznika. Normalne warunki użytkowania określają warunki , które powinny być przestrzegane w celu poprawnego stosowania gazomierza. Uwzględniają one budowę, wykonanie i przeznaczenie. Warunki odniesienia oraz użytkowania odnoszą się do wielkości wpływu. Krzywa błędu wskazań gazomierza e = f(Q /Qmax ) lub e = f(Q) jest wykresem błędu wskazań w funkcji obciążenia względnego max Q /Q lub obciążenia Q i jest lustrzanym odbiciem krzywej objętości cyklicznej gazomierza. Początkową krzywą błędu wskazań wyznacza się przez wykonanie co najmniej sześciu pomiarów błędu wskazań przy siedmiu ustalonych obciążeniach. Jeżeli w badaniach wyznacza się objętość cykliczną, to dodatkowo wyznacza się błąd wskazań przy obciążeniu nominalnym n Q . Błąd wskazań jest wartością średnią z co najmniej sześciu wartości zaobserwowanych błędu wskazań pomierzonych trzy razy ze wzrastającymi i trzy razy z malejącymi obciążeniami. Przy przeliczaniu objętości zmierzonej przez gazomierz kontrolny na warunki normalne korzystamy z następujących zależności:

$$V_{n} = \frac{V_{p}*\ (b\ + \ p\ - \ p_{p}\ )\ *\ 273,15}{(273,15\ + \ t)\ *\ 101,32}$$

gdzie: V – objętość gazu odczytana z tarczy gazomierza [dm3],

Vn – objętość gazu w warunkach normalnych [dm3],

b – średnie ciśnienie barometryczne w czasie pomiaru [kPa],

p – średnie ciśnienie gazu w gazomierzu [kPa], obliczone wg wzoru

$$p = \frac{h_{1} + h_{2} + h_{3}}{n}*9,81*10^{- 3}$$

h₁, h₂, h₃ – wskazania manometru w gazomierzu odczytane w poszczególnych

odstępach czasu [mmH₂O],

n – liczba odczytów,

p_p – prężność pary wodnej w temperaturze t [kPa] – tabela 1.

t – średnia temperatura gazu w gazomierzu C, obliczona podobnie jak ciśnienie p.

Podobnie przeliczamy objętość gazu, która przepłynęła przez gazomierz miechowy (badany), pomijamy jednak ciśnienie pp. Z obliczonych wyników dla sześciu pomiarów wykreślamy krzywą błędu wskazań gazomierza e = f(Q).

4. OBLICZENIA.

- gazomierz kontrolny

1.  V₁ = 21, 539 − 21, 529 = 0.010m³

2.  V₂ =  21, 561  − 21, 539  =  0,022 m³

3. V₃= 21, 589 − 21, 561  =  0.028 m³

- gazomierz badany

1.  V₁=11869, 182 − 11869, 172 = 0,010 m³

2.  V₂=11869, 204 − 11869, 182 = 0,022 m³

3.  V₃=11869, 233 − 11869, 204 = 0,029 m³

4.2. Średnie ciśnienie gazu w gazomierzu

h₁ = 0, 8mbar  =  8, 158 mmH₂O

h₂ = 2, 5mbar  =  0, 0254936  =  25, 494 mmH₂O

h₃ = 4, 1mbar  =  41, 809 mmH₂O

$p = \frac{8,158 + 25,494 + 41,809}{3}*9,81*10^{- 3}$

p = 0, 246kPa

4.3. Średnia temperatura gazu w gazomierzu

$$t = \frac{22,5 + 22,5 + 22,5}{3} = 22,5\ $$

4.4. Objętość gazu jaka przepłynęła przez gazomierz kontrolny przeliczona na warunki normalne V_p

$$V_{p_{n}} = \frac{V_{p}*\ (b\ + \ p\ - \ p_{p}\ )\ *\ 273,15}{(273,15\ + \ t)\ *\ 101,32}$$

b = 98,6 kPa

p = 0,246 kPa

p_p = 2,720 kPa

t = 22,5 ⁰C

$$V_{p_{1}} = \frac{10*\ (98,6\ + \ 0,246\ - \ 2,720\ )\ *\ 273,15}{(273,15\ + \ 22,5)\ *\ 101,32}\mathbf{= 8,76\ }\mathbf{\text{dm}}^{\mathbf{3}}\mathbf{\ }$$

$$V_{p_{2}} = \frac{22*\ (98,6\ + \ 0,246\ - \ 2,720\ )\ *\ 273,15}{(273,15\ + \ 22,5)\ *\ 101,32}\mathbf{=}\mathbf{19}\mathbf{,}\mathbf{28}\mathbf{\ }\mathbf{\text{dm}}^{\mathbf{3}}$$

$$V_{p_{3}} = \frac{28*\ (98,6\ + \ 0,246\ - \ 2,720\ )\ *\ 273,15}{(273,15\ + \ 22,5)\ *\ 101,32}\mathbf{=}\mathbf{24}\mathbf{,}\mathbf{54}\mathbf{\ }\mathbf{\text{dm}}^{\mathbf{3}}$$

