книги / Теплотехнические измерения и приборы

временном соблюдении условия 0,05^т^0,7 . Диафрагма являет­ ся наиболее простой конструкцией из числа сужающих устройств.

Стандартная диафрагма схематически показана на рис. 14-2-1. Она представляет собой тонкий диск, имеющий круглое отверстие диаметром d20, центр которого совпадает с центром сечения трубы. Отверстие диафрагмы цилиндрической формы со стороны входа потока имеет прямоугольную кромку. Длина цилиндрического

рагм нецелесообразно иметь толщину ее менее 2,5— 3 мм и больше 10— 15 мм. Наименьшая необходимая толщина диска b при перепаде давления Др ^ 1600 кгс/м2 должна определяться расчетным пу­ тем, исходя из условий механической прочности диафрагмы [61].

Шероховатость поверхностей диафрагмы должна соответство­ вать классам чистоты, указанным на рис. 14-2-1. На входной и выходной кромках отверстия диафрагмы не должно быть зазубрин, заусенцев и т. п. Особое внимание при изготовлении диафрагмы должно быть обращено на обработку входной кромки: она должна быть острой и не должна иметь закруглений, царапин и т. п. Точ­ ность выполнения входной кромки диафрагмы должна увеличи­ ваться с уменьшением диаметра отверстия d20. У диафрагм, диаметр отверстия которых не превышает 125 мм, острота кромки должна быть такой, чтобы падающий на нее луч света не давал отражения. Если d > 125 мм, то луч света может отражаться, но кромка не должна иметь заметного невооруженным глазом притупления.

Отбор давлений р г и р2можно осуществлять при помощи отдель­ ных цилиндрических отверстий в обойме (рис. 14-2-2), кольцевых камер, каждая из которых соединяется с внутренней полостью тру-

Число отверстий, соединяющих каждую кольцевую камеру с полостью трубо­ провода (рис. 14-2-3), должнобыть неменее4. Диаметр отверстия илиширинаколь­ цевой щели, соединяющих камеру с трубопроводом, и диаметр отдельного отвер­ стия (размер с) не должны превышать 0,03 D 2о при т ^ 0,45, а при т > 0,45 должны находиться в пределах 0,01 D 20 ^ с =^0,02£>2о- Нижний предел размерам, равный 0,01 Ь2о, допускается только для D 2Q ^ 1000 мм.

Кроме того, должны соблюдаться следующие условия: для чистых жидкостей и газов при измерении перепада давления через отдельные отверстия и кольцевые камеры 1 10 мм; для паров, влажных газов и жидкостей, которые могут испаряться в соединительных (импульсных) линиях, при измерении перепада давления через кольцевые камеры, 1^ с ^ 10 мм, а при измерении через отдель­ ные отверстия 4 ^ с ^ 10 мм. Обычно диаметр отдельного отверстия выполняют не менее 3 мм для чистых жидкостей и газов и не менее 5 мм в остальных случаях. Следует отметить, что при D 2о < 150 мм совместное удовлетворение указанных выше требований при изготовлении диафрагм с отдельными отверстиями затруд­ нительно. Поэтому в таких случаях лучше применять камерные диафрагмы.

Внутреннюю кромку отверстия (в кольцевой камере, обойме, фланце или трубопроводе) рекомендуется закруглять по радиусу, не превышающему 0,1 с, кроме того, кромка должна быть без заусенцев. Толщина /стенки корпуса коль­ цевой камеры (рис. 14-2-3) или длина цилиндрической части отдельного отверстия (рис. 14-2-2) должна быть не менее 2 с.

Отклонение действительного диаметра d 2Q отверстия диафрагмы от среднего значения, определенное не менее чем в четырех равно отстоящих друг от друга диаметральных направлениях, не должно превышать 0,05% d 20. При т < 0,4 допускается отклонение в 0,1% d 2Q. Указанные допуски на диаметр проходного отверстия диафрагмы остаются в силедля сопл и сопл Вентури, рассматриваемых ниже. При этом для них диаметр d 2Q должен определяться в начале и в конце ци­ линдрической частиотверстия. ВнутреннийдиаметрD 20 корпусакольцевой камеры (рис. 14-2-3) или обоймы (рис. 14-2-2) должен быть равен (с допустимым отклоне­ нием + 1%) диаметру трубопровода, принятому для расчета диафрагмы, сопла или сопла Вентури.

