Расходомеры переменного перепада давления.
Метод измерения расхода по переменному перепаду давления наиболее универсален, так как он позволяет измерять расход жидкостей газов и пара, протекающих в трубопроводах, практически при любых давлениях и температурах.
Измерение расхода связано с движением измеряемого вещества. Вследствие этого неизбежна взаимосвязь между массой вещества и ее энергетическим состоянием, характеризуемым переходом энергии покоя (запаса энергии), т.е. статического давления, в энергию движения - кинетическую энергию. Эта связь выражается в изменении статического давления, необходимого для придания потоку дополнительной скорости при преодолении сопротивления на пути потока.
Для измерения расхода в трубопроводе на пути потока устанавливают сужающее устройство (дроссельный орган).
Разность давлений до и после сужающего устройства служит мерой скорости потока в сужающем устройстве. Зная скорость потока и площадь поперечного сечения потока, можно определить расход:
Q=wF0, где w - скорость потока в сужающем устройстве; F0 – площадь поперечного сечения сужающего устройства.
Формула, определяющая зависимость между скоростью потока и разностью давлений, выводится с использованием уравнения энергии потока несжимаемой жидкости и условия неразрывности струи и имеет следующий вид:
где m=d2/D2 – отношение квадратов диаметров дроссельного органа и трубопровода; m - коэффициент сужения струи; x - коэффициент, учитывающий место подключения импульсных трубок; r - плотность жидкости; р1 и р2 – давление до и после дроссельного органа.
|
|
|
Подставив в первую формулу значение w получим:
Q=mwF0= 
где F0 – площадь поперечного сечения сужающего устройства.
Величину 
Называют коэффициентом расхода, который учитывает неравномерное распределение скоростей по сечению потока, обусловленное вязкостью жидкости и трением ее о стенки трубопровода, форму сужающего устройства, а также тот факт, что давление измеряют не в центре потока, а у стенок трубопровода.
Коэффициент расхода для различных типов сужающих устройств определяется опытным путем.
Уравнение расхода для несжимаемой жидкости в объемных и массовых единицах будут иметь вид:
; 
При изменении расхода сжимаемых сред (газов и паров) необходимо в эти 2 формулы ввести поправочный множитель e, (коэффициент расширения), учитывающий расширение измеряемой среды:
; 
Так как при понижении давления при прохождении вещества через сужающее устройство плотность вещества уменьшается, принимается плотность среды перед сужающим устройством.
Коэффициент расхода, определяемый опытным путем, зависит от числа подобия Re -величины, связывающей геометрические данные потока, силы инерции (кинетической) и силы вязкости (работы сил внутреннего трения жидкости):
|
|
|
,
где w-средняя скорость среды в трубопроводе; D-внутренний диаметр трубопровода;
m-коэффициент динамической вязкости; n=m/r-коэффициент кинематической вязкости.
Параметр подобия Re-величина безразмерная.
При больших числах подобия коэффициенты расхода дроссельных органов становятся постоянными, т.е. не зависят от скорости, вязкости и плотности протекающего вещества.
Число подобия, при котором прекращается эта зависимость, называется предельным числом подобия Reпред. Оно зависит от формы сужающего устройства и величины m. Геометрически подобные сужающие устройства имеют одно и то же значение Reпред.
Коэффициент расхода для данного сужающего устройства является постоянной величиной только при условии: Re³Reпред, поэтому для определения исходного коэффициента расхода необходимо знать величину Re.
Вычислив постоянные величины и приведя к единице измерения расхода, получаем: 
,
где коэффициент С включает все величины, постоянные для данной установки и не изменяющиеся в процессе измерения.
В комплект установки для измерения расхода по переменному перепаду давления входят: сужающее устройство, соединительные линии (импульсные трубки), дополнительные устройства (разделительные сосуды, отстойники, конденсационные сосуды) и измерительный прибор – дифференциальный манометр.
|
|
|
Существует 3 типа нормализованных сужающих устройств: нормальные диафрагмы, нормальные сопла и нормальные трубы Вентури. Вследствие простоты устройства и монтажа наибольшее распространение получили сужающие устройства типа нормальной диафрагмы.
Нормальная диафрагма представляет собой тонкий металлический диск, имеющий концентрическое отверстие с острой кромкой и цилиндрической частью со стороны входа.
Образующая цилиндрической части отверстия перпендикулярна к плоскости диска, образующая конической части имеет угол наклона к плоскости диска 30-45°.
Для диафрагм диаметром d<150 мм кромка со стороны входа должна быть острой, без завалов и заусенцев. Для диафрагм диаметром d>150 мм допускается легкая шлифовка входной кромки наждачной бумагой.
Толщина нормальной диафрагмы должна быть 0,1D, длина цилиндрической части отверстия – 0,02D. Диаметр отверстия цилиндрической части диафрагмы изготовляется с допуском ±0,001d.
|
|
|
Нормальные диафрагмы могут быть камерные и с отдельными сверлениями. Диафрагмы изготовляют из нержавеющей Х17 (для среды с температурой до +400° С) и из стали Х18Н9Т (для среды с температурой свыше +400° С).
На одной из торцевых поверхностей диска должны быть указаны заводской номер, диаметр отверстия истечения в мм, внутренний диаметр трубопровода в мм, знаки “+” на камере перед диском и “-“ на камере за диском (по направлению потока).
На цилиндрической поверхности обеих камер должна быть нанесена стрелка, показывающая направление потока. Эта стрелка служит ориентиром при сборке камер.
Маркировку на диски и камеры наносят электрографом, способом ручной гравировки или другим способом, не вызывающим повреждения поверхности деталей диафрагм. Нормальная диафрагма устанавливается между фланцами трубопровода. Диафрагма крепится двумя кольцевыми камерами. Камеры снабжены кольцевыми выточками, сообщающимися с сечением трубопровода до и после диафрагмы за счет зазоров. Кольцевые выточки специальными сверлениями соединены с трубками.
Дата добавления: 2018-05-12; просмотров: 345; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!