Давления на диафрагме

Давление потока около стенки трубопровода несколько возрастает из-за подпора перед диафрагмой и снижается до минимума за диафрагмой в наиболее узком сечении потока. Далее, по мере расширения струи, давление потока около стенки снова повышается, но не достигает прежнего значения. Потеря части давления определяется, главным образом, потерей энергии на трение и завихрения.

Рис. 2.5. Диафрагма камерная

Изменение давления потока 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 снижается. Разность давлений является перепадом, зависящим от расхода протекающей через трубопровод среды.

Характер потока и распределение давления одинаковые во всех типах сужающих устройств. Так как струя, протекающая через сопло, почти не отрывается от его профилированной части, потери на завихрения возникают в основном за соплом, поэтому остаточная потеря давления в сопле меньше, чем в диафрагме. Еще меньше потери давления в сопле Вентури, профиль кото­рого близок к сечению потока, проходящего через сужение.

Из трех типов сужающих устройств наиболее часто применяют диафрагму.

При измерении расхода по методу переменного перепада давлений протекающее вещество должно полностью заполнять все сечение трубопровода и СУ; поток в трубопроводе должен быть практически установившимся; фазовое состояние веществ не должно изменяться при прохождении их через сужающее устройство (жидкость не должна испаряться, пар должен оставаться перегретым и т. п.).

Рис. 2.6. Труба Вентури

С другой стороны, следует учитывать, что при значительном может увеличиться отношение а это вызовет увеличение погрешности при определении коэффициента . Следует стремиться к тому, чтобы отношение для диафрагм при измерении расхода газа было меньше 0,2, а при измерении расхода пара – меньше 0,03. В этом случае погрешность в определении не будет превышать ±0,5 % . При измерении расхода пара соплами погрешность определения равна нулю, если < (0,1...0,2); поэтому измерение расхода пара соплами целесообразнее, чем диафрагмами.

Рис. 2.7. Сопло нормальное

а) б)

Р ис. 2.8. Диафрагмы:

а – камерные: 1 – корпус плюсовой кольцевой камеры; 2 – корпус минусовой кольцевой камеры; 3 – диафрагма; 4 – уплотнительная прокладка;

5 – патрубок; б – бескамерные: 1 – диафрагма; 2 – ушко

Рис. 2.9. Зависимость потерь давления в различных сужающих устройствах: 1–диафрагма; 2 – сопло; 3 – короткое сопло Вентури; 4 – длинное сопло Вентури ; 5 – длинное сопло Вентури

Основные правила соединения сужающих устройств с дифманометром: дифманометр и СУ связаны двумя соединительными трубками. Обычно применяют медные, алюминиевые, стальные и пластмассовые (из винипласта или полиэтилена). В трубках не должно быть горизонтальных участков, где могут накапливаться воздух, газы или влага, поэтому трубки прокладывают с уклоном. Существенное значение имеют диаметр и длина соединительных трубок. При малых диаметрах трубки легко засоряются, в них образуются водяные пробки или воздушные пузыри. Вследствие повышенного сопротивления трубок увеличивается время запаздывания дифманометра. Слишком большие диаметры нежелательны из-за громоздкости проводки и увеличения расхода металла, а при измерении расхода газа – из-за увеличения времени запаздывания дифманометра.

Рекомендуется применять трубки с внутренним диаметром 10–12 мм, но не менее 8 мм. Длина соединительных трубок зависит от расстояния между сужающим устройством и дифманометром. С увеличением длины соединительных трубок возрастает запаздывание в передаче импульсов, усложняются поддержание герметичности и удаление воздуха или влаги из трубок.

В процессе работы соединительные трубки необходимо периодически продувать для очистки и удаления из них воздуха (в случае измерения расхода пара) или влаги (при измерении расхода газа). Для этой цели у дифманометров рекомендуется устанавливать продувочные отводы с вентилями. Соединительные трубки должны быть защищены от действия источников теплоты и от воз­можного замерзания.

Трубки соединяют накидными гайками, резьбовыми муфтами и фланцами. Такие соединения допускают быструю разборку при чистке трубок. В длинных линиях необходимо иметь несколько разборных соединений, желательно вблизи мест изгибов, где чаще необходима чистка. Соединения пайкой трубок из цветных металлов и сваркой стальных трубок можно применять только в случае, если нет опасности засорения.

В частных случаях для обеспечения правильности измерения перепада давлении и создания условий, гарантирующих надежную и бесперебойную работу дифманометра, приходится вводить некоторые вспомогательные устройства, устанавливаемые обычно в соединительных трубках между СУ и дифманометром. Тип этих устройств зависит от рода измеряемой среды (жидкость, газ, пар), ее свойств и характеристик (агрессивность, загрязненность и т. п.).

При измерении расхода воды и неагрессивных невязких жидкостей дифманометр рекомендуется устанавливать ниже СУ (рис.2.10). Такой способ установки исключает возможность попадания воздуха или газа из протекающей по трубопроводу жидкости в соединительные трубки и дифманометр. Если из измеряемой жидкости легко выпадают осадки, то перед дифманометром необходимо устанавливать отстойные сосуды; если необходимо располагать дифманометр выше сужающего устройства, то рекомендуется вначале направить трубки вниз (рис. 2.11), а затем вести их вверх.

