книги из ГПНТБ / Кулаков М.В. Технологические измерения и приборы для химических производств учебник

нием перепада давления и с уменьшением т. Для получения опти­ мальных условий измерения расчетное значение перепада давле­ ния должно выбираться из условий, удовлетворяющих приве­ денным противоречивым требованиям.

Втех случаях, когда напор измеряемой среды достаточно высок

ипотеря давления в сужающем устройстве не имеет решающего

значения, перепад давления Дршах целесообразно выбирать таким, чтобы значение т было близко к 0,2. Дальнейшее умень­ шение т мало повышает точность измерений.

вызовет увеличений погрешности при определении коэффициента е.

при измерении расхода газа было меньше 0,2, а при измерении расхода пара — меньше 0,03. В этом случае погрешность в опре­

расхода пара соплами целесообразнее, чем диафрагмами. Согласно ГОСТ 18140—72 дифманометры отечественного про­

изводства изготовляются на предельные перепады давления, соответствующие следующим рядам цифр: 1,0; 1,6; 2,5; 4,0; 6,3; 10; 16; 25; 40; 63; 100; 160; 250; 400; 630; 1000; 1600 и 2500 кгс/мг и 0,4; 0,63; 1,0; 1,6; 2,5; 4,0 и 6,3 кгс/см2. Верхний предел изме­ рения дифманометра должен соответствовать заданному макси­ мальному расходу. За максимальный расход принимают не слу­ чайный пиковый расход, а наибольший, который может наблю­ даться более или менее продолжительное время. При выборе максимального расхода надо учитывать, что он согласно ГОСТ 18140—72 должен отвечать следующему ряду цифр: 1,0; 1,25; 1,6; 2,0; 2,5; 3,2; 4,0; 5,0; 6,3; 8,0; 10 и т. д.

Из приведенного ряда следует выбирать ближайшее число, большее заданного расхода, и принимать его при расчете за макси­ мальный расход.

Расчет сужающих устройств ведется согласно правилам 28— 64 «Измерение расхода жидкостей, газов и паров стандартными диафрагмами и соплами» Ч

§ 54, Стандартные сужающие устройства

Для всех стандартных сужающих устройств коэффициенты расхода в широком диапазоне достаточно достоверны и воспроиз­ водимы. Поэтому эти сужающие устройства можно применять без индивидуальной градуировки.

1 М., Издательство стандартов, 1964.

191

Стандартная диафрагма — наиболее простое и распростра­ ненное сужающее устройство. Она применяется без индивидуаль­ ной градуировки для трубопроводов диаметром D ^ 50 мм при условии, что 0,05 ^ т 0,7. Диафрагма представляет собой тонкий диск с круглым концентрическим отверстием (рис. 133),

менять кислотоупорные и жаростойкие стали различных марок, эбонит, винипласт, сплав свинца с сурьмой и др.

Измерение перепада давления в сужающем устройстве обычно производится через отдельные цилиндрические отверстия (А — нижняя часть рис. 133) или через две кольцевые камеры (камер­ ная диафрагма), каждая из которых соединяется с внутренней

192

Кольцевые камеры обеспечивают выравнивание давления, что позволяет более точно измерять перепад давления при сокращен­ ных прямых участках трубопровода до и после диафрагмы.

При небольших давлениях в трубопроводах диаметром свыше 400 мм, кольцевая камера может быть образована полостью трубки, согнутой вокруг трубопровода в кольцо (рис. 134) или прямо­ угольник.

При использовании камер, показанных на рис. 134, число отверстий, соединяющих камеру с полостью трубопровода, должно быть не менее 4.

с плавным сопряжением дуг. При изготовлении сопла необходимо обращать внимание н.а гладкость его входной части, отсутствие конусности в цилиндрической части. Выходная кромка цилиндри­ ческой части отверстия должна быть острой, без заусенцев, фаски

Указанные на рис. 135 и 136 размеры имеют следующие зна­ чения:

размер с тот же, что и для диафрагм;

х = 0,2d20 — V ° - 75 &<Ло — 0,25£>2о— 0,5225d2;

г1 = 0,2d20; с2 = 0,333d2O;

Сопла особенно удобны при измерении расхода газов и пере­

По сравнению с диафрагмами они менее чувствительны к корро­ зии, загрязнениям и обеспечивают несколько большую точность измерения.

