Измерение расхода в трубопроводах
Однозначная зависимость между потерями напора и средней скоростью при напорном движении в трубе, устанавливаемая формулами для потерь по длине (5.111) и для местных потерь (5.143), открывает простые на первый взгляд возможности для измерения расхода в трубопроводах. Измерив с помощью двух пьезометров потери по длине на расстоянии lв цилиндрической части трубопровода либо потери на местном сопротивлении (на резком расширении или сужении, на повороте, на диафрагме и т.п.), по формулам (5.111) или (5.143) можно вычислить среднюю скорость v и затем расход Q = vω. Такой способ измерения расхода используется редко по следующим причинам.
Коэффициент гидравлического трения λ зависит от числа Рейнольдса Re и от шероховатости. Зависимость от числа Рейнольдса усложняет использование зависимости (5.111) при заранее неизвестной средней скорости. Даже в области квадратичного сопротивления, где λ не зависит от Re, практическое использование зависимости (5.111) осложнено тем, что шероховатость трубы изменяется в процессе эксплуатации (коррозия, осаждение взвешенных частиц и т.п.). Поэтому измерение расхода с помощью зависимости для потерь по длине практически не применяется.
Использование местных сопротивлений для измерения расхода существенно проще, так как коэффициент местной потери напора при турбулентном режиме не зависит от значения Reи определяется геометрической формой местного сопротивления. Вместе с тем, если местное сопротивление (например, диафрагма) устанавливается в трубопроводе с целью измерения расхода, то потери напора на ней 
обуславливают
|
|
|
постоянное дополнительное расходование мощности насосного оборудования 
, что может сделать измерение расхода дорогостоящим. Точность измерения расхода возрастает с увеличением 
, но при этом увеличивается и затрачиваемая на измерение расхода мощность.
Значительная экономия получается, если с помощью двух пьезометров измерять не потери напора на местном сопротивлении, а перепад давления между фиксированными поперечными сечениями трубопровода (рис 6.22.)
Как было отмечено в разд. 5.17, форма транзитной струи и размеры водоворотных областей практически не зависят от скорости потока при турбулентном режиме, и поэтому фиксированному сечению трубопровода будет соответствовать фиксированное сечение транзитного потока (см. рис.6.21), причем давление на стенке трубопровода (измеряемое пьезометром) будет пренебрежимо мало отличаться от давления в соответствующем сечении транзитного потока. Таким образом, установим пьезометры в сечениях 1-1 и 3-3 и измерим разность их показаний h1-3 . Свяжем h1-3 с расходом Q, для чего запишем уравнение Бернулли для сечения 1-1 и сжатого сечения с-с, в котором движение жидкости плавно изменяющееся: 
(6.57)
|
|
|
Для простоты вычислений будем считать, что на участке сжатия потока потери напора такие же, как при сжатии струи в случае истечения из отверстия (см. разд. 8.2): 
; 
(6.58)
Из (6.57) и (6.58) получим выражение для h1-3 :
+ 
(6.59)
где 
- коэффициент сжатия транзитного потока, 
– площадь поперечного сечения трубопровода, 
зависит от отношения площади отверстия диафрагмы 
к 
Выражение для расхода Q = 
получим из (6.59):
(6.60)
Где 
– постоянная для каждой конкретной диафрагмы размерная величина, значение которой устанавливают, тарируя диафрагму объемным или весовым способом либо используя для тарировки эталонные расходомеры.
Практическое применение диафрагм в качестве средства для измерения расхода имеет два недостатка.
1. Крупномасштабные пульсации скорости в водородной области порождают колебания уровней в пьезометрах, которые трудно исключить даже путем демпирования их гидравлическими сопротивлениями, установленными между трубопроводом и вертикальной трубкой пьезометра. Наличие колебаний требует использования диафрагм, обеспечивающих большие (не менее нескольких сантиметров) разности 
во всем диапазоне заданных расходов.
|
|
|
2. Для обеспечения приемлемой точности при измерении разности показаний пьезометров при малых расходах необходимо, чтобы 
было достаточно велико (не менее 5-6 см), при этом потери на диафрагме 
при больших расходах оказываются весьма значительными, что обуславливает большие затраты мощности на измерительное средство.
Значительно более совершенным измерительным средством является водометр Вентури (рис. 6.23).
По существу он представляет собой конфузорно-диффузорный участок трубы, стенки которой очерчены по границе транзитного потока в диафрагме транзитного потока в диафрагме для исключения водоворотных областей, которые, с одной стороны, порождают крупномасштабные пульсации скорости, а с другой – являются причиной основной части потерь напора. Ввиду того, что сжатое сечение 
водомера Вентури можно измерить и, зная его, вычислить коэффициент сжатия 
, формула (6.60) позволяет найти значение постоянной 
(полагая 
) без тарировки:
; (6.61)
. (6.62)
К недостаткам водомера Вентури по сравнению с диафрагмой как измерительным средством можно отнести трудности его изготовления.
|
|
|
Дата добавления: 2015-12-17; просмотров: 15; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!