Расходомеры переменного перепада давления (дроссельные расходомеры)
Одним из самых распространенных принципов измерения расхода жидкостей, газов и паров является принцип переменного перепада давления на сужающем устройстве.
Широкое использование этого принципа связано с рядом присущих ему преимуществ. К их числу относятся: простота и надежность, отсутствие движущихся частей, легкость серийного изготовления средств измерений практически на любые давления и температуры измеряемой среды, низкая стоимость, возможность измерения практически любых расходов и, что особенно существенно, возможность получения градуировочной характеристики расходомеров расчетным путем, т. е. без использования дорогостоящих расходоизмерительных метрологических установок.
В соответствии с рассматриваемым принципом в трубопровод устанавливают сужающее устройство. При протекании измеряемого потока через отверстие сужающего устройства увеличивается скорость потока по сравнению с его скоростью до сужения. Благодаря этому давление потока на выходе из сужающего устройства уменьшается и на сужающем устройстве создается перепад давления, измеряемый дифманометром, который, как будет показано ниже, зависит от скорости в сужении или от расхода потока.
На рис.16.5,а приведена идеализированная картина потока, протекающего в трубопроводе 1 через сужающее устройство 2 типа «диафрагма», а также график распределения давления (рис.16.5, б) и скорости (рис.16.5, в).
Рис. 16.5. Картина течения вещества через диафрагму (а) и эпюры давления (б) и скорости (в)
Выделим в трубопроводе три сечения: А-А — перед сужающим устройством, где еще нет его влияния на поток; В-В — место наибольшего сужения струи; С-С— сечение после сужающего устройства, где устанавливаются скорость и давление потока.
Пройдя сечение А-А, поток сжимается, и благодаря действию сил инерции сжатие продолжается и на выходе из диафрагмы достигает наибольшего значения на некотором расстоянии за ней (сечение В-В). Уменьшение сечения струи приводит к увеличению скорости от W1 в сечении А-А до W2 в сечении В-В. Что касается давления, то здесь необходимо различать давление у стенки трубы и на ее оси. Как видно из графика (рис.16.5, б), давление в одной и той же плоскости неравномерно. Давление у стенки трубы (сплошная линия) непосредственно перед диафрагмой P1 несколько возрастает (за счет уменьшения скорости в этом месте), а по оси трубы (штрихпунктирная линия) уменьшается и достигает минимума Р’2 в сечении В-В.
Сужающие устройства могут быть использованы для измерения расхода: запыленных и загрязненных сред, на входе и выходе из трубопровода, а также в трубопроводах с диаметром менее 50 мм.
Для измерения запыленных и загрязненных сред применяются сегментные диафрагмы (рис.16.6).
Они исключают возможность отложения механических примесей и выделяющихся из жидкости газов у сужающего устройства, так как примеси здесь легко сносятся через соответствующим образом расположенное отверстие.
Рис. 16.6. Схема сегментной диафрагмы
Если сегментная диафрагма применяется для загрязненных и запыленных сред, то ее отверстие располагают в нижней части поперечного сечения горизонтального трубопровода. При измерении расхода жидкости, из которой могут выделяться газы, например газонасыщенной нефти, отверстие сегментной диафрагмы располагают в верхней части. Отверстия для отбора давлений необходимо делать со стороны, противоположной отверстию сужающего устройства. Коэффициент расхода определен для сегментных диафрагм с модулем m=0,10…0,50 для трубопроводов с D=50…1000 мм и для предельных значений чисел Рейнольдса в диапазоне от Remin пр=5*103–4*104 до Remax пр = 106.