книги из ГПНТБ / Добровольский А.П. Теплотехнические испытания судовых холодильных установок

на рис. 58, а для нормальных сопел — на рис. 59.

Для измерения перепада давлений в дроссельных приборах при испытании судовых холодильных установок пользуются преиму­ щественно жидкостными дифференциальными манометрами. При этом перепад давлений определяют по формуле (11). В случае изме­ рения дифференциальным манометром расхода хладоносителя или

Рис. 58. Значение коэффициента расхода для нормальных диафрагм в зависимости от числа Рейнольдса.

охлаждающей воды в качестве рабочей жидкости обычно применяют ртуть. Часовой расход хладоносителя и воды (G, кг/ч) может быть вычислен по преобразованной формуле (12)

G = 39,6-10"2а d2 V AYi (13,54y'j,

где а — коэффициент расхода;

d — диаметр отверстия дроссельного прибора, мм;

h — высота столба ртути в дифференциальном манометре, мм;

При использовании шероховатых труб в основной исходный коэффициент а следует ввести поправку на шероховатость (рис. 60, а, б), а для диафрагм, кроме того, — дополнительный множитель, учи­ тывающий остроту входной кромки (рис. 60, е).

При обработке данных измерения расхода дроссельными при­ борами для повышения точности полученных результатов вводят

108

ряд поправок, указанных в Правилах № 27—54 (например, учи­ тывают коэффициент температурного расширения дроссельного при­ бора).

Диаметр отверстия дроссельного прибора необходимо выбирать таким, чтобы высота столба h рабочей жидкости в манометре была не менее 200 мм.

Измерение расхода в трубопроводах с внутренним диаметром менее 50 мм возможно лишь при индивидуальной тарировке каждого

\

Рис. 59. Значение коэффициента расхода для нормальных сопел в зависимости от числа Рейнольдса.

дроссельного прибора. Чтобы избежать тарировки, дроссельный прибор можно устанавливать на специальном трубопроводе большего диаметра, включенном в линию основного трубопровода, соблюдая при этом правила установки и необходимую точность измерений.

Нормальная диафрагма представляет собой установленный в тру­ бопроводе тонкий диск с концентрическим отверстием, имеющим резко очерченную прямоугольную кромку со стороны входа жидкости. Нормальные диафрагмы, размеры которых стандартизированы, при установке на трубопроводах диаметром 50 мм и более можно приме­ нять без предварительной тарировки при отношении диаметров,

(рис. 61, а) и с кольцевыми камерами (рис. 61, б). Круглое проходное отверстие диафрагмы со стороны входа потока имеет острую входную кромку, выполненную под углом 90°, за которой находится узкая

109

цилиндрическая часть отверстия, оканчивающаяся на выходе потока коническим расширением под углом от 30 до 45°.

Диаметр отверстия цилиндрической части диафрагмы является расчетной величиной, поэтому он должен быть выдержан особенно точно, с отклонением, не превышающим 0,01 мм. Поверхность ци-

Рис. 60. Значения поправочных множителей: а, в — для нормальных диафрагм; б— для нормальных сопел.

линдрической части должна быть зеркально гладкой. При изготов­ лении диафрагм и перед установкой их на трубопроводе особое внимание следует обращать на обработку прямоугольной кромки, которая должна быть острой, не иметь забоев, вмятин и заусениц. Погрешность измерения вследствие недостаточной остроты выходной кромки отверстия диафрагмы в зависимости от величины D и отно­ шения d/D может достигать ±1— 1,5%.

ПО

Толщину b диафрагмы и длину а цилиндрической части выбирают исходя из следующих условий:

У диафрагм толщиной менее 0,02D скос можно не делать. Поверх­ ность диафрагмы обрабатывают по 6 и 7-му классам чистоты.

Нормальные сопла отличаются от диафрагм тем, что сужение струи происходит при обтекании ею гладкого, тщательно округлен­

ного профиля сопла, переходящего в цилиндрическую часть диа­ метром d. Нормальные сопла можно применять без тарировки при диаметре трубопровода D ^ 50 мм, если отношение диаметров отвер­ стия сопла и трубопровода удовлетворяет условию 0,2 sg d!D ^ 0,8.

На рис. 62 показаны два нормальных сопла с отдельными от­ верстиями (рис. 62, а) и кольцевыми камерами (рис. 62, б) с раз­ мерами, заданными в зависимости от диаметра d отверстия прибора.

Сопла следует изготовлять с особой точностью. Внутреннюю проточную часть сопла обрабатывают по 7-му классу чистоты, а профиль сопла тщательно выверяют по шаблону. Радиусы закругле­

Ш

Для предохранения выходной кромки сопла от повреждении в конце его цилиндрической части производят специальную расточку. Благодаря плавному сжатию струи в нормальном сопле, исключаю­ щему ее отрыв от стенки прибора, остаточная потеря давления в соп­ лах по сравнению с остаточной потерей давления при использовании диафрагмы мала, потери на трение значительно больше.

