Мановакуумметры
Мановакуумметры: принцип действия, классификация, применение и эксплуатация
Мановакуумметр – это измерительный прибор, предназначенный для измерения давления газов и паров, как выше атмосферного (избыточное давление), так и ниже атмосферного (разрежение, вакуум). Ключевая особенность мановакуумметров – их способность измерять в диапазоне, пересекающем нулевую отметку (атмосферное давление). Диапазон измерений типичного мановакуумметра лежит в пределах от -0.1 МПа (или -1 бар, что соответствует полному вакууму) до значений избыточного давления, например, +0.1 МПа, +0.16 МПа, +0.25 МПа, +0.6 МПа, +1.0 МПа и выше, в зависимости от модели. Это делает их универсальным инструментом для систем, где процессы связаны с созданием разрежения и последующим нагнетанием давления, либо для контроля давления в системах, работающих вблизи атмосферного.
Принцип действия и устройство
В основе работы подавляющего большинства промышленных мановакуумметров лежит деформационный метод измерения. Чувствительным элементом служит трубчатая пружина (трубка Бурдона), мембранная коробка или сильфон. Под действием разности между измеряемым давлением и атмосферным, этот упругий элемент деформируется. Его движение через передаточный механизм (трибко-секторный или рычажный) преобразуется во вращательное движение стрелки, указывающей на значение давления на градуированной шкале.
Шкала мановакуумметра имеет двустороннюю оцифровку: влево от нуля – значения вакуума (в кПа, мм рт. ст., барах со знаком «-«), вправо от нуля – значения избыточного давления. Ноль соответствует атмосферному давлению. Прибор механического типа не требует внешнего питания для работы.
Классификация мановакуумметров
1. По типу чувствительного элемента и принципу измерения:
- Деформационные (механические): Трубчато-пружинные, мембранные, сильфонные. Наиболее распространенный тип для промышленных применений в энергетике, ЖКХ, на производстве.
- Электроконтактные (сигнализирующие): На базе деформационного мановакуумметра, но с дополнительной группой электрических контактов (одна или две уставки). Позволяют замыкать/размыкать цепи управления, сигнализации или защиты при достижении заданных порогов давления или вакуума.
- Цифровые (электронные): Используют тензометрические, емкостные, пьезорезистивные или другие датчики давления. Преобразуют физическое воздействие в электрический сигнал. Отображают значение на ЖК-дисплее, часто имеют аналоговые и цифровые выходы (4-20 мА, HART, Modbus).
- Технические: 1.0; 1.5; 2.5 (наиболее распространены для эксплуатационного контроля).
- Повышенной точности: 0.6; 0.4 (для лабораторных и поверочных работ).
- Общепромышленные (стандартное исполнение).
- Виброустойчивые (заполнены демпфирующей жидкостью, например, глицерином или силиконовым маслом, для работы в условиях пульсаций и вибраций).
- Коррозионностойкие (изготовлены из нержавеющей стали или с мембранным разделителем для агрессивных сред).
- Взрывозащищенные (искробезопасное исполнение «Ex ia» или взрывонепроницаемая оболочка «Ex d»).
- Конденсационные установки и вакуумные системы турбин: Контроль вакуума в конденсаторах паровых турбин. Мановакуумметры устанавливаются на линии откачки паровоздушной смеси. Критически важный параметр для эффективности турбинного цикла.
- Насосные станции: Контроль давления на всасывающей и нагнетательной сторонах насосов. На всасывании – для предотвращения кавитации (контроль разрежения), на нагнетании – для контроля рабочего давления.
- Системы химводоподготовки (ХВО): В фильтрах, деаэраторах, где используются процессы вакуумной деаэрации.
- Тепловые сети и котельные: Контроль давления и разрежения в газоходах котлов, дымососах, вентиляторах. Контроль вакуума в системах подпитки теплосетей.
- Пневматические системы управления: Контроль давления в ресиверах и магистралях.
- Холодильные и криогенные установки: Контроль давления хладагентов на стороне всасывания и нагнетания компрессоров.
