Стандартные сужающие устройства.

При выборе сужающего устройства необходимо руководствоваться следующими соображениями. Потеря давления в сужающих устройствах увеличивается в следующей последовательности: труба Вентури, длинное сопло Вентури, короткое сопло Вентури, сопло, диафрагма; при одних и тех же значениях m и P и прочих равных условиях сопло позволяет измерять больший расход, чем диафрагма, и обеспечивает более высокую точность измерения по сравнению с диафрагмой (особенно при малых значениях m); изменение или загрязнение входного профиля сужающего устройства в процессе эксплуатации влияет на коэффициент расхода диафрагмы в большей степени, чем на коэффициент расхода сопла; первое место среди сужающих устройств по стоимости, простоте изготовления и монтажа занимают диафрагмы. Стандартная диафрагма. Для диафрагм с угловым способом отбора перепада давления допустимые диапазоны значений диаметров трубопроводов D и относительных площадей сужающих устройств m должны находится в пределах 50 мм < D <1000 мм; 0,05 < m <0,64 (для трубопроводов диаметром D >1000 мм рекомендуется принимать расчетные значения, соответствуют D = 1000 мм). Для диафрагм с фланцевым способом отбора перепада давления эти величины должны находиться в пределах 50 мм < D < 760 мм; 0,04 < m < 0,56. Диаметр отверстия диафрагм независимо от способа отбора перепада давления d >12,5 мм. Бескамерные диафрагмы на Py до 32 МПа изготовляются по ГОСТ 14322-77, а камерные диафрагмы на Py до 10 МПа - по ГОСТ 14321-73.  

Рис. 5.  Диафрагма; d20 - внутренний диаметр диафрагмы, D20 внутренний диаметр трубопровода

Диафрагма (рис.5) представляет собой тонкий диск 3 с круглым отверстием, ось которого располагается по оси трубы. Передняя (входная) часть отверстия имеет цилиндрическую форму, а затем переходит в коническое расширение. Передняя кромка должна быть прямоугольной (острой) без закруглений и заусениц. На рисунке приняты следующие обозначения: D20 - внутренний диаметр трубопровода перед сужающим устройством. На рисунке 9 показан внешний вид диафрагмы в разрезе.

Выше оси показано измерение перепада давления через кольцевые камеры 1, ниже оси - через отдельные отверстия 2. Толщина диска диафрагмы не должна превышать 0,05D20.

*Комплектация диафрагм.

По требованию заказчика для измерения избыточного давления в полюсовой камере диафрагмы может быть изготовлено отверстие диаметром 6мм. Расположение отверстия указывает заказчик либо принимают под углом 45 к любому отверстию для отбора перепада давления. Диафрагмы с одной парой отбора перепада давления комплектуют запорными вентилями и ниппелями, а также приваренными импульсными трубками соединений 1-4, когда измеряемая среда - жидкость при температуре до 120С или газ; уравнительными конденсационными сосудами для соединений 5-9, когда измеряемая среда- водяной пар; уравнительными сосудами для соединений 10-13, когда измеряемая среда - жидкость при температуре свыше 120С.

Диафрагмы с несколькими парами отборов комплектуются уравнительными конденсационными сосудами или уравнительными сосудами без импульсных трубок на основании данных опросного листа. Количество поставляемых пар сосудов соответствует числу дифманометров, комплектуемых с диафрагмой.

В обозначении камерной диафрагмы указывается условное давление, проход трубопровода, исполнение посадочных мест, материал корпусов камер и диска, номер соединения с импульсными трубками или сосудами и ГОСТ. Ниже приведен пример обозначения камерной диафрагмы со следующими данными: условное давление 0,6 МПа; условный проход 50мм; исполнение II; материал корпусов камер - сталь 20, материал диска - сталь 12Х17; диафрагма образует с приваренными импульсными трубками соединение 2.

Диафрагма ДК 0,6-50-II-а/г-2 ГОСТ 14321 - 73*.В обозначении бескамерной диафрагмы указываются условное давление, условный проход, материал диска ГОСТ. Пример условного обозначения бескамерной диафрагмы на условное давление 0,6 МПа для трубопроводов с условным проходом 500мм; материал диска - сталь марки 12Х17: Диафрагма ДБ 0,6-500-г ГОСТ 14322 - 77*:

При измерении расхода загрязнённых жидкостей и особенно газов у стандартной диафрагмы, установленной на горизонтальной трубе, могут образовываться отложения. Во избежание этого применяют сегментные и эксцентричные диафрагмы. Сегментные диафрагмы представляют собой кольцо, в которое вварен диск с вырезанным в его нижней части сегментом или сектором. Кольцо зажимается между фланцами трубопровода. Кромка диафрагмы со стороны потока должна быть острой. Отверстия сегментной и эксцентричной диафрагм располагают в нижней части сечения трубы, а выводы импульсных трубок - в верхней части трубопровода вне пределов отверстия. Они могут применяться для измерений расхода жидкостей, из которых выделяются газы; в этом случае отверстия истечения располагают вверху. Сегментные диафрагмы могут устанавливаться на трубопроводах диаметром от 50 до 1000 мм. Значение Remin 5000 - 40000 при m от 0,1 до 0,5.