Нормальные трубы Вентури — наиболее сложные дроссельные приборы. Они имеют плавно сужающуюся входную часть, небольшую

Рис. 62. Нормальное сопло.

цилиндрическую горловину и постепенно расширяющуюся выходную часть — диффузор. Схема нормальной трубы Вентури показана на рис. 63, размеры приняты в зависимости от диаметра цилиндрической части.

Различают трубы Вентури двух типов: обычные (нижняя часть рис. 63) и укороченные (верхняя часть рис. 63). Их можно применять без тарировки при D ^ 50 мм, d ^ 20 мм и отношении d2/D2 в пре­ делах от 0,05 до 0,6.

Входную часть труб выполняют в виде нормального сопла, изго­ товленного в соответствии с изложенными выше требованиями. В зависимости от размеров кольцевой камеры для отбора давления р \ длину I выбирают в пределах от 0,2 до 0,4d. Угол конусности диффузора ф для обычных труб выбирают в пределах от 2С30' до 3°30', а для укороченных — от 7°30' до 15°. Проточную часть труб обрабатывают по 7-му классу чистоты.

Благодаря диффузору обеспечивается восстановление большей части перепада давлений, вызываемого прибором, и, следовательно, значительно уменьшается остаточная потеря давления по сравнению

112

свеличиной остаточной потери давления при использовании сопел

идиафрагм.

Отбор давления до и после дроссельных приборов производят двумя способами. В одном случае для измерения перепада давлений присо­ единение к проточной части приборов выполняют в виде двух или нескольких отдельных сверлений, а в другом — в виде кольцевых камер, соединенных с трубопроводом, либо посредством ряда от­ верстий, или кольцевой щели. Назначение кольцевых камер состоит в осреднении давления по окружности трубопровода до и после

дроссельного устройства, что обеспечивает более точный отбор

камеры имеют ряд отверстий, равномерно расположенных по окруж­ ности.

При отборе давления с помощью отверстий их количество вы­ бирают в зависимости от внутреннего диаметра трубопровода D, при этом кромки отверстий для отбора должны быть острыми без каких-либо закруглений и забоев. Диаметр отдельных отверстий d0 принимают равным 0,03D; при этом необходимо соблюдать следующие

Площадь поперечного сечения кольцевой камеры 5 для обеспе­ чения выравнивания давления принимают в долях площади щели S n

Материалы для изготовления дроссельных приборов должны быть химически инертны по отношению к протекающему веществу, стойки к коррозии и механическому износу. Последние два требования особенно важны для диафрагм, имеющих небольшую толщину кромки.

Выбор типа дроссельного прибора производят с учетом условий его установки в трубопроводе, требуемой точности измерений и допустимой величины остаточной потери давления. Наиболее про-

стым и малогабаритным дроссельным прибором, который может быть изготовлен в любой механической мастерской, является нор­ мальная диафрагма. Ее легко установить в месте фланцевого соеди­ нения трубопровода с минимальным нарушением его начального положения.

Изготовление сопел связано со сложностью выполнения профиля их проточной части. Трубы Вентури громоздки и еще более сложны в изготовлении, что под силу только специализированным предприя­ тиям. Поэтому при кратковремен­

где Ар — измеренный перепад давлений.

Из графиков, приведенных на рис. 64, видно, что трубы Вентури обладают наименьшей остаточной потерей давления благодаря при­ менению диффузора.

Проходное сечение дроссельных приборов и предварительное значение перепада давлений выбирают расчетным путем по предлагае­ мому расходу, учитывая при этом возможные значения максималь­

При выборе дифференциального манометра следует руковод­ ствоваться величиной абсолютного давления измеряемой среды и необходимой точностью измерения. Давление, на которое рассчитан дифференциальный манометр принятого типа, всегда должно быть выше абсолютного давления измеряемой среды. Предельные зна­ чения шкалы /іпред выбирают исходя из максимальной разности высот

114

h max рабочей жидкости в дифференциальном манометре, соответ­ ствующей Gmax.

Учитывая, что основная погрешность дифференциального ма­ нометра определяется по отношению к предельному значению шкалы прибора, желательно для обеспечения наименьшей погрешности измерения иметь величину h max, близкую к /іпред. Однако для пре­ дотвращения возможности выброса рабочей жидкости из манометра рекомендуется h max принимать не более 80% значения /іпред.

При расчете дроссельного прибора необходимо следить за тем, чтобы при Grain разность высот рабочей жидкости /іт1п в дифферен­ циальном манометре составляла (для более точного измерения) не менее 200 мм.

