книги / Теплотехнические измерения и приборы

которых случаях колебательный режим работы манометра при пуль­ сирующем давлении можно устранить с помощью дополнительной емкости или трехходового вентиля.

13-4. Разделители жидкостные и мембранные

Передача давления (избыточного или вакуумметрического) к манометру, мановакуумметру или вакуумметру через, разделитель жидкостный или мембранный производится в тех случаях, когда

вины высоты его. Для контроля уровня воды в сосуде служит сред­ ний ниппель.

Если при измерении давления мазута манометр будет установ­ лен выше мазутопровода, то в верхней точке соединительной линии должен быть установлен газосборник.

При измерении давления агрессивных, кристаллизующих и не­ которых других сред манометры, вакуумметры и мановакуумметры присоединяют к отборным устройствам через разделители мембран­ ного типа РМ, выпускаемые заводом «Манометр». Мембранные раз­ делители моделей 5319 и 5320 применяются с приборами, имеющими следующий верхний предел измерений: избыточного давления— от 0,25 до 25 кгс/см2; вакуумметрического давления — от 0,25 до 1 кгс/см2. Разделители моделей 5321 и 5322 применяются с мано-

метрами, предназначенными для измерения избыточного давления

всех случаях соединяются с разделителем посредством гибкого рукава.

При применении мембранных разделителей необходимо иметь в виду, что они вносят дополнительную погрешность, которая не превышает при верхних пределах измерений от 0,6 до 600 кгс/см2 db 1 % диапазона измерений, а при верхних пределах измерений 0,25 и 0,4 кгс/см2 ± 2%.

ИЗМЕРЕНИЕ РАСХОДА И КОЛИЧЕСТВА ЖИДКОСТЕЙ, ГАЗА, ПАРА И ТЕПЛА

ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ и ЕДИНИЦЫ РАСХОДА И КОЛИЧЕСТВА ВЕЩЕСТВА

При измерениях, связанных с учетом количества жидкостей, газа и пара, и оперативным контролем, регулированием и управле­ нием технологическими процессами в различных отраслях промыш­ ленности, приходится определять наряду с другими величинами количество вещества, проходящее через данное сечение трубопро­ вода в единицу времени или за какой-то промежуток времени. Количество вещества выражают обычно в единицах объема или массы. Единицами объема являются кубический метр (м3). и литр (л), а массы— килограмм (кг) и тонна (т).

Прибор, измеряющий количество вещества, протекающее через данное сечение трубопровода за некоторый промежуток времени (смену, сутки и т. д.), называют счетчиком количества. При этом количество вещества определяется как разность двух последова­ тельных показаний счетчика в начале и конце этого промежутка. Показания счетчика выражаются в единицах объема, а иногда — в единицах массы.

Прибор, измеряющий расход, т. е. количество вещества, про­ ходящее через данное сечение трубопровода в единицу времени — час (ч), называют расходомером. Если прибор, снабженный ин­ тегрирующим устройством со счетчиком, служит для одновремен­ ного измерения расхода и количества вещества, то его называют расходомером со счетчиком.

Объемный расход, обозначаемый через Q0, и массовый расход, обозначаемый через QM, выражают в следующих единицах: куби­ ческий метр в секунду (м3/с); кубический метр в час (м3/ч); литр в час (л/ч) и килограмм в секунду (кг/с); килограмм в час (кг/ч); тонна в час (т/ч) соответственно. Допускаются единицы, выражен­ ные в объеме или массе, отнесенные к минуте (мин).

Для получения сравнимых результатов измерений расход газа, выраженный в единицах объема, приводят к нормальным условиям. При промышленных измерениях нормальными условиями считаются температура = 20°С, давление р„ = 1,0332 кгс/см2 (101325 Па), относительная влажность ср = 0 (ГОСТ 2939-63). В этом случае объемный расход газа, обозначаемый через QH, выражают в м3/ч.

Применять неправильное наименование и обозначение единицы расхода газа, включающее указания условий измерения в нм3/ч (нормальный кубический метр в час), нельзя. Указание на вид измеряемой величины (объемный расход газа при нормальных

условиях) должно входить в наименование этой величины (например, £?„), а не в обозначение единицы величины.

