Термоманометры осевые

Термоманометры осевые: конструкция, принцип действия и применение в энергетике

Осевой термоманометр представляет собой комбинированный контрольно-измерительный прибор, предназначенный для одновременного измерения температуры и давления среды в одной точке технологического процесса. Его ключевая особенность — соосное расположение чувствительных элементов: термобаллона манометрической термосистемы и гильзы для установки дополнительного термопреобразователя сопротивления (ТС) или термопары (ТП). Такая конструкция обеспечивает высокую точность измерений обоих параметров в минимальном объеме, что критически важно для контроля состояния энергетического оборудования, такого как турбины, паропроводы, котлы и теплообменники.

Конструктивные особенности и принцип действия

Осевой термоманометр состоит из нескольких базовых узлов, интегрированных в единый корпус.

• Корпус прибора (головка): Выполнен из стали или алюминиевого сплава. Содержит два измерительных механизма и две шкалы (или один комбинированный циферблат). Оснащен защитной мембраной или системой демпфирования от пульсаций давления.
• Манометрическая часть: Работает на основе деформационной трубчатой пружины (трубка Бурдона) или сильфона. Чувствительный элемент через капилляр соединен с термобаллоном, заполненным рабочим веществом (газ, жидкость). При изменении температуры объем рабочего вещества меняется, создавая избыточное давление в системе, которое деформирует пружину и приводит во движение стрелку по шкале температуры.
• Манометрическая часть для давления: Приемник давления (трубка Бурдона, мембранный разделитель) непосредственно соединен с процессом через штуцер. Измеряемое давление деформирует чувствительный элемент, и его перемещение передается на вторую стрелку через кинематический механизм.
• Осевая гильза (пocket): Это центральный конструктивный элемент. Представляет собой герметичную трубку из нержавеющей стали, расположенную строго по оси прибора и погруженную непосредственно в среду. Внутри гильзы размещается выносной датчик температуры — термопреобразователь сопротивления (обычно платиновый Pt100, Pt1000) или термопара. Гильза обеспечивает необходимый тепловой контакт и защиту датчика от воздействия среды.
• Штуцер для подключения: Имеет стандартную присоединительную резьбу (чаще всего М20х1.5, G½, ½” NPT) для монтажа в технологический аппарат через прямое отверстие или трехходовой кран.

Принцип действия основан на независимом преобразовании двух параметров. Температура измеряется двумя способами параллельно: биметаллической или жидкостной системой самого манометрического термометра и более точным электронным датчиком в гильзе. Давление измеряется механической манометрической системой. Показания считываются визуально со шкал, а сигнал от электронного датчика температуры может быть передан в систему АСУ ТП.

Классификация и технические характеристики

Осевые термоманометры классифицируются по нескольким ключевым параметрам.

• По типу электронного датчика температуры:
  • С гильзой под термопреобразователь сопротивления (ТСП, Pt100). Наиболее распространенный вариант, обеспечивающий высокую точность и стабильность.
  • С гильзой под термопару (ТХА, ТХК). Применяются для измерения более высоких температур.
  • С гильзой и уже установленным датчиком (в сборе). Поставляются как готовое изделие.
  • С пустой гильзой (карманом). Датчик приобретается и устанавливается заказчиком отдельно.
• По классу точности:
  • Манометрическая часть температуры: обычно 1.0; 1.5; 2.5.
  • Манометрическая часть давления: 1.0; 1.6; 2.5.
  • Электронный датчик температуры: классы A, B, AA для Pt100 в соответствии с ГОСТ Р 8.625-2006 (IEC 60751).
• По диапазонам измерений:
  • Температура: от -70 до +600 °C (зависит от типа наполнителя термосистемы и датчика).
  • Давление: от -0.1 до 60 МПа и более (вакуум, избыточное, абсолютное).
• По материалу контактных частей: Корпус, штуцер и гильза изготавливаются из сталей 12Х18Н10Т, 20Х13, сплавов Hastelloy, Monel в зависимости от агрессивности измеряемой среды (пар, вода, масло, аммиак, хладоны).
• По климатическому исполнению: Стандартное (У3), влагостойкое (УХЛ2), взрывозащищенное (Ex).

Таблица 1: Сравнение характеристик осевых термоманометров с разными типами датчиков

Параметр	Термоманометр с гильзой под Pt100	Термоманометр с гильзой под термопару	Термоманометр с биметаллическим указателем (без гильзы)
Точность измерения температуры	Высокая (±0.1-0.3 °C для датчика)	Средняя (±1.5-2.5 °C)	Низкая (±1.5-2.5% от шкалы)
Возможность дистанционной передачи	Да (сигнал 4-20 мА или по протоколу HART)	Да (сигнал ТПС)	Нет (только визуальное считывание)
Максимальная температура	До +500 °C (для стандартных исполнений)	До +600 °C и выше	До +400 °C
Стоимость и сложность	Выше среднего, требуется источник питания для датчика	Средняя, требуется компенсационный кабель	Ниже средней, полностью автономен
Типовое применение в энергетике	Точный контроль пара на выходе из пароперегревателя, мониторинг цикла регенеративного подогрева	Измерение температуры дымовых газов, высокотемпературных теплоносителей	Локальный контроль на вспомогательных трубопроводах низкого давления

Области применения в энергетике и преимущества

Осевые термоманометры нашли широкое применение в системах тепловой и атомной энергетики благодаря своей компактности и надежности.

