ками применяется для определения количества охлаждающей воды, топлива и т. п.
1.2. Скоростные и объёмные водомеры
коростные и объёмные водомеры предназначаются для измерения расхода холодной и горячей воды в теплоэнергетике. Они также пр меняются для измерения расхода нефти, бензина и других жидкостей, не действующих химически на металлические части при-
бора [1,4]. |
|
|
С |
|
|
Для учёта расхода воды пользуются, главным образом, скорост- |
||
водомерами, т. к. они значительно проще, надёжнее и дешевле |
||
объёмных. К скоростным водомерам относятся водомеры с крыльча- |
||
той ( лл. |
5) ли со спиральной вертушками (илл. 6). Эти водомеры |
|
ными |
||
имеют на |
|
распространение. Принцип работы их состоит в |
том, что вода, протекающая через водомер с некоторой скоростью, |
||
приводит во вращение вертушку, число оборотов которой пропор- |
||
циональнобольшеескорости потока, следовательно, и количеству протекаю- |
||
щей воды. Водомеры с крыльчатой вертушкой применяются главным |
||
образом, для учёта малых расходов в горизонтальных трубопроводах. |
||
Они выпускаются калибром от 10 до 40 мм для измерения расхода |
||
воды как |
|
А |
в холодном, так и нагретом состоянии до t = +90 ºC с рабо- |
||
чим давлением до 0,1–0,15 МПа и пропускной способностью |
||
от 0,2 до 7 м3/ч. |
Д |
|
Водомеры со спиральной вертушкойИприменяются для учёта значительных расходов воды. В отличие от других, они могут быть установлены не только на горизонтальных участках трубопровода, но и на наклонных участках с восходящим потоком воды. Необходимым условием нормальной работы водомеров является наличие прямого участка трубы длиной не менее (8–10) D, а после негоИ– не менее 5 D, где D – диаметр трубы. Водомеры этого типа выпускаются калибром 50–250 мм на давление до 0,1–0,15 МПа и пропускной способностью 8–1000 м3/ч как для холодной, так и горячей воды.
Обычно в водомерах, предназначенных для измерения расхода холодной воды, вертушка изготовляется из пластмассы, а у водомеров для горячей воды – из металла.
Объёмные водомеры разделяются на дисковые, поршневые и ротационные, из них наибольшее распространение имеют первые. В основу работы объёмных водомеров положен способ учёта расхода
43
воды с помощью мерных баков. В объёмных водомерах вода, заполняя некоторый объём, приводит в движение диск или поршень, соединённый со счётным механизмом. Счётчик учитывает число заполнений за некоторый промежуток времени, а следовательно, и количе-
ство пропущенной жидкости. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
С |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Дисковые водомеры выпускаются калибром 50–100 мм с пропу- |
|||||||||||||
скной способностью от 4,5 до 50 м3/ч жидкости. Дисковые водомеры |
|||||||||||||
по сравнен ю с другими типами водомеров обладают высокой чувст- |
|||||||||||||
вительностью |
точностью. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
и |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1.3. Измерение скоростей и расхода жидкостей и газов |
|
||||||||||||
|
пневмометрическими трубками |
|
|
||||||||||
б |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
Измерен |
е скоростей потока газа пневмометрическими трубка- |
||||||||||||
ми свод тся к |
змерению динамического напора и связано со скоро- |
||||||||||||
стью потока уравнением |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
W |
2g Pд |
, |
|
|
|
(14) |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Дv |
|
|
|
|||||||
где W − скорость жидкости или газа, м/с; ρ − плотность протекающей |
|||||||||||||
|
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
жидкости или газаА, кг/м ; Pд − динамический напор, Па. |
|
|
|
||||||||||
Плотность газа достаточно просто определяется из уравнения |
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
И |
|
|
||||
Клапейрона (PV = RT с учётом того, что |
1 |
): |
|
|
|
||||||||
|
|
|
P Tн |
|
|
P 273 |
кг/м3, |
|
(15) |
||||
|
|
н T P |
|
н T 760 |
|
И |
|||||||
|
|
|
н |
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
где ρн − плотность газа при нормальных условиях ρн |
|
3 |
; |
||||||||||
= 1,29 кг/м |
|||||||||||||
T − температура протекающего в трубке газа, К; P − абсолютное давление газа в трубопроводе, мм рт.ст.
(16)
− статический напор,
Динамический напор обычно определяется как разность полного Рп и статического Рст напора:
Pд Pп Pст , мм вод.ст. |
(17) |
Измерение полного напора может быть осуществлено открытой трубкой, установленной навстречу движению потока, а статический– через отверст е в стенке трубы. Так как для определения скорости нужно знать только разность давлений, то можно обе трубки присое-
дин ть |
прот воположным концам жидкостного микроманометра с |
|
С |
|
|
наклонной тру кой (видео 1). Если при этом разность уровней рабо- |
||
чей ж |
в наклонной трубке микроманометра будет равна h, то |
|
динам ческ й напор удет |
|
|
дкости |
|
|
|
Pд Pп Pст h sin g , |
(18) |
где h = (h1-h0) – разность показаний микроманометра до и после заме- |
||
|
б |
|
ра, мм; α – угол наклона тру ки микроманометра; ρ – плотность жид- |
||
кости в микроманометре; g = 9,81 м/с2; μ − масштаб шкалы микрома- |
||
|
А |
|
встенке трубопровода желательноДделать небольших размеров (0,5–1 мм). При этом для уменьшения возмущений потока, которые сильно искажают результаты измеренияИ, края отверстий со стороны потока нужно тщательно загладить (видео 2).