В данном разделе будут рассмотрены метод измерения расхода жидкостей, газа и пара по перепаду давления в сужающем устрой­ стве с помощью дифманометра; метод измерения расхода среды напорной трубкой, а также приборы: расходомеры постоянного перепада давления; тахометрические расходомеры и счетчики коли­ чества жидкостей, электромагнитные расходомеры, получившие широкое применение в энергетике и других отраслях промышлен­ ности.

Кроме рассматриваемых в данном разделе находят иногда при­ менение и другие методы измерения расхода [59].

Г Л А В А Ч Е Т Ы Р Н А Д Ц А Т А Я

ИЗМЕРЕНИЕ РАСХОДА И КОЛИЧЕСТВА ЖИДКОСТЕЙ, ГАЗА И ПАРА ПО ПЕРЕПАДУ ДАВЛЕНИЯ В СУЖАЮЩЕМ УСТРОЙСТВЕ

14-1. Основы теории и уравнения расхода

Общие сведения. Одним из наиболее распространенных и изу­ ченных является способ измерения расхода жидкостей, газов и пара в трубопроводах по перепаду давления в сужающем устрой­ стве. Сужающее устройство выполняет функции первичного преобра­ зователя, устанавливается в трубопроводе и создает в нем местное сужение, вследствие чего при протекании вещества повышается скорость в суженном сечении по сравнению со скоростью потока до сужения. Увеличение скорости, а следовательно, и кинетической энергии вызывает уменьшение потенциальной энергии потока в суженном сечении. Соответственно статическое давление в сужен­ ном сечении будет меньше, чем в сечении до сужающего устройства. Таким образом, при протекании вещества через сужающее устрой­ ство создается перепад давления Др = р г — р2 (рис. 14-1-1), за­ висящий от скорости потока и, следовательно, расхода жидкости. Отсюда следует, что перепад давления, создаваемый сужающим устройством, может служить мерой расхода вещества, протекаю­ щего в трубопроводе, а численное значение расхода вещества может быть определено по перепаду давления А р, измеренному дифманометром.

В качестве сужающих устройств для измерения расхода жид­ костей, газов и пара широко применяют стандартные диафрагмы, сопла и сопла Вентури. В особых случаях измерения расхода на­ ходят также применение не нормализованные типы сужающих устройств.

Диафрагма показана на рис. 14-1-1, а и представляет собой тонкий диск с отверстием круглого сечения, центр которого лежит на оси трубы. Сужение потока начинается до диафрагмы, и на некотором расстоянии за диафрагмой поток достигает минималь-

Horô СеЧейия. Далее поток постепенно расширяется До йблйогО сечения трубопровода. На рис. 14-1-1, а сплошной линией пред­ ставлена кривая, характеризующая распределение давлений вдоль стенки трубопровода; кривая, изображенная штрихпунктирной

часть на входе и развитую цилиндрическую часть на выходе. Про­ филь сопла обеспечивает достаточно полное сжатие струи, и площадь цилиндрического отверстия сопла может быть принята равной минимальному сечению струи (F0 = F2). Вихреобразование за соп­ лом вызывает меньшую потерю энергии, чем у диафрагмы. Кривые изменения давления вдоль стенки и по оси трубопровода (пунктир­ ная линия) имеют тот же характер, что и для диафрагмы, но оста­ точная потеря давления рп для сопла немного меньше, чем для диафрагмы. Однако следует отметить, что при равных перепадах давления для одного и того же расхода площадь проходного отвер­ стия F0 для диафрагмы больше, чем для сопла, поэтому потеря давления в этом случае практически одинакова. Отбор давлений p i и р2до и после сопла осуществляется так же, как и у диафрагмы.

На рис. 14-1-1, б представлено сопло Вентури, которое состоит из цилиндрического входного участка, плавно сужающейся части, переходящей в короткий цилиндрический участок, и из расширяю­ щейся конической части — диффузора. В этой форме сужающего устройства главным образом благодаря наличию выходного диффу­ зора потеря давления значительно меньше, чем у диафрагм и сопла (рис. 14-1-1, в). Отбор давлений р 1 и р2осуществляется с помощью двух кольцевых камер, каждая из которых соединяется с внутрен­ ней полостью сопла Вентури группой равномерно расположенных по окружности отверстий.