При измерении малых расходов, перепад давления на диафрагме может быть не достаточен для организации измерения. В таких случаях возможен вариант с установкой двух диафрагм с разным диметром и отбором разницы давлений до первой и после второй.

 

Сопла. В случае измерения расхода газа, сопла могут устанавливаться на трубопроводе диаметром не менее 50 мм, в случае измерения расхода жидкости - не менее 30 мм. Относительная площадь сужающего устройства должна быть в пределах 0,05 < m <0,64, а диаметр отверстия сопла d>15 мм. Схематичное изображение сопла дано на рис. 11. На рисунке вверху показан отбор статических давлений через кольцевые камеры, внизу - через отдельные отверстия. На рисунке 6 показан внешний вид сопла в разрезе.

   

Рис.6.     Сопло

  Профиль входной части сопла образуется двумя дугами окружности, из которых одна касается торцевой поверхности сопла со стороны входа, а другая - цилиндрической поверхности отверстия. Сопряжение обеих дуг происходит практически без излома. На рисунке приведено сопло для m<0.444, сопло для m > 0,444 отличается конфигурацией профильной части. Сопло Вентури устанавливают на трубопроводах диаметром от 65 до 500 мм, при этом относительная площадь сужающего устройства должна находиться в пределах 0,05<m<0,60, диаметр отверстия сопла d >15мм.

Сопло Вентури состоит из профильной входной части, цилиндрической средней части (горловины) и выходного конуса. Профильная часть выполняется так же, как у нормального сопла для соответствующих значений m. Цилиндрическое отверстие должно переходить в конус без радиусного сопряжения. Сопло Вентури может быть длинным или коротким. У первого наибольший диаметр выходного конуса равен диаметру трубопровода, у второго он меньше диаметра трубопровода. Перепад давления следует измерять через кольцевые камеры. Заднюю (минусовую) камеру соединяют с цилиндрической частью сопла Вентури с помощью радиальных отверстий.

Выпускаются сопла Вентури на давление 1,6 МПа и условные диаметры 1000 и 1200 мм. Эти сопла изготовляют двух типоразмеров на каждый условный диаметр в зависимости от величины модуля m. Модуль - отношение площадей прохода горловины сужающего устройства и трубопровода, который равен 0,2 (СВ1-1000-02 и СВ1-1200-02) или (СВ1-1000-04 и СВ1-1200-04). Для измерения расхода сточной жидкости следует применять сопла Вентури с малыми сужениями (m>0,4), так как в торцевых частях сопел с большим сужением могут скапливаться отложения взвешенных частиц.

Труба Вентури (рис. 7) устанавливается в трубопроводах диаметром от 50 до 1400 мм, при этом относительная площадь сужающего устройства должна находиться в пределах 0,10<m<0,60.Труба Вентури состоит из входного патрубка 1,входного конуса 4, горловины 5 и диффузора 6.  

Рис.7. Труба Вентури

Во входном конусе и горловине выполнены кольцевые усредняющие камеры 2. Они сообщаются с внутренними полостями входного конуса и горловины с помощью нескольких отверстий 3, которые при наличии в измеряемой жидкости взвешенных частиц прочищают с помощью специальных приспособлений. В нижней части кольцевых камер устанавливают пробковые краны для спуска жидкости. Труба Вентури называется длинной (Рис.14-1), если наибольший диаметр выходного конуса равен диаметру трубопровода, или короткой (Рис 14-2), если указанный диаметр меньше диаметра трубопровода.

Измерение расходов, имеющих большое отношение Qmax/Qmin. Вследствие квадратичной зависимости между расходом и перепадом, расходомеры с сужающими устройствами могут измерять только расходы, у которых отношение максимального и минимального значений не превышает 3-4. При необходимости с помощью сужающих устройств можно измерять расходы, у которых диапазон измерения выходит за указанные пределы, в этом случае применяют или два сужающих устройства с отверстиями разной площади с подключением одного дифманометра, или одно сужающее устройство, к которому подключены два дифманометра на различные пределы измерения.

Применение двух сужающих устройств возможно путём параллельной или последовательной их установки. Оба эти способа имеют существенные недостатки, так как параллельная установка сужающих устройств требует достаточно длинного разветвления трубопровода, чтобы выдержать необходимые прямые участки, а последовательная связана с дополнительной потерей давления и прямым дополнительным участком между устройствами. При установке двух сужающих устройств должно быть предусмотрено переключение дифманометра (желательно автоматическое) с одного сужающего устройства на другое в зависимости от расхода.

В случае если используются два дифманометра с одним сужающим устройством, то предельный перепад одного из них принимается равным 0,09 от предельного перепада другого. При этом первый дифманометр измеряет расходы в пределах от 9 до 30% Qmax, а второй - в пределах 30-100% Qmax. Отношение максимального и минимального значений расходов равно 11. Сужающее устройство рассчитывается на Qmax и предельный перепад второго дифманометра. Дифманометры могут подключаться к сужающему устройству двумя способами: 1) поочерёдно в зависимости от расхода; 2) дифманометр на больший перепад подключен постоянно, второй дифманометр подключается при падении расхода до 30% от максимального. Каждый из вариантов можно реализовать путем автоматического переключения.