V1=10 dm^3	Vp1=8,76 dm^3	Vp1=0,00876 m^3n
V2=22 dm^3	Vp2=19,28 dm^3	Vp2=0,01928 m^3n
V3=28 dm^3	Vp3=24,54 dm^3	Vp3=0,02454 m^3n

4.5. Objętość gazu jaka przepłynęła przez gazomierz badany przeliczona na warunki normalne V_g

$$V_{g_{1}} = \frac{10*\ (98,6\ + \ 0,246\ - \ 2,720\ )\ *\ 273,15}{(273,15\ + \ 22,5)\ *\ 101,32}\mathbf{= 8,76\ }\mathbf{\text{dm}}^{\mathbf{3}}\mathbf{\ }$$

$$V_{g_{2}} = \frac{22*\ (98,6\ + \ 0,246\ - \ 2,720\ )\ *\ 273,15}{(273,15\ + \ 22,5)\ *\ 101,32}\mathbf{=}\mathbf{19}\mathbf{,}\mathbf{28}\mathbf{\ }\mathbf{\text{dm}}^{\mathbf{3}}$$

$$V_{g_{3}} = \frac{28*\ (98,6\ + \ 0,246\ - \ 2,720\ )\ *\ 273,15}{(273,15\ + \ 22,5)\ *\ 101,32}\mathbf{=}\mathbf{25}\mathbf{,}\mathbf{41}\mathbf{\ }\mathbf{\text{dm}}^{\mathbf{3}}$$

V1=10 dm^3	Vg1=8,76 dm^3	Vg1=0,00876 m^3n
V2=22 dm^3	Vg2=19,28 dm^3	Vg2=0,01928 m^3n
V3=29 dm^3	Vg3=25,41 dm^3	Vg3=0,02541 m^3n

4.6. Objętościowe natężenie przepływu gazu w gazomierzu kontrolnym. Q

$$Q = \frac{V_{p}}{S}$$

s= 360s

$$Q_{1} = \frac{0,00876}{360} = \mathbf{2}\mathbf{,}\mathbf{433}\mathbf{*}\mathbf{10}^{\mathbf{-}\mathbf{5}}$$

$$Q_{2} = \frac{0,01928}{360} = \mathbf{5}\mathbf{,}\mathbf{335}\mathbf{*}\mathbf{10}^{\mathbf{-}\mathbf{5}}$$

$$Q_{3} = \frac{0,02541}{360} = \mathbf{6}\mathbf{,}\mathbf{82}\mathbf{*}\mathbf{10}^{\mathbf{-}\mathbf{5}}$$

4.7. Błąd wskazań gazomierza

$$e = \frac{V_{g} - V_{p}}{V_{p}}*100\%$$

$$e_{1} = \frac{0,00876 - 0,00876}{0,00876}*100\%$$

$$e_{2} = \frac{0,01928 - 0,01928}{0,01928}*100$$

$$e_{3} = \frac{0,02541 - 0,02454}{0,02454}*100\%$$

e1=0%	e2=0%	e3=3,55%

Zestawienie wyników pomiaru.

Pomiar, nr	1	2	3
Początkowy stan licznika gazomierza kontrolnego laboratoryjnego – [m^3]	21,529	21,539	21,561
Początkowy stan licznika gazomierza badanego miechowego – [m^3]	11869,172	11869,182	11869,204
Końcowy stan licznika gazomierza kontrolnego laboratoryjnego - [m^3]	21,539	21,561	21,589
Końcowy stan licznika gazomierza badanego miechowego - [m^3]	11869,182	11869,204	11869,233
Czas przepływu przez gazomierz kontrolny objętości gazu - [s]	360	360	360
Nadciśnienie gazu w gazomierzu kontrolnym p - [mbar]	0,8	2,5	4,1
Temperatura wody w gazomierzu kontrolnym - tw []	22,5	22,5	22,5
Temperatura gazu w gazomierzu kontrolnym - t []	22,5	22,5	22,5
Objętość gazu jaka przepłynęła przez gazomierz kontrolny przeliczona na warunki normalne Vp [m^3n]	Vp1 = 0, 00876	Vp2 = 0, 01928	Vp3 = 0, 02454
Objętość gazu jaka przepłynęła przez gazomierz badany przeliczona na warunki normalne Vg [m^3n]	Vg1 = 0, 00876	Vg2 = 0, 01928	Vg3 = 0, 02541
Objętościowe natężenie przepływu gazu w gazomierzu kontrolnym Q [m^3n/s]	Q1=2,433*10^-5	Q2=5,355*10^-5	Q­3=6,82*10^-5
Błąd wskazań gazomierza badanego miechowego - [%]	e1=0%	e2=0%	e3=3,55%

5. Wnioski.

W ćwiczeniu mieliśmy za okazję zapoznać się z budową i zasadą działania laboratoryjnych gazomierzy bębnowych, metodyką przeprowadzania pomiarów za pomocą tych przyrządów oraz sposobem wyznaczania błędów wskazań użytkowych gazomierzy miechowych. W przypadku pomiarów nr.1 i nr.2 błąd wyniósł 0%, może być to spowodowane np. niedokładnym odczytaniem stanu licznika