5.3.2. Стандартні звужуючі пристрої

Стандартними звужуючими пристроями в витратомірах змінного перепаду тиску є діафрагми, сопла і сопла Вентурі. Ці пристрої не вимагають індивідуального градуювання.

Стандартні діафрагми використовуються для трубопроводів з умовним діаметром проходу від 50 до 500 мм при тиску вимірюваної речовини до 10 МПа. Модуль стандартної діафрагми вибирається з діапазону , а її розміри визначаються відносно діаметра трубопроводу. Так, товщину діафрагми вибирають за умови . Діафрагма з боку входу потоку має гостру кромку, яка утворюється фронтальною і циліндричними поверхнями.

Для трубопроводів діаметром менше 50 мм діафрагми застосовують за умови їх індивідуальної градуїровки.

Стандартні сопла розміщують концентрично з трубопроводом, скругленою частиною назустріч потоку. Їх застосовують для трубопроводів діаметром 50…500 мм і модулем . Порівняно з діафрагмами сопла характеризуються значно меншою безповоротною втратою тиску. Стандартні сопла порівняно з діафрагмами мають меншу чутливість до забруднення і корозії. Незначна зміна вхідного профілю сопла впливає значно менше на коефіцієнт витрати сопла ніж на коефіцієнт витрати діафрагми. При однакових значеннях модуля і перепадах тиску сопло забезпечує вимірювання більшої витрати ніж діафрагма.

Стандартні сопла Вентурі – це труби Вентурі, у яких вхідна частина має профіль стандартного сопла. Сопло переходить в циліндричну частину, яка з’єднується з дифузором, кут конусності якого повинен задовольняти умові . Довжина циліндричної частини повинна бути в діапазоні . Сопла Вентурі застосовують для трубопроводів діаметром більше 50 мм з модулем . Сопла Вентурі мають найменшу безповоротну втрату тиску.

При виборі звужуючого пристрою необхідно враховувати допустиму величину безповоротної втрати тиску, вимоги щодо точності вимірювання, умови виготовлення і розміщення звужуючого пристрою в трубопроводі. Безповоротна втрата тиску залежить від типу звужуючого пристрою і його модуля. На рис. 12.___ (5.10) наведені експериментальні дані відносних значень безповоротної втрати тиску для різних звужуючих пристроїв. Як видно з рисунка, втрати тиску збільшуються при зменшенні модуля звужуючого пристрою, а при однакових модулях найбільші втрати тиску мають діафрагми, найменші – сопла Вентурі.

При однакових перепадах тиску і витраті речовини значення модуля для діафрагми більше ніж для сопла, тому втрати тиску для діафрагми і сопла практично однакові.

У сопла Вентурі, головним чином завдяки наявності вихідного дифузора, який сприяє більш повному відновленню потенціальної енергії потоку, втрати тиску значно менші, ніж у діафрагми і сопла.

Для звужуючих пристроїв коефіцієнт витрати залежить від модуля і числа Рейнольдса, тобто

,

(12.25)

де – число Рейнольдса; – кінематична в’язкість речовини; – середня швидкість речовини в перерізі трубопроводу; – вну-трішній діаметр трубопроводу.

На рис. 5.11 показана експериментальна залежність коефіцієнта витрати від числа Рейнольдса для стандартних звужуючих пристроїв. З рисунку видно, що є дві області залежності коефіцієнта витрати від числа Рейнольдса. Режим руху потоку речовини впливає на коефіцієнт витрати до певного граничного значення числа Рейнольдса – Re_гр. При Re_гр коефіцієнт витрати залежить тільки від модуля звужуючого пристрою, тобто . Застосування звужуючих пристроїв при Re_гр небажано, тому що в області змінних значень коефіцієнта витрати його оцінювання пов’язане з додатковими похибками. Наявність автомодельної області для коефіцієнтів витрати при Re_гр дозволяє використовувати для їх визначення табличні значення коефіцієнтів витрати, наведені в нормативних документах.

Розрахунок стандартних звужуючих пристроїв полягає в обчисленні модуля, за яким визначають всі геометричні розміри звужуючого пристрою. Зменшення модуля при незмінній витраті приводить до зростання перепаду тиску в звужуючому пристрої, і відповідно, до збільшення безповоротних втрат тиску. При оптимальних модулях забезпечується необхідна точність і допустимі втрати тиску.

Вихідними даними для розрахунку є тип звужуючого пристрою, вид речовини і її тиск і температура, витрата або діапазон витрати, необхідна точність вимірювання і допустимі безповоротні втрати тиску, діаметр трубопроводу. Розрахунок стандартного звужуючого пристрою можна виконувати в такій послідовності.

Визначається число Рейнольдса в залежності від діаметра трубопроводу і об’ємної або масової витрати речовини

,

(12.26)

де і – відповідно об’ємна і масова витрата; – внутрішній діаметр трубопроводу.

Число Рейнольдса, обчислене за найменшою витратою речовини, вважається граничним і з рис 12.___ (5.11) вибирається модуль і відповідний йому коефіцієнт витрати .

З рівняння (12.24) визначається перепад тиску в звужуючому пристрої, враховуючи, що

.

(12.27)

За визначеними перепадами тиску відносно найменшої і найбільшої витрати речовини вибирається вторинний прилад (диференціальний манометр) і оцінюється очікувана точність вимірювання, а також безповоротна втрата тиску. У випадку незадовільних результатів вибирається новий модуль і відповідний йому коефіцієнт витрати. За оптимальним значенням модуля визначається діаметр отвору звужуючого пристрою та інші його розміри.

Стандартні звужуючі пристрої можна використовувати лише при дотриманні правил їх розміщення в трубопроводах.

До і після звужуючого пристрою повинні бути прямі відрізки трубопроводу, найменша довжина яких залежить від діаметра трубопроводу, модуля, а також від виду місцевого опору перед звужуючим пристроєм. Найменша довжина прямого відрізка перед звужуючим пристроєм при наявності, наприклад, коліна в залежності від модуля дорівнює:

Модуль m	0,05	0,3	0,5	0,7
Відносна довжина	10	16	28	53

Довжина прямого відрізка трубопроводу після регулювального вентиля або засувки для всіх значень модуля дорівнює =100.

Найменша довжина прямих відрізків трубопроводу після звужуючого пристрою дорівнює:

Модуль m	0,05	0,3	0,5	0,7
Відносна довжина	4	6,5	7,5	8

Перед звужуючим пристроєм на довжині внутрішній діаметр трубопроводу не повинен відрізнятися від розрахованого більше ніж на , а за пристроєм – . На цих відрізках трубопроводу не допускаються нерівності поверхні помітні неозброєним оком.

Зміщення осі отвору звужуючого пристрою відносно осі трубопроводу не повинно бути більше 0,6 мм для трубопроводів діаметром до 200 мм; 1 мм – для мм; 2 мм – для мм.

Довжина з’єднувальних ліній (трубопроводів), якими диференці-альний манометр приєднується до звужуючого пристрою повинна бути такою, щоб температура речовини, що надходить в манометр дорівнювала температурі навколишнього повітря. При цьому бажано, щоб довжина лінії не перевищувала 15 м. Найбільша допустима довжина з’єднувальних ліній не повинна перевищувати 50 м, а внутрішній діаметр трубопроводів повинен бути не менше 8 мм. З’єднувальні лінії повинні бути герметичними, а вигин труб ліній – плавним. Крім того, з’єднувальні лінії повинні бути захищені від впливу зовнішніх джерел теплоти або холоду покриттям труб тепловою ізоляцією.