Стандартные диафрагмы с кольцевыми камерами типа ДК

дартной диафрагмы с кольцевыми камерами в патрубках со свар­ ным соединением, внутренний диаметр которых принимается рав­ ным внутреннему диаметру трубопровода. Сварные соединения с измерительными диафрагмами, применяемые для неагрессивных сред, предназначены для рабочих давлений и температур, соответ­ ствующих условным давлениям ру от 100 до 400 кгс/см2 (10—40 МПа). Кольцевые камеры соединяются с внутренними полостями патруб­

ков с помощью восьми прямоугольных отверстий, равномерно рас­ пределенных по окружности.

Диафрагмы этого типа широко применяются на тепловых элек­ трических станциях высокого давления, например, для измерения расхода питательной воды парогенераторов. Сварная конструкция диафрагм может быть использована на атомных электрических станциях и на других промышленных предприятиях.

Сопло. Стандартное сопло, схематически показанное на рис. 14-2-5, может применяться без градуировки в трубопроводах диаметром Dz0 50 мм при одновременном соблюдении условия 0,05 т ^ 0,65. Профильная часть отверстия сопла со стороны входа потока должна быть выполнена с плавным сопряжением дуг

от среднего значения более чем на 0,1%.

Измерение перепада давления в сопле может производиться через две кольцевые камеры или через отдельные цилиндрические от­ верстия. Отбор давлений через кольцевые камеры, как отмечалось выше, более предпочтителен, чем отбор давлений через отдельные отверстия. Требования, предъявляемые к устройству кольцевых камер и выполнению отверстий (размер с) для отбора давлений, те же, что и для диафрагм. Поэтому при изготовлении кольцевых камер или отдельных отверстий необходимо руководствоваться указаниями, изложенными выше при рассмотрении диафрагм.

На рис. 14-2-6 показан пример конструктивного выполнения стандартного сопла с кольцевыми камерами в патрубках со сварным соединением, внутренний диаметр которых должен быть равен

внутреннему диаметру трубопровода. Сварные соединения этого типа с измерительными соплами, применяемые для неагрессивных сред, предназначены для рабочих давлений и температур, соответ­ ствующих условнымдавлениямот 100 до 400 кгс/см2(от 10 до 40 МПа). Кольцевые камеры соединяются с внутренними полостями патруб­ ков с помощью восьми прямоуголь­

промышленности.

Сопло менее чувствительно к загрязнению и коррозии. Загряз­ нение или незначительное изменение входного профиля сужающего устройства в процессе эксплуатации влияет на коэффициент расхода сопла в значительно меньшей степени, чем на коэффициент расхода диафрагмы. При одних и тех же значениях т и перепадах давления сопло позволяет измерять больший расход вещества, чем диафрагма. Кроме того, при измерении расхода пара и газа сопло обеспечивает

более высокую точность измерения по

нижняя часть). Короткое сопло Вен­ тури имеет диаметр на выходе у диффузора меньше диаметра трубопровода (рис. 14-2-7, верхняя часть). Сопло Вентури, профили которого показаны на рис. 14-2-7, может применяться без градуи­ ровки для измерения расхода различных сред в трубопроводах диаметром D203* 50 мм при одновременном соблюдении условия 0,05 ^ т ^ 0,6.

Входная часть сопла Вентури при т ^ 0,444 выполняется по рис. 14-2-5, а> а при т > 0,444 — по рис. 14-2-5, б. Выходная цилиндрическая часть сопла Вентури, как видно из рис. 14-2-7,

соединена с диффузором, угол конусности которого должен удовле­ творять условию 5° ф ^ 30°. У сопла Вентури с коротким диф­ фузором длина его I должна быть не менее £>20.

