1. Измерение расхода жидкостей, газа и пара.

1. Общие сведения

При измерениях, связанных с учетом количества вещества, важней­шими понятиями являются расход (масса или объем за единицу времени) и количество (масса или объем за определенный промежуток времени).

Расход (массовый или объемный) определяется как количество пере­качиваемого вещества (кг/с, кг/ч, т/ч или л/с, м³/с, м³/ч), протекающего через заданное (определенное) сечение трубопровода в единицу времени.

Следует отметить, что единицы массового расхода (количества) дают более объективную информацию о расходе или количестве вещества, чем единицы объема, так как объем вещества, особенно газов, сильно зависит от температуры и давления.

В соответствии с общепринятыми положениями прибор или устрой­ство, служащие для измерения расхода вещества, называются расходоме­рами, а прибор или устройство, служащие для измерения количества ве­щества, — счетчиками количества (счетчиками).

Существует большое разнообразие методов измерения расхода и кон­структивных разновидностей расходомеров и счетчиков.

Наибольшее распространение получили следующие разновиднос­ти расходомеров:

• переменного перепада давления с различными типами сужаю­щих устройств;

• постоянного перепада давления (расходомеры обтекания);

• тахометрические;

• электромагнитные;

• ультразвуковые;

• вихревые.

1.2 Метод измерения по перепаду давления в сужающем устройстве.

1.2.1 Принцип измерения.

Данный принцип измерения основывается на том, что при протека­нии потока через сужающее устройство скорость потока повышается по сравнению со скоростью до сужения, а статическое давление падает. По измеренному перепаду давления ΔР в соответствии с градировочной ха­рактеристикой ΔР = f(G) определяется расход потока вещества.

Рассматриваемый метод измерения требует выполнения комплекса определенных условий:

• фазовое состояние потока не должно изменяться при прохожде­нии сужающего устройства;

• характер движения потока до и после сужающего устройства дол­жен быть турбулентным и стационарным;

• поток должен полностью заполнять все сечение трубопровода;

• на поверхности сужающего устройства не должны образовывать­ся отложения, изменяющие его геометрию.

1.2.2 Виды сужающих устройств.

Сужающие устройства условно подразделяются на стандартные и не­стандартные. Стандартными называются сужающие устройства, изготов­ленные и установленные в соответствии с руководящими нормативными документами (РНД).

Рис. 1.1. Стандартные сужающие устройства: а) диафрагма; б) сопло; в) сопло Вентури

Градуировочная характеристика стандартных диафрагм определя­ется расчетным путем без индивидуальных тарировок, характеристики же нестандартных сужающих устройств определяются по результатам индивидуальных тарировок.

В качестве сужающих устройств, применяемых при измерении рас­хода жидкостей, газов и пара, в основном используются диафрагмы, сопла и реже сопла Вентури. Все эти устройства схематично показаны на рис. 1.1. На рис. 1.2 изображена картина потока и характер распределения стати­ческого давления при установленной в трубопроводе диафрагме.

Диафрагма (рис. 1.1, а) чаще всего представляет собой относительно тонкий диск с центральным круглым отверстием, ось которого обязана совпадать с осью трубы. Передняя (входная) часть отверстия должна иметь цилиндрическую форму, а затем переходить в коническое расширение. Передняя кромка отверстия должна быть острой, т.е. без закруглений, зау­сениц.

Стандартные диафрагмы рассчитываются для трубопроводов диамет­ром не менее 50 мм.

Рис. 1.2. Характер потока и распределения статического давления до и после диафрагмы.

плавно переходит в цилиндрический участок диаметром d. Выходная ци­линдрическая часть сопла имеет цилиндрическую выточку диаметром чуть большим d, служащую для предохранения измерительной части со­пла от повреждений.

Стандартные сопла устанавливаются на трубопроводах диаметром не менее 50 мм при измерениях расхода газов и не менее 30 мм для жидкостей.

Сопло Вентури (рис. 1.1, в) имеет входную часть с профилем сопла, переходящую в цилиндрическую часть, и выходной конус, который мо­жет быть длинным или укороченным.

Минимальным диаметром трубопроводов, в которых могут устанав­ливаться стандартные сопла Вентури, является 65 мм.

На рис. 1.1 символы Р₁, и Р₂, соответствуют точкам отбора давления и подключения к дифманометру, причем Р₁ > Р₂.

Так как гидродинамические принципы протекания потока вещества через сужающие устройства идентичны, то рассмотрим как наиболее характерное движение потока через диафрагму. На рис. 1.2 показаны профиль потока, проходящего сквозь диафрагму, а также распределение давления. После сечения А струя начинает сужаться и, следовательно, скорость потока возрастает. По инерции, пройдя отверстие диафрагмы, струя продолжает сужаться и на некотором расстоянии достигает своего наименьшего значения (сечения Б). Увеличение скорости потока на уча­стке АБ сопровождается уменьшением статического давления от значе­ния в невозмущенном потоке Р_А до минимального значения Р_Б.

За сечением Б начинается расширение струи, заканчивающееся в сечении В, что сопровождается уменьшением скорости потока веще­ства и увеличением статического давления. В сечении В скорость пото­ка восстановится (примет значение, равное в сечении А), но давление будет меньше первоначального на величину потери давления в сужаю­щем устройстве. Потеря давления определяется потерей энергии в «мер­твых» зонах, находящихся до и за диафрагмой, из-за сильных вихреобразований в них.