Сопла Вентури могут применяться без индивидуальной гра­ дуировки для диаметров трубопроводов D ^ 50 мм при одновременном соблюдении усло-

вия 0,05 т 0,6.

непосредственно без сопряжения переходит в конус.

Сопла Вентури могут быть длинными и короткими. У длинного сопла Вентури наибольший диаметр выходного конуса равен диаметру трубопровода (низ рис. 137), а у короткого— меньше диаметра трубопровода (верх рис. 137). Длина конуса /0 короткого сопла Вентури должна быть не менее d 20. Угол конуса должен

Измерение перепада давления производится через кольцевые камеры, причем задняя (минусовая) камера соединяется с цилин­ дрической частью сопла Вентури с помощью группы радиальных отверстий, диаметр которых 6 должен быть не более 0,13d2o. но не менее 3 мм. Короткие сопла Вентури получили большее распространение, так как они дешевле в изготовлении и монтаже, а потеря давления в них почти такая же, как и в длинных (если диаметр конуса составляет не менее 0,75 D 20). Потеря давления

194

в сопле Вентури возрастает с увеличением угла <р и уменьшением длины конуса.. Сопло Вентури следует применять в тех случаях, когда потеря давления имеет решающее значение.

§ 55„ Особые случаи измерения расхода по методу переменного перепада давления

ного движения. Благодаря этому коэффициенты расхода сдвоен­ ных диафрагм постоянны при Re, значительно меньших, чем

у стандартных диафрагм. Для сдвоенной диафрагмы недоста­ точная острота входной кромки и шероховатость трубопровода практически не влияют на изменение коэффициента расхода. Остаточные потери давления для них несколько меньше, чем для стандартных одинарных диафрагм. Величина расхода опреде­ ляется по тем же формулам, что и для стандартной диафрагмы, по наименьшему диаметру d.

Рис. 139. Сопла с профилем в четверть круга:

а — при т < 0,444; б — при т > 0,444

Недостатком сдвоенных диафрагм является их громоздкость. На рис. 139 приведены две разновидности сопла с профилем в четверть круга. Сопла в четверть круга дают постоянное значе­

ние коэффициента расхода в достаточно широком интервале изменения числа Рейнольдса только при некоторых определенных радиусах профиля г, зависящих от диаметра отверстия сопла.

/ — кольцо; 2 — диск; 3 — фланцы трубопровода

На рис. 140 показаны диафрагмы с двойным скосом. Диафрагмы по рис. 140, а можно применять при т = 0,16 -г-0,25, по рис. 140,6 — при т = 0,06ч-0,12. Для диафрагм с двойным скосом требования к обработке те же, что и для стандартных диафрагм.

Для всех рассмотренных специальных сужающих устройств значение коэффициента расхода должно определяться индиви­ дуальной градуировкой при определенных значениях числа Re. Градуировку целесообразно производить вместе с отрезком трубы,

196

который будет вмонтирован в линию. Такой метод градуировки позволяет учесть состояние трубы в непосредственной близости от сужающего устройства.

Измерение расхода влажных газов и загрязненных жидкостей.

Для измерения расхода очень влажных газов и загрязненных жидкостей (здесь возможны осадки и отложения на горизонталь­ ных и наклонных трубопроводах, а обычные сужающие устрой­ ства могут быстро засоряться) применяются сегментные диафрагмы

(рис. 141).

Сегментная диафрагма представляет собой кольцо, в которое вварен диск с вырезанным в его нижней части сегментом. Кольцо зажимается между фланцами трубопровода. При расположении отверстия внизу диафрагмы примеси и конденсат, содержащиеся

к остроте входной кромки сегментной диафрагмы, к чистоте обработки, выбор толщины и диаметра отверстий для отбора давлений те же, что и для стандартных диафрагм. Давление до и после диафрагмы замеряется в верхней части трубопровода. При измерении расхода жидкостей, насыщенных газами, диск устанавливается сегментом вверх; при этом давление замеряется в нижней части трубопровода.