Отбор давлений рх и р2 должен производиться через кольце­ вые камеры. Длина /х (рис. 14-2-7) должна находиться в пределах 0,2е?20=sS /х 0,4 d i0. Необходимая длина внутри этих пределов бе­ рется в зависимости от размеров кольцевой камеры для отбора давления р2. Эта камера соединяется с внутренней цилиндрической полостью сопла Вентури при помощи отверстий, равномерно рас­ положенных по окружности. Число отверстий должно быть не мень­

статических давлений, измеренных в двух ближайших поперечных сечениях, в которых как до, так и после сужающего устройства не наблюдается его влияния на харак­ тер потока. Потеря давления р„ в сужающем устройстве обычно вы­ ражается в долях или процентах перепада давления Ар = рх— р2.

Зависимость потери давления от т и типа сужающего устройства в долях от перепада давления приведена на рис. 14-2-8. Из гра­ фика видно, что при одном и том же значении т потеря давления в диафрагме больше, чем в сопле. Однако следует отметить, что при равных перепадах давления для одного и того же расхода среды значение т для диафрагмы больше, чем для сопла, поэтому практи­ чески потеря давления, при использовании диафрагм и сопл прибли­ зительно одинакова.

У сопла Вентури главным образом благодаря наличию на вы­ ходе диффузора, способствующего более полному восстановлению потенциальной энергии потока, потеря давления значительно мень­ ше, чем у диафрагмы и сопла. Сопло Вентури рекомендуется приме­

нять в тех случаях, когда в промышленных установках при изме­ рении расхода вещества большие потери давления недопустимы. Потеря давления в коротком сопле Вентури сравнительно неболь­ шая, если выходной диаметр диффузора составляет не менее 0,75£>20.

14-3. Коэффициенты расхода и поправочные множители к ним

Коэффициенты расхода стандартных сужающих устройств опре­ делены экспериментальным путем. Выясним общие причины, вызы­ вающие изменение коэффициента расхода. Для одного и того же сужающего устройства значения коэффициента расхода зависят от плотности измеряемой среды, ее вязкости, скорости потока, гео­ метрических размеров, кроме того, зависят от шероховатости сте­ нок трубы.

В общем виде зависимость коэффициента расхода сужающего устройства от указанных выше величин может быть выражена функ­ циональной зависимостью

(14-3-1)

В этой зависимости число Рейнольдса, отнесенное к диаметру трубопровода D , определяется по формуле

Ро — vD — vD P

*C D — 10зу — юз,,»

где v — кинематическая вязкость измеряемой среды в рабочих условиях, м2/с; 103— множитель для перевода значения D , выра­ женного в мм, в значение, выраженное в м; — динамическая вязкость измеряемой среды в рабочих условиях, Па-с.

Остальные обозначения соответствуют принятым выше.

Практически удобнее определять число Рейнольдса не по скорости, а по рас­ ходу измеряемого вещества, т. е.

(14-3-2)

(14-3-3)

(14-3-4)

для расхода сухой части влажного газа в нормальном состоянии

(14-3-5)

QM массовый расход, кг/ч, согласно формуле

QM= ypj C 2' Ю-“ -3600;

рп — плотность сухого газа в нормальном состоянии, кг/м3; Рс.ч ~ плотность сухой части влажного газа при ее парциальном давлении

и температуре t, кг/м3.

Если в потоках двух геометрически подобных сужающих устройств будет иметь место подобие сил трения и инерции, то число Рейнольдса будет одинаковым и коэффициенты расхода для этих сужающих устройств будут также одинаковыми. Для геометри­ чески подобных сужающих устройств значение т = d2/D 2 одина­ ково и коэффициент расхода зависит только от числа Рейнольдса а = / (Re^i). Зависимость коэффициента расхода от ReD проявляется тем сильнее, чем меньше Re/>. С возрастанием числа Рейнольдса эта

зависимость сказывается в меньшей степени, а при достаточно боль­ ших значениях R eD (разных для различных сужающих устройств) коэффициенты расхода можно считать постоянными в пределах погрешности их определения (рис. 14-3-1 и 14-3-2).

Значение числа Рейнольдса, начиная от которого коэффициент расхода а для различных значений т при дальнейшем увеличении

Рис. 14-3-4. Исходный коэффициент расхода стандартных сопл и сопл Вентури в зависимости от т .