Приборы для измерения расхода жидкости, газа, пара и тепла.

Классификация расходомеров

Расход вещества – это масса или объем вещества, проходящего через данное сечение канала средства измерения расхода в единицу времени. Различают объемный (единицы измерения – м³/с или м³/ч) или массовый расход (кг/ч, т/ч).

Измеряется расход вещества с помощью расходомеров, представляющих собой средства измерений или измерительные приборы расхода. Часто расходомеры используют не только для измерения расхода, но и для измерения массы или объема вещества, проходящего через средство измерения в течение любого, произвольно взятого промежутка времени. В этом случае они называются счетчиками или расходомерами со счетчиками. Масса или объем вещества, прошедшего через счетчик, определяется по разности двух последовательных во времени показаний отсчетного устройства или интегратора.

По принципу измерений расходомеры классифицируют по следующим основным группам.

· Расходомеры переменного перепада давления (с сужающими устройствами; с гидравлическими сопротивлениями; центробежные; с напорными устройствами; струйные), преобразующие скоростной напор в перепад давления.

· Расходомеры обтекания (расходомеры постоянного перепада — ротаметры, поплавковые, поршневые, гидродинамические), преобразующие скоростной напор в перемещение обтекаемого тела

· Тахометрические расходомеры (турбинные с аксиальной или тангенциальной турбиной; шариковые), преобразующие скорость потока в угловую скорость вращения обтекаемого элемента (лопастей турбинки или шарика).

· Электромагнитные расходомеры, преобразующие скорость движущейся в магнитном поле проводящей жидкости в ЭДС.

· Ультразвуковые расходомеры, основанные на эффекте увлечения звуковых колебаний движущейся средой.

· Инерциальные расходомеры (турбосиловые; кориолисовы; гигроскопический), основанные на инерционном воздействии массы, движущейся с линейным или угловым ускорением жидкости.

· Тепловые расходомеры (калориметрические; термомнемометрические), основанные на эффекте переноса тепла движущейся средой от нагретого тела.

· Оптические расходомеры, основанные на эффекте увлечения света движущейся средой (Физо-Френели) или рассеяния света движущимися частицами (Доплера).

· Меточные расходомеры (с тепловыми, ионизационными, магнитными, концентрационными, турбулентными метками), основанные на измерении скорости или состоянии метки при прохождении ее между двумя фиксированными сечениями потока.

Для измерения расхода воды мы используем метод переменного перепада давления и в качестве сужающего устройства выбираем диафрагму.

Измерения расхода воды в соответствии с МИ 1948-88 должны проводиться при соблюдении следующих условий:

· характер движения потока на прямых участках трубопроводов до и после сужающего устройства должен быть стационарным;

· измеряемое вещество должно заполнять все поперечное сечение трубопровода перед сужающим устройством и за ним;

· фазовое состояние потока не должно изменяться при его течении через сужающее устройство;

· на поверхностях сужающего устройства не должны образовываться отложения, изменяющие его конструктивные параметры и геометрические размеры;

· температура измеряемой среды от 0 до 50°С, давление до 1 Мпа.

Описание расходомеров переменного перепада давления

Наиболее распространенными средствами измерений расхода жидкостей и газов (паров), протекающих по трубопроводам, являются расходомеры переменного перепада давления, состоящие из стандартного сужающего устройства, дифманометра, приборов для измерения параметров среды и соединительных линий. В комплект расходомерного устройства также входят прямые участки трубопроводов до и после сужающего устройства с местными сопротивлениями.

Сужающее устройство расходомера является первичным измерительным преобразователем расхода, в котором в результате сужения сечения потока измеряемой среды (жидкости, газа, пара) образуется перепад (разность) давления, зависящий от расхода. В качестве стандартных (нормализованных) сужающих устройств применяются измерительные диафрагмы, сопла, сопла Вентури и трубы Вентури.

Диафрагма – тонкий диск с отверстием круглого сечения, центр которого лежит на оси трубопровода (используются в трубах от 50 мм до 2 м). Достоинствами диафрагм являются: простота изготовления, дешевизна изготовления, простота проверки конструкции. Недостатками являются: малый срок службы, большая остаточная потеря давления (40÷60%).

Сопло – выполнено в виде насадки с круглым концентрическим отверстием, имеющим плавную сужающую часть на входе и развитую цилиндрическую часть на выходе. К достоинствам сопл относятся: маленькая потеря давления, способность при одном и том же перепаде давлений измерять больший расход. Недостатками являются: сложность в изготовлении и проверке.

Сопло Вентури – состоит из цилиндрического входного участка, плавно сужающейся части, переходящей в короткий цилиндрический участок, и расширяющейся конической части (диффузора). Измерительная диафрагма представляет собой диск, установленный так, что центр его лежит на оси трубопровода (рисунок 1.13).

Рисунок 1.13. Схема распределения статического давления в потоке при установке в трубопроводе сужающего устройства – диафрагмы: 1 – отверстие для измерения статического давления до сужающего устройства; 2 – отверстие для измерения статического давления после сужающего устройства.