Сегментная диафрагма рассчитывается по общим формулам расхода, преобразованным в соответствии с геометрической фор­ мой диафрагмы.

Величина т ~ — , «1

где s — площадь живого сечения отверстия истечения; sx— площадь сечения трубопровода.

Измерения расхода газа или пара при пульсирующем потоке.

В практике некоторых химических производств возникает необ­ ходимость измерения расхода пульсирующих потоков газа или пара, создаваемых работой поршневых машин. Поток называется пульсирующим в тех случаях, когда происходят периодические закономерные изменения его при постоянном характере этих изменений (например, когда компрессоры работают с постоянной нагрузкой), если же происходят быстрые, не повторяющиеся изменения расхода, то такой поток называется неправильно пульсирующим. Неправильно пульсирующие потоки не могут измеряться сужающими устройствами. Расход периодически пуль­ сирующих потоков измеряют обычными сужающими устройствами с обычными дифманометрами. Однако при этом следует учитывать, что сужающее устройство, особенно диафрагма, оказывает на пульсирующий поток своеобразное влияние (отражение пульси­ рующей волны от передней стенки диафрагмы и сдвиг фазы пуль­ сации при прохождении через диафрагму), поэтому при пользо­ вании формулами и коэффициентами а и е для обычных (не пульси­ рующих) потоков появляются дополнительные погрешности. Дру­

1 97

гой вид погрешности при измерении расходов пульсирующих потоков связан с измерением перепада давления, так как при этом определяется среднее значение перепада давления вместо тре­ буемого среднего значения квадратного корня из перепада давле­ ния. Между тем среднее значение квадратного корня из перепада давления, показываемого дифманометром, всегда больше суммы квадратных корней из отдельных мгновенных перепадов давления, возникающих в пульсирующем потоке, т. е.

V ( P i — Р 2)ср > £ V (P i — Ps)o,

поэтому дифманометр будет показывать завышенное значение расхода. При измерении расхода газа или пара необходимо пред­ варительно успокоить пульсирующий поток с тем, чтобы доба­ вочная погрешность измерения лежала в небольших, наперед заданных пределах.

Для оценки суммарного сглаживающего эффекта служит безразмерный критерий успокоения пульсации:

ляемая как сумма потерь давления в трубопроводе между источником пульсации и емкостью, из которой засасывается газ, или в которую он нагнетается, и

в сужающем устройстве в Н/м2;

ро — среднее абсолютное давление газа или пара на участке меЖду источником пульсации и сужающим устрой­ ством в Н/м2;

Qо — среднее значение расхода при рабочих условиях в м3/с; X — показатель адиабаты измеряемой среды.

Частота пульсаций совпадает с числом оборотов в единицу времени для машины простого действия или с удвоенным числом оборотов для машин двойного действия. Потеря давления в трубо­ проводе определяется по средней скорости потока, соответству­ ющей среднему расходу Q0.

Необходимая величина К, обеспечивающая хорошие резуль­ таты измерения, зависит от характера исходной пульсации, определяемого:

а) для одноцилиндровых поршневых машин — коэффициентом времени расхода

1 9 8

б) для многоцилиндровых поршневых машин — коэффициен­ том неравномерности расхода

Пульсация газа или пара сглаживается тем сильнее, чем больше величина емкости, находящейся между источником пуль­ сации и сужающим устройством, и чем больше потеря давления.

Критерий успокоения

При заданной величине погрешности и при известных значе­ ниях коэффициентов s или б критерий успокоения К определяется по графикам, приведенным на рис. 142 и 143. Если для получен­ ного значения критерия К, конкретной установки погрешность измерения будет недопустимо велика, то необходимо внести изме­ нения в схему установки с целью увеличения критерия К- Для этого можно изменять либо объем системы V путем включения дополнительной емкости между, источником пульсации и сужаю­ щим устройством, либо рп, если это допустимо по технологии или экономике производства. Изменяя одну из указанных величин или обе одновременно, можно почти всегда достигнуть необходи­ мой величины критерия К, обеспечивающего нужную точность измерения.

1У9