Рис. 2.10. Схемы соединения СУ с дифманометром при измерении расхода воды и неагрессивных жидкостей:

а – для чистой жидкости, б – для жидкости, содержащей взве­шенные частицы; 1 – дифманометр; 2 – СУ; 3– запорные вентили; 4 – соединительные трубки; 5 – отстойные сосуды

Направленные вниз U-образные вертикальные участки трубок предохраняют от попадания воздуха или газа в соединительные линии. Горизонтальные ветви обеих линий должны иметь уклон и располагаться на одном уровне, чтобы отрицательное давление, создаваемое столбами жидкости в вертикальных ветвях, было равно для обеих ветвей. В верхних точках системы необходимо устанавливать газосборники с вентилями для продувки.

При измерении расхода горячих жидкостей ( > 120 °С) необходимо включать в соединительные линии уравнительные сосуды, заполненные водой. Оба сосуда и боковые отверстия в них должны находиться на одной высоте.

Уравнительные сосуды должны иметь достаточный объем, чтобы температура воды в них изменялась незначительно.

При измерении расхода агрессивных жидкостей для защиты дифманометра и соединительных трубок применяют мембранные устройства, разделительные сосуды и подают защитный газ через соединительные трубки. Такие схемы используют и при измерении расхода вязких жидкостей, загрязненных сред и т. п. Схема установки дифманометра с применением разделительных сосудов показана на рис. 2.12.

При непрерывной продувке газом продуваемый газ (воздух, азот) должен иметь большее давление, чем в производственном трубопроводе. Через обе соединительные трубки должно проходить одинаковое количество газа. Скорость продувки контролируют по количеству пузырьков газа с помощью контрольных стеклянных стаканчиков (установленных в линиях соединительных трубок) или ротаметров. Оптимальный расход газа на продувку каждой трубки 50–200 л/ч .

Рис. 2.11. Схемы соединения СУ с дифманометром при измерении расхода воды и неагрессивных жидкостей:

а – для чистой жидкости; 6 – для жидкости, содержащей взвешенные частицы; 1 – дифманометр; 2 – сужающее устройство; 3 – запорные вентили; 4 – соединительные трубки; 5 – отстойные сосуды; 6 – газосборники

При измерении расхода воздуха или неагрессивного газа дифманометр рекомендуется устанавливать выше сужающего устройства; при этом конденсат, образовавшийся в соединительных трубках, стекает в трубопровод.

Рис. 2.12. Схема соединения СУ с дифманометром при измерении расхода агрессивной жидкости методом непрерывной продувки воздухом или газом:

1 – дифманометр; 2 – сужающее уст­ройство; 3 – запорные вентили; 4 – со­единительные трубки; 5 – контрольные стаканчики или ротаметры; 6 – редуктор; 7 – манометры

Если дифманометр приходится устанавливать ниже СУ, то в соединительных трубках накапливается конденсат, который может закупорить трубки и исказить результаты измерений. Чтобы избежать этого, необходимо в нижних точках соединительных линий устанавливать ловушки конденсата. Соединительные линии на всем протяжении должны иметь односторонний уклон, причем при установке дифманометра ниже СУ должен быть обеспечен уклон трубок к ловушкам со стороны и сужающего устройства, и дифманометра. При необходимости (при очень длинной трассе) устанавливают несколько ловушек. Ловушки изготовляют из отрезка трубы диаметром 50–100 мм, емкостью примерно 1000 см³; для периодического выпуска конденсата ловушки снабжают сливным отверстием, закрываемым пробкой или вентилем.

При измерении расхода агрессивных, загрязненных или запыленных газов необходимы также мембранные устройства или разделительные сосуды.

При измерении расхода пара для защиты дифманометра от действия высокой температуры соединительные трубки заполняют водой. Для этого в непосредственной близости от СУ устанавливают конденсационные (уравнительные) сосуды, которые вместе с участками соединительных линий между сосудами и дифманометром заполняют конденсатом. Дифманометр следует устанавливать ниже СУ, так как в этом случае отпадает необходимость в установке газосборников для удаления из трубок воздуха, выделившегося из паропровода или случайно попавшего в них. Оба конденсационных сосуда, а также боковые отверстия в них должны находиться на одной высоте. Давление у СУ целесообразно измерять на среднем диаметре трубопровода. В этом случае обеспечивается постоянство и равенство высот столбов конденсата в соединительных трубках до сужающего устройства и после него. Трубки, соединяющие СУ с конденсационными сосудами, на участках вблизи сосудов нужно располагать горизонтально и на одном уровне. Конденсационные сосуды должны иметь достаточный объём для того, чтобы при любом колебании расхода уровень конденсации всегда находился в пределах объёма сосудов.

При необходимости установки дифманометра выше СУ в верхних точках системы устанавливают газосборники с продувочными вентилями для сбора и удаления воздуха, выделившегося в соединительных трубках.

При наличии взвешенных частиц в паре в нижних точках соединительных линий устанавливают отстойные сосуды.