3.4 Расходомеры переменного перепада давления

 

Одним из самых распространеных  принципов измерения расхода жидкостей, газов и паров являетсяпринцип измерения переменного перепада давления на сужающем устройств.

                      

         Рисунок 3.2 -  Принцип переменного перепада давления на СУ

 

В соответствии с рассматриваемым принципом в трубопровод устанавливаютсужающе устройство (СУ). Пройдя сечение А – А  (см. рисунок 3.2), поток сжимается и, благодаря инерции, сжатие продолжается и на выходе из СУ достигает наибольшее значение на некотором расстоянии после нее. Уменьшение струи приводит к увеличению скорости потокаW  по сравнению с его скоростью до сужения. Это значит, что увеличивается кинетическая энергия потока. Согласно закону сохранения энергии, увеличение кинетической энергии происходит за счет уменьшения потенциальной энергии. А это приведет к тому, что давление потока  Р на выходе из СУ уменьшится. На СУ создается перепад давления Р = Р1 – Р2, измеряемый дифманометром.

К стандартным сужающим устройствам относятся (см. рисунок 3.3):

-        стандартная диафрагма (а);

-        стандартное сопло (б);

-        сопло Вентури (в);

-        трубы Вентури (г).

                         Рисунок 3.3 - Стандартные сужающие устройства

 

Простота и малая стоимость обуславливают широкое использование дифрагм. Но необходимо при выборе СУ  учитывать и следующие факторы:

1) Если лимитируется потеря давления (δр) на СУ, то при выборе СУ необходимо принимать во внимание эту потерю, определяемую по графику.

2) Потеря давления при использовании диафрагм и сопла практически одинакова.

3) У сопла Вентури δр значительно меньше.

4) Коэффициент расходаможет изменяться,  т.к. отрицательные  влияния оказывают местные сопротивления в трубопроводе.

5) Отношение δр/р влияет на погрешность определения поправочного множителя на расширение ε.

Из перечисленных выше требований к выбору СУ следует, что при измерении расхода газа и пара вопрос выбора оптимального модуля СУ должен решаться путем компромисного удовлетворения противоречивых требований.

Модуль сужающего устройства

                                            ,                                              (3.3)

где   -  площадь и диаметр входного отверстия СУ;

 -  площадь поперечного сечения потока в сечении А-А;

  –  диаметр трубопровода.

Коэффициент расхода

                                           = ,                                             (3.4)

где Re -  число Рейнольдса;

т – модуль сужающего устройства.

Коэффициент расходане может быть пока точно расчитан теоретическим путем. Значения α для некоторых типов СУ определены эксперементально.

Эксперементально найденные зависимости α от числа РейнольдсаReприведены на рисунке 3.4 для условий установившегося потока, протекающего в гладких трубах через стандартную  диафрагму (а), через сопло и сопло Вентури (б).

                                     а)                                                        б)

    Рисунок 3.4 -  Экспериментальные зависимости коэффициента

                               расхода от  числа Рейнольдса  и модуля СУ

 

Из графиков видно, что с уменьшениемmуменьшаетсяRe. Из этого следует, что при выборе малыхmесть гарантия того, что в процессе измерения расхода его уменьшение не приведет к изменению выбранного значения α. Чем меньшеRe , тем зависимость α=f(Re) проявляется сильнее. С увеличениемRe  уменьшается его влияние на коэффициент расхода.

Значение α приводятся в таблицах нормативных документов.

Указанные СУ не требуют проведения индивидуальных градуировок и называются стандартными СУ.

Стандартные СУ могут быть использованы для диаметров трубопроводов не менееD=50 мм, в противном случае увеличивается погрешность определения коэффициента расхода.