Типы сужающих устройств
Стандартная диафрагма – наиболее простое и распространенное сужающее устройство (рис. 2). Она применяется без индивидуальной градуировки для трубопроводов диаметром D> 50 мм при условии, что 0,05<m<0,7. Величина m – это так называемый модуль сужающего устройства: m = S0/S1, где S0 = площадь отверстия диафрагмы; S1 = площадь поперечного сечения трубопровода.
Диафрагма представляет собой тонкий диск с круглым концентрическим отверстием, которое имеет со стороны входа острую прямоугольную кромку, а отверстие на выходе расточено под угол φ = 30…45°. Входная кромка диафрагмы не должна иметь закруглений, вмятин, зазубрин и заусенцев [4].
В комплект расходомера переменного перепада давления входят сужающее устройство, дифференциальный манометр и вторичный прибор.
В современных схемах в качестве комплекта расходомера переменного перепада давлений используется диафрагма, интеллектуальный датчик разности давлений, вторичный прибор или контроллер.
Диафрагма представляет собой тонкий металлический диск с отверстием, концентричным оси трубопровода. Отверстие имеет со стороны входа потока острую цилиндрическую кромку, а затем расточку на конус под углом 30—45°. Отбор статических давлений до и после диафрагмы производится через кольцевые камеры или с помощью отдельных отверстий, объединенных в коллекторы. Схема установки диафрагмы на трубопроводе приведена на рис. 3. [4]
Рис. 3. Камерная диафрагма:
1–диск; 2, 3–кольцевые камеры;
4, 7–фланцы; 5, 6–соединительные трубки;
8–прокладки
Стандартные сопла (рис.4.) могут применяться без индивидуальной градуировки в трубопроводах диаметром D>50 мм при условии, что 0,05<m<0,65. Вследствие того что струя, протекающая через сопло, почти не отрывается от его профилированной части, потери на завихрения возникают в основном за соплом, поэтому остаточная потеря давления Рпв сопле, по сравнению с диафрагмой, меньше.
 |
Профильная часть отверстия сопла должна быть выполнена с плавным сопряжением дуг. При изготовлении сопла необходимо обращать внимание на гладкость его входной части, отсутствие конусности в цилиндрической части. Выходная кромка цилиндрической части отверстия должна быть острой, без заусенцев, фаски или закругления. Для изготовления сопел обычно используют те же материалы, что и для диафрагм [4].
Сопла Вентури могут применяться без индивидуальной градуировки для диаметров трубопроводов D>50 мм. У сопла Вентури (рис. 5) профильная входная часть выполняется такой же, как у обычного сопла. У сопла Вентури еще меньше потери давления Рп ,так как его профиль близок к сечению протекающего потока.
Цилиндрическая средняя часть непосредственно без сопряжения переходит в конус [4]. Сопла Вентури могут быть длинными и короткими. У длинного сопла Вентури наибольший диаметр выходного конуса равен диаметру трубопровода, а у короткого – меньше диаметра трубопровода. Угол конуса должен удовлетворять условию 5° < φ < 30°.
Измерение перепада давлений производится через кольцевые камеры, причем задняя (минусовая) камера соединяется с цилиндрической частью сопла Вентури с помощью группы радиальных отверстий. Короткие сопла Вентури получили большее распространение, так как они дешевле в изготовлении и монтаже, а потеря давления в них почти такая же, как и в длинных.
Расходомеры постоянного перепада давления
Расходомеры обтекания – это приборы, основанные на зависимости расхода вещества от перемещения тела, воспринимающего динамическое давление обтекающего его потока.
В расходомерах постоянного перепада давления расход вещества зависит от перемещения тела, изменяющего при этом площадь проходного отверстия таким образом, что перепад давления по обе стороны поплавка остаётся постоянным [4].
Среди расходомеров обтекания наиболее распространены ротаметры (рис.6).
Ротаметры имеют большой диапазон измерения Qmax /Qmin = 10. Проходящий через ротаметр снизу поток жидкости или газа поднимает поплавок вверх до тех пор, пока расширяющаяся кольцевая щель между телом поплавка и стенками конусной трубки не достигнет такой величины, при которой действующие на поплавок силы уравновешиваются [4]. При равновесии сил поплавок устанавливается на той или иной высоте в зависимости от величины расхода.
На поплавок ротаметра сверху вниз действуют две силы: сила тяжести и сила от давления потока на верхнюю плоскость поплавка.
Рис. 6. Схема ротаметра.
Сила тяжести:
где V-объем поплавка; rп – плотность материала поплавка; g – ускорение силы тяжести.
Сила от давления потока на верхнюю плоскость поплавка: p2s, где p2 – среднее давление потока на единицу верхней плоскости поплавка; s – площадь наибольшего поперечного сечения поплавка.
Снизу вверх на поплавок действуют также две силы: сила от давления потока на нижнюю плоскость поплавка p1s и сила трения потока о поплавок 
, где k - коэффициент сопротивления, зависящий от числа Рейнольдса и степени шероховатости поверхности; uk - средняя скорость потока в кольцевом канале, охватывающем боковую поверхность поплавка; sб – площадь боковой поверхности поплавка; n – показатель, зависящий от величины скорости.
Поплавок уравновешен в том случае, когда сумма сил, действующих снизу равна сумме сил, действующих сверху:
Vrпg+ p2s= p1s+ 
или
p1 - p2 = 
(1)
С увеличением расхода поплавок поднимается в более широкую часть трубки, при этом увеличивается площадь кольцевого канала, следовательно uk при всех расходах остается неизменной. Вся правая часть уравнения (1) будет постоянной, так как остальные величины для данного прибора тоже постоянны. Следовательно, разность давлений на поплавок p1 - p2 = const, т.е. ротаметр является прибором постоянного перепада давления [4].
Из совместного решения уравнений Бернулли и неразрывности получим уравнение расхода:
(2)
где a- коэффициент расхода; p1 – p2 - разность статических давлений, действующих на поплавок.
Здесь l расстояние между сечениями I – I и II – II.
После ряда преобразований получим:
Q =a1 sk k , (3)
где a1 = f(a); sk – площадь кольцевого отверстия, образованного конусной трубкой и верхней частью поплавка; k – константа. Эта зависимость линейна, и поэтому шкала ротаметра будет равномерной.
Дата добавления: 2015-08-01; просмотров: 4482;