Стеклянные трубки дифференциальных манометров во избежание погрешности вследствие капиллярности должны иметь внутренний диаметр при заполнении ртутью не менее 8 мм, при заполнении водой или рассолом — не менее 15 мм.

Монтаж дроссельного прибора целесообразно осуществлять между двумя фланцами трубопровода на его вертикальном или горизон­ тальном участках. Производить установку дроссельных приборов на наклонных участках трубопровода нежелательно. Следует обра­ щать особое внимание на то, чтобы поток жидкости целиком заполнял сечение трубопровода. Отверстие дроссельного прибора должно быть тщательно отцентрировано относительно оси трубопровода.

При установке дроссельных приборов следует соблюдать условие, при котором изменения характера потока, вызываемые местными сопротивлениями (колена, клапаны, тройники и т. д.) не влияли на величину коэффициента расхода. Дроссельный прибор должен быть установлен на прямом "участке трубопровода с соблюдением соот­ ветствующих расстояний перед прибором и после него. Ниже при­ ведены значения наименьшей необходимой длины I прямых участков трубопровода постоянного диаметра перед дроссельным прибором, установленным за местным сопротивлением, не создающим завихре­ ний потока при отборе статических давлений через кольцевые камеры.

Если отбор давлений производят через отверстия, длину прямых участков I следует увеличивать в два раза. Минимальная длина прямого участка за дроссельным прибором должна быть не мёнее 5D. Указанные требования относятся к трубопроводам с гладкой вну­ тренней поверхностью, не имеющей раковин, грубых сварных швов, выступающих прокладок и т. д.

Если при установке дроссельного прибора необходимую длину прямых участков выдержать невозможно, на период испытаний ре­

комендуется либо смонтировать временный участок трубопровода, либо произвести тарировку прибора с помощью мерных баков при установке прибора на штатном трубопроводе.

Как уже отмечалось, при использовании дроссельных приборов для измерения расхода холодильного агента их следует устанавли­ вать на трубопроводах перегретого пара. В фреоновых машинах для обеспечения нормальной циркуляции масла дроссельные при­ боры нужно устанавливать на вертикальных участках всасывающего трубопровода.

В крупных машинах дроссельные приборы можно размещать на трубопроводах жидкого холодильного агента при условии, что по­ следний должен быть переохлажден настолько, чтобы при прохо­ ждении его через прибор не было парообразования.

§ 31. СКОРОСТНЫЕ РАСХОДОМЕРЫ

ИСЧЕТЧИКИ

Вскоростных приборах измерение расхода основано на определении скорости wcp протекания вещества через определенное постоянное сечение. Секундный расход вычисляют исходя из урав­ нения сплошности:

объемный расход, м3/с,

у — удельный вес вещества в том же сечении, кгс/м3; Для определения расхода вещества используют скоростные при­

боры трех типов: напорные трубки, скоростные расходомеры и скоростные счетчики. Напорные, или пневмометрические, трубки разных типов в основном применяются для измерения расхода газов. При испытании судовых холодильных установок они могут быть рекомендованы для измерения расхода воздуха в воздухопроводах и для определения количества воздуха, циркулирующего через воз­ духоохладители и сухие рыбоморозильные аппараты. В этих аппа­ ратах с помощью напорных трубок можно установить распределение скоростей, что является весьма важным для обеспечения равномер­ ного обтекания охлаждающих и охлаждаемых поверхностей.

Измерение расхода с помощью напорных трубок сводится к изме­ рению динамического давления (скоростного напора) движущегося

116

Если в трубопровод ввести загнутую трубку, направленную навстречу потоку (рис. 65), то манометр, присоединенный к выходя­ щему наружу концу трубки, покажет полное давление рп внутри трубки, слагающееся из статического давления рст и динамического

Следовательно, для измерения динамического давления необ­ ходимо измерить полное и статическое давления. Статическое дав­ ление измеряют путем установки напорной трубки в трубопроводе

Учитывая, что отбор статического и полного давлений производят в разных точках потока, а также принимая во внимание влияние конструктивных форм самой трубки и отверстий для отбора давлений, при вычислении скорости в формулу (15) вводят поправочный коэффи­ циент, определяемый опытным путем; для различных напорных тру­ бок его величина лежит в пределах 0,98—0,99.

Уравнение (15) справедливо для несжимаемых жидкостей и газов при небольших скоростях и числах Маха М = - ^ < 0 ,2 (а —

скорость звука в данной среде).

С помощью напорной трубки можно определить динамическое давление, а следовательно, и скорость движения среды только в том месте потока, где расположена измерительная часть трубки. Для измерения расхода необходимо знать среднюю скорость по всему сечению потока, которую в зависимости от требуемой точности опре­ деляют несколькими методами. Широко распространен метод опре­ деления средней скорости потока шср как средней арифметической

117