Принцип измерения расхода вещества по перепаду давления, создаваемому сужающим устройством, и основные уравнения оди­ наковы для всех типов сужающих устройств, различны лишь неко­ торые коэффициенты в этих уравнениях, определяемые опытным путем.

Уравнения расхода для несжимаемой жидкости. Рассмотрим по­

и направлены параллельно оси горизонтально расположенной трубы.

Пользуясь общим уравнением закона сохранения энергии

где p'i и р^ — *абсолютные давления в сечениях А — А и В — В соот­ ветственно, Па; р — плотность протекающей жидкости перед сужа­ ющим устройством, кг/м3; Vi и v2 — средние скорости потока жидкости в сечениях А — А и В — В соответственно, м/с.

Согласно условию непрерывности струи для несжимаемой жидкости

Площадь поперечного сечения струи F2 можно выразить через площадь отверстия сужающего устройства F0 и коэффициент суже­ ния струи р:

где F0 — площадь отверстия сужающего устройства при рабочей температуре, м2; F1 — площадь сечения трубопровода при рабочей температуре, м2; т — относительная площадь (ранее называемая модулем) сужающегЪ устройства (т = FüIFl = d2/Z)2, здесь d a D — соответственно диаметр отверстия сужающего устройства и трубо­ провода при рабочей температуре, м )х.

Пользуясь уравнениями (14-1-2) и (14-1-5), определяем среднюю скорость v'i в сечении Р 2:

Давления р[ и р 2 отнесены к сечениям А — А и В — В; в большин­ стве же случаев давления измеряют непосредственно в углах до и после сужающего устройства. Кроме того, в реальном потоке вследствие вязкости и трения жидкости о стенки имеет место потеря энергии и скорости в различных точках сечения. Поэтому при пере­ ходе к действительным условиям, а также вследствие замены дав­ лений p't и рг давлениями р х и р2 (рис. 14-1-1, а, б) в формулу (14-1-6) вводят поправочный коэффициент | и уравнение для сред­ ней скорости v2 в наиболее узком сечении потока принимает вид:

Коэффициенты р и £ не могут быть определены с достаточной точностью независимо друг от друга. Поэтому их объединяют в один общий коэффициент

* ГОСТ 18083-72.

который называют коэффициентом расхода й определяют экспери­ ментальным путем.

Таким образом, уравнения расхода для несжимаемой жидкости

где Qo =■•Q„/p— расход в единицах объема, м3/с.

Уравнения расхода для сжимаемой жидкости. В случае изме­ рения расхода сжимаемой жидкости (газа или пара) необходимо учитывать изменение плотности вещества в связи с изменением дав­ ления при протекании через сужающее устройство. При этом с до­ статочной степенью точности можно считать, что изменение состоя­ ния газа или пара описывается уравнением адиабатического про­

Подставляя на основании уравнения (14-1-12) в уравнение (14-1-13) значение

р \/к

Р ’

получаем:

Уравнение непрерывности потока сжимаемой жидкости для сечений F t и F% имеет вид:

где через рк обозначен коэффициент сужения, который отличается от коэффициента сужения для несжимаемой жидкости, так как он зависит от отношения давлений p j p i - Это происходит потому, что вследствие отсутствия боковых стенок, особенно у диафрагм, газ или пар может расширяться в радиальном направлении. Следо-

вательно, наименьшее сечение струи потока для сжимаемой жидкости за'диафрагмой будет несколько больше, чем для несжимае­ мой жидкости, так как сжимаемая жидкость будет несколько увели­ чиваться в объеме вследствие уменьшения давления за сужающим устройством.

Решая уравнение (14-1-15) относительно vt, получаем:

Решая совместно уравнения (14-1-14) и (14-1-16), находим сред­ нюю скорость и-2для сечения F2:

Как и для несжимаемой жидкости, введем коэффициент £, после чего уравнение расхода в единицах массы для сжимаемой жидкости примет вид:

Ÿ ' - v fë î

Подставляя в правую часть этого уравнения значение

( Рг W*

ра= р у •

получаем:

Уравнение (14-1-18) можно представить в виде, аналогичном уравнению для несжимаемой жидкости, что более удобно для прак­ тических целей:

где Ар = рх— р2— перепад давления в сужающем устройстве, Па; в — поправочный множитель на расширение измеряемой среды,