Введение

С развитием промышленности большое значение приобрели расходомеры жидкости, газа и пара. Расходомеры необходимы, прежде всего, для управления производством. Без них нельзя обеспечить оптимальный режим технологических процессов в энергетике, металлургии, в химической, нефтяной, целлюлозно-бумажной и многих других отраслях промышленности.

В настоящее время к расходомерам предъявляется много требований, удовлетворить которые совместно достаточно сложно и не всегда возможно. К этим требованиям относятся: высокая точность измерения, надежность, независимость результатов измерения от изменения плотности вещества, быстродействие прибора, большой диапазон измерения, необходимость измерения расхода веществ не только в обычных, но и в экстремальных условиях при очень низких и очень высоких давления и температурах.

На сегодняшний день весьма актуально измерение расхода жидкостных и газовых сред с высокой точностью. Повышение точности достигается как за счет применения новых прогрессивных методов и приборов (тахометрических, электромагнитных, ультразвуковых и т. п.), так и за счет совершенствования старых классических методов. Снижение погрешности измерений хотя бы на 1% может обеспечить многомиллионный экономический эффект.

Целью курсового проекта является проектирование расходомера жидкостной среды, с сужающим устройством в виде даифрагмы, а так же определение его метрологических характеристик.

Задачи курсового проекта:

1. Привести описание доплеровских расходомеров.

2. Изучить принцип измерения расхода среды методом переменного перепада давления на сужающем устройстве, заданному в виде сопла Вентури.

3. Рассчитать теплофизические характеристики среды.

4. Рассчитать размеры сужающего устройства.

5. Выбрать материал деталей сужающего устройства и элементов присоединения его к трубопроводу.

6. Разработать чертеж общего вида сужающего устройства и спецификацию к нему.

7. Выбрать тип дифференциального манометра, используемого для измерения перепада давления на сужающем устройстве.

8. Определить метрологические характеристики спроектированного расходомера.

1 Парциальные расходомеры постоянного перепада давления

Парциальными называются расходомеры, основанные на измерении лишь небольшой доли расхода, обычно ответвляемой от основного потока измеряемого вещества.

Применяют различные способы ответвления. В первом из них в основном трубопроводе устанавливают сужающее устройство, или какое- либо сопротивление, по обе стороны от которого присоединяются концы небольшой обводной трубки. Парциальный поток в последний возникает под влиянием разности статических давлений p₁ и р₂, создаваемой сужающим устройством или сопротивлением в основном трубопроводе. При втором способе обводная трубка вводится в основной трубопровод так, что ее переднее отверстие направлено навстречу потоку, а заднее - в противоположную сторону. Парциальный поток в обводной трубке образуется здесь под влиянием разности динамических давлений у ее концов. При третьем способе обводная трубка устанавливается на колене трубопровода, где под влиянием центробежной силы создается разность давления, зависящая от расхода. Этот способ удобен при измерении расхода воды на всасывающем патрубке коленчатой формы у крупных вертикальных насосов.

Для возможности определения расхода Q в основном трубопроводе по измеренному парциальному расходу q надо знать функциональную связь между ними или иметь градуировочную зависимость. Лучше всего, если q прямо пропорционально Q. Зависимость между расходом q и перепадом давления в обводной трубке с ротаметром в качестве парциального расходомера определяется формулой:

где - перепад давления на поплавке ротаметра;

- коэффициент, учитывающий сопротивление всех остальных частей обводной трубки.

Откуда следует . Что является уравнением гиперболы.

Зависимость между Q и q изображена на рис.1 (Приложение 1). Точка 2 соответствует максимальной пропускной способности ротаметра qmax. Эта же точка определяет и величину наибольшего расхода Qmax в основном трубопроводе. Наименьший расход Qmin, который может быть измерен с помощью данного ротаметра, соответствует точке 1, пересечения гиперболы с осью абсцисс. Тогда

,

Но, при Q>>q имеем .

Следовательно, диапазон измерения парциального ротаметра

Здесь - полное падение давления в обводной трубке при расходе q_max через нее, а k₁ - перепад давления на поплавке ротаметра, практически равный полному падению давления в обводной трубке при наименьшем расходе q_min.

Отношение в ротаметрах уменьшается с увеличением веса поплавка и часто имеет значения порядка 3-6. В случае применения подобных ротаметров в качестве парциальных диапазон измерения Q_max/Q_min будет 1,7-2,5. Для увеличения диапазона измерения надо увеличивать , т.е. к₃, и снижать k₁. Первое уменьшает наклон асимптоты OA и удаляет точку 2 от начала координат, т.е. увеличивает Q_max. Уменьшение же k₁ приближает точку 1 к началу координат, т.е. уменьшает Q_min. Приближая плотность материала поплавка к плотности измеряемой среды, можно достичь весьма малой величины k₁. Для увеличения к₃ можно установить в обводную трубку постоянное сопротивление, например диафрагму. Если достичь того, чтобы отношение или (что практически тоже) k₃/k₁ было равно 100, то диапазон измерения парциального ротаметра будет равен 10. Шкала его сужается на всем диапазоне от начала до конца, вначале довольно резко, а затем медленнее. Загрязнение обводной трубки вызовет увеличение к₃ и уменьшение угла наклона асимптоты OA, т.е. нарушение градуировочной кривой.

Изменение диаметра СУ в основном трубопроводе сказывается на величине к и на положении точки 1, диапазон измерения парциального расходомера при этом не изменяется, так как изменение k в n раз вызовет одновременное снижение в раз значений Q_max и Q_min. Таким образом, изменение k лишь сдвигает зону измеряемых расходов в ту или другую сторону.

Погрешность измерения расхода Q с помощью парциальных расходомеров будет выше погрешности измерения парциального расхода q из-за дополнительной погрешности градуировочного коэффициента т. От точности его определения будет в сильной степени зависеть точность измерения Q. Наибольшая точность может быть получена лишь опытным путем, что не всегда, особенно при больших расходах, выполнимо.

Основная область применения парциальных расходомеров - измерение расхода в трубах большого диаметра, например в водооросительных системах при отсутствии преобразователей расхода большого калибра, или желания иметь сравнительно дешевое средство измерения при допустимости повышенной погрешности результата.

Парциальный метод позволяет с помощью одного серийно изготовленного калибра преобразователя осуществлять измерение расхода в трубах разного диаметра, как это имеет место, например, у тепловых парциальных расходомеров. Кроме того, с помощью особых схем парциальный метод позволяет производить измерение пульсирующих расходов.