1. Стандартные диафрагмы и сопла

Наиболее полно исследованными сужающими устройствами, которые рекомендованы для широкого применения Техническим комитетом 30 (ТК 30) Международной организации по стандартизации (ИСО), являются так называемые нормальная диафрагма и нормальное сопло [?]. На основе периодически издаваемых рекомендаций ИСО почти во всех промышленно развитых странах разработаны нормы или правила по применению данных сужающих устройств.

В нашей стране подобные нормы по методике и формулам расчета стандартных сужающих устройств, основным требованиям к расходомерам, методике их поверки, а также методике определения погрешности измерения расхода установлены Правилами 28—64 Го­сударственного Комитета стандартов, мер и измеритель­ных приборов при Совете Министров СССР. Правила рас­пространяются на измерения расхода однофазных жидко­стей и газов, а также перегретых паров с помощью стан­дартных сужающих устройств, установленных внутри трубопровода диаметром не менее 50 мм, при условии, что поток является установившимся, числа Рейнольдса пре­вышают определенные значения и отношение давлений перед и за сужающим устройством не достигает критиче­ской величины.

Нормальные или стандартные диафрагма и сопло выбраны и рекомендованы для применения не случайно. Их коэффициенты расхода в широкой области чисел Рейнольдса почти не меняются. Заметное изменение наступает лишь при сравнительно малых Re. Поэтому при малыхReстандартные диафрагмы и сопла не применяются.

Стандартная диафрагма представляет собой сужаю­щее устройство, выполненное в виде плоского диска с кон­центрическим отверстием для истечения жидкости. Схематичное изображение диафрагмы приведено на Рис. 3.

Выше оси показано измерение перепада дав­ления через кольцевые камеры, ниже оси — через отдель­ные отверстия. На рисунке приняты следующие обозна­чения: D₂₀ — внутренний диаметр трубопровода перед сужающим устройством при температуре 20° С;d₂₀-внутренний диаметр диафрагмы при той же температуре.

Рис. 3

Толщина диска должна быть в пределах от 0,005D до 0,05D, гдеD– диаметр трубопровода. Если толщина диска более 0,02D, то отверстие на стороне выхода должно иметь коническую расточку с углом в пределах от 45 до 60° (ранее от 30 до 45°). Таким образом, толщина цилиндрического отверстия диафрагмы должна находиться в пределах от 0,005D до 0,02D.Входной угол цилиндрического отверстия должен быть строго равен 90°, а сама входная кромка должна быть острой, без каких бы то ни было заусенцев и зазубрин. Степень шероховатостиkвходного торца диафрагмы допускается Правилами до 0,005D, но оговаривается при этом, что волна (характеризующая неплоскостность) должна превышать высотуkне менее чем в 200 раз.

Правила 28–64 предусматривают только угловой способ отбора давлений. При этом возможны две его разновидности – точечный и камерный. В первом случае отбор осуществляется отдельными сверлениями, во втором через кольцевые камеры, которые соединяются с внутренним пространством трубопровода с помощью кольцевых щелей, находящихся непосредственно у плоскостей диафрагмы, или же группы равномерно распределенных по окружности отверстий.

Именно последний способ принят в ГОСТ 14321–73. Диафрагмы камерные на р_удо 100 кгс/см²(10 Па). Кольцевые камеры способствуют отбору среднего давления в данном сечении[?]. поэтому они особенно целесообразны, когда нет уверенности в надлежащей осевой симметрии профиля скоростей, то есть при недостаточной длине прямых участков трубы до и после диафрагмы.

Камерные диафрагмы согласно ГОСТ 14321–73 изготовляют только при диаметрах труб Dне более 400–500 мм. При больших диаметрах камерный отбор давлений выполняется с помощью двух наружных трубок небольшого (10–12 мм) диаметра, согнутых в кольцо вокруг основного трубопровода и соединенных с пространством до и после диафрагмы с помощью нескольких (4–8) равномерно расположенных радиальных трубок.

Слабым местом диафрагмы является входная кромка, которая под действием текущего потока притупляется, что приводит к постепенному увеличению ее коэффициента расхода и появлению погрешности отрицательного знака. В связи сэтим необходимо периодически контролировать состояние диафрагмы путем ее выемки и осмотра. Для этого требуется отключить участок трубопровода, на котором установлена диафрагма. Если требуется бесперебойная подача измеряемой среды, то диафрагму надо устанавливать на обводной линии, снабженной запорными устройствами для возможности ее отключения. Длина этой линии должна быть такой, чтобы до и после диафрагмы были прямые участки достаточной длины. Это сильно усложняет установку. Кроме того, сам процесс выемки трудоемок и сопровождается порчей прокладок, а иногда и фланцевых трубок.

В связи с этим в американской практике широкое применение получили особые устройства, позволяющие вынимать диафрагмы для ревизии и смены без выключения трубопровода [?]. для этой цели дисковая диафрагма помещается в особую камеру, снабженную двумя фланцами для установки в трубопроводе. Камера имеет две полости, разделенные запорным элементом: в нижней – располагается диафрагма, верхняя выполняет роль шлюза.

Диафрагмы с одной парой отбора перепада давления должны комплектоваться запорными вентилями и ниппелями, а также приваренными импульсными трубками для соединений 1—4; уравнительными конденсационными со­судами по ГОСТ 14318—73 для соединений 5—9; для соеди­нений 10—13 — импульсными трубками и уравнитель­ными сосудами по ГОСТ 14319—73 или импульсными трубками и разделительными сосудами по ГОСТ 14320—73. Диафрагмы с несколькими парами отборов поставляются с уравнительными конденсационными сосудами исполне­ния 5 по ГОСТ 14319—73 без импульсных трубок. Коли­чество пар сосудов должно соответствовать числу дифманометров, комплектуемых с диафрагмой. В обозначении камерной диафрагмы указываются услов­ное давление, условный проход трубопровода, исполнение посадочных мест, материал корпусов камер и диска, номер соединения с импульсными трубками или сосудами и ГОСТ.

Стандартные сопла. Сопла особенно удобны при измерении расхода газов и перегретого пара, а также при измерении расхода пара высокого давления в трубопроводах диаметром D200мм. По сравнения с диафрагмами они менее чувствительны у коррозии, загрязнением и обеспечивают несколько большую точность измерения.

Стандартное сопло Вентури состоит из профильной входной части, цилиндрической средней части и выходного конуса. Потеря давления в сопле Вентури возрастает с увеличением угла косинуса и уменьшением длины косинуса. Сопло Вентури применяется в тех случаях, когда потеря давления имеет решающее значение [].