Кроме указанного типа устройств, для замера динамического
напора применяют специальные пневмометрические трубки (Прандтля, Браббе и т.д.), представляющие собой в однойИтрубке комбинацию трубок полного и статического напора.
Скорость потока в различных точках сечения трубопровода различна. В центральной части трубопровода она достигает максимальной величины и уменьшается по мере приближения к стенкам трубопровода. Следовательно, скорость, измеренная с помощью пневмометрических трубок, будет соответствовать местной скорости потока
втой точке, где установлена трубка. Для определения расхода необходимо знать среднюю скорость потока. Скорость, будучи умножена на площадь сечения трубопровода, даст количество вещества, протекающего через сечение трубопровода. Трубопровод разбивают на
45
участки с равными площадями и измеряют скорость в определенной точке каждого участка. При вычислении средней скорости приблизительно принимают, что во всех точках участков скорость постоянна и равна измеренной [2].
редняя скорость для всего сечения трубопровода определится |
|||||
С |
|
|
|
|
|
из формулы |
|
|
|
|
|
|
W |
W1 W2 Wn |
, |
(19) |
|
производ |
ср |
n |
|
||
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
где Wср − средняя скорость вещества в отдельных точках трубопрово- |
|||||
да, м/с; n − кол чество точек в сечении. |
|
|
|
||
б |
|
|
|
||
Разб вку точек замера в трубопроводе круглого сечения можно ть по кольцевым сечениям. Число колец, на которое разбивается сечен е круглого тру опровода, в зависимости от диаметра ре-
комендуется пр н мать: |
|
|
|
|
А |
|
|
при диаметре до 200 мм – 3 кольца; |
|
|
|
при диаметре до 400 мм – 4 кольца; |
|
|
|
при диаметре до 700 мм – 5 колец; |
|
|
|
при диаметре более 700 мм – 5 – 6 колец. |
|
||
|
Д |
|
|
Если производят измерение давлений в прямоугольном трубо- |
|||
проводе, площадь сечения его разбивают на ряд равновеликих пло- |
|||
щадок и в центре каждой из них определяют скорость потока. Пло- |
|||
щадки должны иметь форму, по возможности близкую к квадрату, а |
|||
|
И |
|
|
размер каждой площадки должен быть не более 0,05 м2. |
|
||
Расход газа, протекающего по трубопроводу, определяется по |
|||
формуле |
|
И |
|
|
Q F Wср 3600 , |
||
|
|
(20) |
|
где Q – расход газа, м3/ч; F – площадь трубопровода, м2; Wср – средняя скорость газа по сечению трубопровода, м/с.
Способ измерения средней скорости при помощи пневмометрических трубок имеет ряд существенных недостатков:
1) высокая трудоёмкость;
2) необходимость применения весьма точных микроманометров, так как на практике измеряемый динамический напор обычно невелик, например, для потока воздуха со скоростью 6 – 25 м/с динамический напор лежит всего в пределах 2,5 – 25 мм вод. ст.
46
Поэтому при скоростях, меньших 5 м/с, применяют уже другие приборы, например, крыльчатые анемометры, а в некоторых случаях
– тепловые анемометры и дроссельные приборы (видео 3). В качестве датчиков расхода воздуха в автомобильных двигателях используется
пленочный датчик (ДРВ). |
|||
С |
|
||
1. 4. Измерение расхода жидкостей, газов и пара при помощи |
|||
|
|
|
дроссельных приборов |
Дроссельным прибором называется приспособление, установ- |
|||
ленное |
тру опроводе и создающее в нём сужение трубы. При про- |
||
текан |
дкостей, газов и пара через суженное сечение трубопрово- |
||
да, согласно |
уравнения энергии, происходит увеличение скорости |
||
|
я потока вследствие превращения потенциальной энергии |
||
движен |
|||
потока в к нет ческую. В связи с этим давление в суженном сечении |
|||
трубопровода |
|
удет меньше давления до сужения (формула скорости |
|
потока). Разность давлений перед сужением и в месте сужения назы- |
|||
вается перепадомбдавления и используется для измерения расхода. В |
|||
качестве дроссельных при оров обычно применяются нормальные |
|||
сопла и диафрагмы, а также трубы Вентури. |
|||
Диафрагма является наиболее простым дроссельным прибором. |
|||
|
|
|
А |
Нормальная диафрагма представляет собой плоский диск, имеющий |
|||
круглое отверстие, центр которого совпадает с центром сечения тру- |
|||
бы. Отверстие диафрагмы со стороны входа потока – цилиндрической
Труба Вентури (илл. 8) представляетИсобой устройство, в котором сечение трубы постепенно уменьшается и затем постепенно уве-
формы с коническим расширением к выходу потока. Углы конусно- |
|
сти делаются равными 45º. |
Д |
|
|
Нормальное сопло представляет собой насадок, состоящий из плавно округлённой части со стороны входа и развитой цилиндриче-
ской части со стороны выхода потока. |
И |
|
личивается до первоначальных размеров. Благодаря такой форме, потеря давления в трубах Вентури не превышает 10–15% от перепада давления. Поэтому они могут быть рекомендованы в тех случаях, когда в промышленных установках при измерении расхода веществ большие потери давления недопустимы.
Точность измерения расхода с помощью дроссельных приборов в большей степени зависит от соблюдения условий при их установке.
47