При протекании потока жидкости или газа (пара) в трубопроводе с диафрагмой сужение его начинается до диафрагмы. На некотором расстоянии за ней под действием сил инерции поток сужается до минимального сечения, а далее постепенно расширяется до полного сечения трубопровода. Перед диафрагмой и после нее образуются зоны завихрения. Давление струи около стенки вначале возрастает из-за подпора перед диафрагмой, а за диафрагмой оно снижается до минимума. Затем давление снова повышается, но не достигает прежнего значения, так как вследствие трения и завихрений происходит потеря давления p_пот.

Таким образом, часть потенциальной энергии давления потока переходит в кинетическую. В результате средняя скорость потока в суженном сечении повышается, а статическое давление в этом сечении становится меньше статического давления перед сужающим устройством. Разность этих давлений (перепад давления) служит мерой расхода протекающей через сужающее устройство жидкости, газа или пара.

В качестве измерительных приборов применяются различные дифференциальные манометры, снабженные показывающими, записывающими, интегрирующими, сигнализирующими и другими устройствами, обеспечивающими выдачу измерительной информации о расходе в соответствующей форме и виде.

По способу отбора давления и дифманометру, расходомерные диафрагмы делятся на камерные и бескамерные (с точечным отбором). Более совершенными из них являются камерные устройства.

ЗАДАНИЕ НА КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

Расчет расходной диафрагмы

Для измерения расхода среды используются дроссельные диафрагмы без предварительной градуировки в трубопроводах круглого сечения с диаметром не менее 50 мм при значениях m от 0,05 до 0,64 в случае наличия определенной длины прямых участков до и после диафрагмы.

Схема установки в трубопроводе наиболее простого сужающего устройства (СУ) – диафрагмы - в виде тонкого диска с круглым отверстием посредине и изображение характера потока представлены на рисунке 2.1. Там же дано распределение статического давления р по длине струи.

Сжатие потока начинается перед диафрагмой и благодаря действию сил инерции достигает наибольшей величины на некотором расстоянии за ней, после чего струя вновь расширяется до полного сечения трубопровода. Перед диафрагмой и за ней в углах образуются зоны с вихревым движением, причем зона вихрей после диафрагмы более значительна, чем до нее. Давление струи около стенки трубопровода (сплошная линия) несколько возрастает за счет подпора перед диафрагмой и понижается до минимума за диафрагмой в точке наибольшего сужения струи, где сечение потока меньше, чем отверстие диафрагмы.

Далее по мере расширения струи давление около стенки снова повышается, но не достигает прежнего значения на величину р_п ввиду наличия безвозвратных потерь на завихрение, удар и трение. Изменение давления струи по оси трубопровода практически совпадает с изменением давления около его стенки, за исключением участка перед диафрагмой и непосредственно в ней, где давление потока по оси трубы понижается (пунктирная линия). Жидкость должна заполнять все сечение, фазовое состояние ее не должно изменяться.

Диафрагма должна быть выбрана таким образом, чтобы при всех значениях ожидаемого расхода среды коэффициент расхода был величиной постоянной. Минимальное значение критерия Re, при дальнейшем росте которого коэффициент расхода остается постоянной величиной, называется предельным значением критерия Рейнольдса.

При минимальном расходе среды значение критерия Рейнольдса Re должно быть больше Re_пред.

Диафрагма представляет собой тонкий диск, имеющий круглое отверстие d₂₀, центр которого должен совпадать с центром сечения трубы.

Рисунок 2.1. Характер потока и распределение статического давления в трубопроводе при установке сужающего устройства

Диаметр отверстия диафрагм независимо от способа отбора представлен следующим соотношением : D₂₀ ≥12,5 мм

В тех случаях, когда толщина b ≤ 0,02 D₂₀ можно изготовлять диафрагму без конического расширения к выходу потока.

По толщине диафрагмы b > 0,02D₂₀ цилиндрическое отверстие должно выполняться с коническим расширением к выходу потока и углом наклона 30о ≤ φ ≤ 45о

Отверстие диафрагмы цилиндрической формы со стороны входа потока имеет прямоугольную острую кромку. Длина цилиндрической части отверстия должна находиться в пределах : 0,005D₂₀ ≤ l ≤ 0,02D₂₀

Требования к изготовлению и установке, методика расчета СУ изложены в ГОСТ8.563.1-97 «Измерение расхода и количества жидкостей и газов методом переменного перепада давления» (РД50- 213-80, правила 28-64, 27-54), введенного с 01.01.99 г.

При изготовлении и установке стандартных СУ в трубопроводах должны соблюдаться определенные требования, несоблюдение которых существенно влияют на погрешность измерения расхода. Допустимые диапазоны значений внутренних диаметров трубопроводов при температуре t = 20 ^оС и относительных площадей диафрагм mдолжны находиться в пределах:

· для диафрагм с угловым способом отбора Δp (Рисунок 2.2):

50 мм ≤ D₂₀ ≤ 1000 мм

0,05 ≤ m ≤ 0,64

Рисунок 2.2 Угловой способ Рисунок 2.3 Фланцевый и трехрадиусный способ

· способ отбора Δp для диафрагм с фланцевым и трехрадиусным способом отбора Δp (Рисунок 2.3): 50 мм ≤ D₂₀ ≤ 760 мм 0,05 ≤ m ≤ 0,56

Дата добавления: 2019-03-09; просмотров: 2025; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

⇐ Предыдущая 1 2 3 4 5 678 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!