• Контроль пара: На паропроводах свежего и промежуточного перегрева, на цилиндрах турбин, в камерах отборов. Одновременное знание температуры и давления пара необходимо для определения его термодинамических параметров (энтальпии, энтропии) и предотвращения попадания турбины в зону влажного пара.
• Системы регенеративного подогрева питательной воды: Контроль параметров греющего пара и конденсата в подогревателях высокого и низкого давления (ПВД, ПНД).
• Теплосетевые установки: Контроль температуры и давления в подающем и обратном трубопроводах тепловых сетей, на вводе в центральные тепловые пункты (ЦТП).
• Системы маслоснабжения: Мониторинг давления и температуры турбинного масла в напорных и сливных магистралях.
• Химические системы подготовки воды: Контроль параметров на выходе из деаэраторов, в линиях подпитки котлов.

Преимущества осевых термоманометров перед раздельным набором приборов:

• Экономия места: Один прибор вместо двух, что критично при плотной компоновке оборудования.
• Снижение точек врезки: Уменьшение количества отверстий в трубопроводе или аппарате повышает надежность и снижает затраты на монтаж.
• Синхронность измерений: Оба параметра измеряются в одной и той же точке, что повышает достоверность термодинамических расчетов.
• Резервирование по температуре: Наличие двух независимых систем измерения температуры (механической и электронной) повышает отказоустойчивость.
• Удобство обслуживания: Возможность замены или поверки электронного датчика температуры без демонтажа всего прибора и нарушения герметичности системы по давлению.

Монтаж, эксплуатация и поверка

Правильный монтаж определяет долговечность и точность прибора. Штуцер прибора вкручивается непосредственно в отверстие на трубопроводе или через трехходовой кран, который позволяет производить отключение, продувку гильзы и замену датчика под давлением. Гильза должна быть погружена в поток среды на глубину, обеспечивающую минимальную погрешность от теплопроводящих потерь. Рекомендуется установка в местах с турбулентным потоком (на поворотах, после задвижек) для лучшего теплообмена. При монтаже необходимо исключить механические напряжения на корпусе.

Эксплуатация требует периодического визуального контроля показаний, проверки герметичности соединений. Электронный датчик температуры подключается к вторичному прибору или системе АСУ ТП по стандартным схемам: для Pt100 — 2-, 3- или 4-проводная, с учетом влияния сопротивления линии.

Поверка осуществляется раздельно: манометрические части температуры и давления поверяются по методикам для деформационных манометров и термометров (сравнение с образцовыми в жидкостных термостатах и прессах), а электронный датчик — как термопреобразователь сопротивления или термопара. Межповерочный интервал обычно составляет 1-2 года для манометрических частей и может достигать 3-5 лет для электронных датчиков Pt100 класса A/AA.

Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)

В чем основное отличие осевого термоманометра от радиального?

В расположении гильзы (кармана) для дополнительного датчика температуры. У осевого прибора гильза расположена соосно с корпусом и штуцером, то есть «смотрит» прямо в поток. У радиального — гильза выходит из корпуса под углом (обычно 90°). Осевая конструкция предпочтительнее для измерения в трубопроводах малого диаметра, так как обеспечивает лучшее обтекание и меньшее гидравлическое сопротивление.

Можно ли заменить термопреобразователь в гильзе на месте, под давлением?

Да, такая возможность предусмотрена конструкцией при условии использования специального трехходового крана (отсечного клапана) в качестве монтажного элемента. При замене кран переводится в положение, при котором гильза изолирована от давления среды, но доступ к датчику сохраняется. Работы должны выполняться квалифицированным персоналом с соблюдением всех мер безопасности.

Как выбрать длину погружной части (гильзы)?

Длина монтажной части (штуцера плюс гильзы) выбирается исходя из условий монтажа. Гильза должна достигать центральной оси трубопровода или, как минимум, пересекать границу динамического пограничного слоя потока. Стандартные длины: 60, 100, 150, 200 мм и более. Неправильный выбор (слишком короткая гильза) приведет к значительной погрешности из-за отвода тепла в стенку.

Что делать, если показания механического и электронного датчика температуры расходятся?

Расхождение показаний — штатная ситуация, так как это два независимых прибора с разными классами точности и принципами действия. В первую очередь, следует доверять электронному датчику (Pt100), как более точному. Расхождение может указывать на:

• Неисправность или загрязнение одного из датчиков.
• Некорректную настройку или калибровку вторичного прибора для электронного датчика.
• Потерю наполнителя в манометрической термосистеме.

Необходимо выполнить поверку обоих каналов.

Какие стандарты регулируют производство и поставку осевых термоманометров?

Основные стандарты:

• ГОСТ 2405-88 (Манометры, вакуумметры, мановакуумметры, напоромеры, тягомеры и тягонапоромеры).
• ГОСТ Р 8.625-2006 (Термопреобразователи сопротивления из платины, меди и никеля).
• Технические условия (ТУ) конкретного производителя, учитывающие отраслевые требования (например, для атомной энергетики — дополнительные требования по сейсмостойкости и радиационной стойкости).

Заключение

Осевой термоманометр является высокоспециализированным, но незаменимым прибором для комплексного контроля технологических процессов в энергетике. Его конструкция, объединяющая надежность механических измерений с точностью современных электронных датчиков, позволяет эффективно решать задачи мониторинга состояния критически важного оборудования. Правильный выбор, монтаж и обслуживание прибора обеспечивают длительную и безотказную работу, способствуя повышению безопасности, экономичности и надежности энергетических объектов. При выборе конкретной модели необходимо тщательно анализировать параметры среды, условия эксплуатации и требования системы управления.