2. По классу точности:
3. По назначению и условиям эксплуатации:
Основные технические характеристики и выбор
При подборе мановакуумметра для конкретной задачи в энергетике необходимо учитывать следующий комплекс параметров:
| Параметр | Описание и типовые значения | Влияние на выбор |
|---|---|---|
| Диапазон измерений | От -0.1…-0.095 МПа (вакуум) до +0.1…2.5 МПа (избыточное давление). Пример: (-0.1…+0.9) МПа, (-0.1…+1.5) МПа. | Рабочее давление должно находиться в средней трети шкалы (для оптимальной точности). Учитываются возможные скачки и перегрузки. |
| Класс точности | 0.4; 0.6; 1.0; 1.5; 2.5. Определяет допустимую погрешность в % от диапазона измерений. | Для технологического контроля в энергетике обычно достаточно класса 1.5. Для коммерческого учета или точных испытаний – 0.6 или 1.0. |
| Присоединение | Резьбовое (М20х1.5, G½, ½» NPT), фланцевое. Радиальное, осевое (торцевое) или нижнее. | Определяется посадочным местом на оборудовании (турбине, насосе, коллекторе). |
| Диаметр корпуса | 40, 50, 63, 100, 150, 160 мм. | Зависит от требуемой видимости и места установки. Наиболее распространены 100 и 160 мм. |
| Рабочая среда | Неагрессивные газы, пар, вода, воздух, аммиак, хладагенты, масло. | Материалы корпуса (сталь, нержавеющая сталь), чувствительного элемента (медно-цинковый сплав, нержавеющая сталь) и уплотнений (бутадиен-нитрильный каучук, фторэластомер) должны быть совместимы со средой. |
| Рабочая температура | Среды: до +150°C, +200°C. Окружающего воздуха: от -40 до +60°C. | При высоких температурах среды необходим сифонный отвод или мембранный разделитель для защиты механизма. |
| Степень защиты | IP40, IP54, IP65. | IP54 – защита от брызг, IP65 – пыленепроницаемость и защита от струй воды. |
Области применения в энергетике и смежных отраслях
Монтаж, эксплуатация и поверка
Правильный монтаж – залог долговечной и точной работы прибора. Мановакуумметр устанавливается вертикально, шкалой в удобном для считывания положении, с помощью штатного присоединительного штуцера. При монтаже на оборудование с вибрацией необходимо использовать гибкие демпфирующие подводки (медные трубки, сильфонные шланги). При работе с высокотемпературной средой (пар) обязательна установка сифонной трубки (петли) или охладителя для понижения температуры среды, поступающей в чувствительный элемент.
Эксплуатация требует периодического визуального контроля целостности, отсутствия запотевания стекла (для жидкостно-заполненных моделей), плавности хода стрелки. Запрещается эксплуатация при зашкаливании стрелки за пределы шкалы.
Мановакуумметры, используемые в сфере государственного регулирования обеспечения единства измерений (например, в коммерческом учете), подлежат периодической поверке. Межповерочный интервал (МПИ) обычно составляет 1-2 года. Поверка осуществляется с помощью эталонных грузопоршневых манометров или калибраторов давления/вакуума в метрологических службах.
Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)
1. В чем разница между мановакуумметром и тягомером/тягонапоромером?
По сути, это приборы одного принципа действия. Терминология часто зависит от традиций отрасли. «Тягонапоромер» – это исторически сложившееся название мановакуумметра, применяемого в котельном хозяйстве для измерения небольшой тяги (разрежения) и напора (избыточного давления) в газоходах. Их диапазоны обычно невелики (единицы-десятки кПа). «Мановакуумметр» – более общий и современный термин.
2. Что означает класс точности 1.5 для мановакуумметра с диапазоном (-0.1…+0.9) МПа?
Диапазон измерений прибора составляет 1.0 МПа (от -0.1 до +0.9). Класс точности 1.5 означает, что допустимая основная приведенная погрешность составляет ±1.5% от этого диапазона, т.е. ±0.015 МПа (или ±15 кПа) в любой точке шкалы. Это максимальная погрешность для нормальных условий.
3. Почему стрелка мановакуумметра не возвращается к нулю после сброса давления?
Это признак неисправности. Возможные причины: загрязнение или повреждение передаточного механизма, остаточная деформация (усталость) трубчатой пружины, заедание в опорах. Такой прибор необходимо снять и отправить в ремонт/на поверку.
4. Нужно ли заполнять мановакуумметр маслом или глицерином?
Нет, заполнение производится на заводе-изготовителе. Заполнение демпфирующей жидкостью (глицерин, силикон) требуется только для виброустойчивого исполнения приборов, которые будут работать на насосах, компрессорах или другом вибрирующем оборудовании. Жидкость гасит колебания стрелки.
5. Как выбрать между механическим и цифровым мановакуумметром?
Механический: Не требует питания, более надежен в условиях электромагнитных помех, обычно дешевле, проще в эксплуатации. Недостаток: необходимо визуальное считывание показаний, нет возможности дистанционной передачи данных.
Цифровой: Высокая точность, возможность интеграции в АСУ ТП (выходы 4-20 мА, цифровые протоколы), дополнительные функции (пикирование, регистрация данных). Требует источника питания, как правило, дороже и чувствительнее к условиям окружающей среды (температуре, влажности, ЭМС).
6. Что делать, если измеряемая среда агрессивна или содержит взвешенные частицы?
В этом случае применяется мановакуумметр с мембранным разделителем (разделителем сред). Чувствительный элемент прибора отделен от измеряемой среды гибкой мембраной, а пространство между мембраной и элементом заполнено инертной жидкостью (например, силиконовым маслом). Давление через мембрану передается жидкости, а затем на измерительный механизм. Это защищает прибор от коррозии и засорения.
Заключение
Мановакуумметр остается одним из фундаментальных, надежных и востребованных средств измерения в энергетике и промышленности. Его правильный выбор, основанный на анализе диапазона измерений, свойств рабочей среды, условий эксплуатации и требований к точности, является критически важным для обеспечения безопасности, эффективности и управляемости технологических процессов. Современный рынок предлагает широкий спектр приборов – от классических деформационных до интеллектуальных цифровых, что позволяет найти оптимальное решение для любой задачи, будь то локальный контроль на трубопроводе или интеграция в сложную систему автоматизированного управления энергоблоком.