Меню

Вычисление расхода методом переменного перепада давления

Метод переменного перепада давления

Из применяемых в настоящее время расходомеров более 60% составляют расходомеры переменного перепада давления. Такое широкое их применение объясняется относительно низкой стоимостью, простотой конструкции, лёгкостью в эксплуатации, а также отсутствием необходимости применения дорогостоящих образцовых установок для градуировки.

Измерение расхода по этому методу основано на зависимости изменения потенциальной энергии (статического давления) вещества, протекающего через сужающее устройство в трубопроводе с изменением сечения этого трубопровода.

Сужающим устройством называется техническое устройство, которое устанавливается непосредственно в трубопроводе, имеет сквозное отверстие для создания разности давлений среды через уменьшение площади сечения трубопровода (сужения потока). В качестве сужающих устройств используют диафрагмы, сопла, сопла и трубы Вентури.

Диафрагма (рисунок 5) представляет собой тонкий диск, установленный в трубопроводе так, чтобы отверстие в диске располагалось по оси потока или концентрично внутреннему сечению трубопровода.

Рисунок 5 – Вид потока и изменение давления при прохождении потока через сужающее устройство

При измерении расхода методом переменного перепада давлений вещество, протекающее через трубопровод должно полностью заполнить все его сечение и сечение сужающего устройства; поток в трубопроводе должен быть практически установившимся; фазовое состояние веществ, при прохождении через сужающее устройство должно оставаться неизменным (жидкость не должна испаряться, пар должен оставаться перегретым и т.п.).

Сужение потока (рисунок 5) начинается до диафрагмы (сечение I-I); затем на некотором расстоянии за ней (сечение II — II) благодаря действию сил инерции поток сужается до минимального сечения (диаметр d2), а далее постепенно расширяется до полного заполнения сечения трубопровода.

Перед диафрагмой и за нею образуются вихревые зоны, причем зона вихрей за диафрагмой больше, чем перед ней. Давление потока около стенок трубопровода несколько возрастает до величины P1 из-за образующегося подпора перед диафрагмой и снижается до минимального значения Р2‘ за диафрагмой в наиболее узком сечении потока.

Далее, по мере расширения струи, давление потока около стенки снова повышается, но уже не достигает прежнего значения. Потеря части давления Рn определяется, главным образом, потерей энергии на трение и завихрения.

Изменение давления потока по оси трубопровода практически совпадает с изменением давления около его стенки, за исключением участка непосредственно перед диафрагмой и в диафрагме, где давление потока по оси трубы снижается.

Разность давлений ΔΡ = (Р1′ — Р2′) называется перепадом давления, который зависит от расхода среды, протекающей через трубопровод. По конструктивным соображениям и в связи с невозможностью практического определения зоны для измерения Р2′ в расчет принимается перепад давления ΔР = (Р1 — Р2), т.е. непосредственно около стенок трубопровода до и после сужающего устройства. Компенсация разницы между (Р1′ — Р2‘) и (Р1 — Р2) достигается введением поправочных коэффициентов.

Читайте также:  Какое атмосферное давление считается самым высоким

Теория и основные уравнения метода переменного перепада давлений одинаковы для сужающих устройств любого типа. Уравнение расхода для случая, когда в трубопроводе установлена диафрагма, и по трубопроводу протекает несжимаемая жидкость, плотность которой ρ до и после сужения остается неизменной.

Уравнение расхода для несжимаемой жидкости в объёмных (м 3 /с) и массовых (кг/с) единицах будут иметь вид [7]:

(9)

(10)

где – коэффициент распада, ;

S – площадь отверстия сужающего устройства;

– плотность жидкости, кг/м 3 ;

P1 – давление потока воды перед диафрагмой;

P2 – давление потока воды после диафрагмы.

При этом необходимо учитывать, что было принято допущение, что плотность среды при ее течении через сужающее устройство не изменяется. Это предположение справедливо для несжимаемых сред. Для газов это может привести к неточности результатов измерений.При измерении расхода сжимаемых сред (газов и паров), особенно при больших перепадах давлений в сужающем устройстве, необходимо учесть уменьшение плотности ρ, (вызвано снижением давления при прохождении через сужающее устройство).

Время прохождения газов и паров через сужающее устройство настолько незначительно, что их сжатие и последующее расширение происходят практически без обмена тепла с окружающей средой (адиабатически).

Поэтому уравнения расхода для газов и паров в объемных и массовых долях имеют вид:

(11)

(12)

где ε – поправочный множитель на расширение измеряемой среды, называемый коэффициентом расширения;

ρ1 – плотность потока перед входом потока в отверстие сужающего устройства.

Уравнения расхода для газов и паров отличаются от уравнений расхода для несжимаемой жидкости только коэффициентом ε. Значения коэффициента расширения ε для различных сужающих устройств и разных случаев измерения можно определить по справочникам.

Источник

Измерение расхода по перепаду давлений на сужающем устройстве

Расходомеры переменного перепада давления

Для получения сравнимых результатов измерений объемный расход газа или пара приводят к стандартным условиям.

Приборы, измеряющие расход вещества, называют расходомерами. Приборы, измеряющие количество вещества, протекающее через данное сечение трубопровода за некоторый промежуток времени, называют счетчиками количества. При этом количество вещества определяется как разность двух последовательных показаний счетчика в начале и конце этого промежутка времени. Показания счетчика выражаются в единицах объема, реже — в единицах массы. Прибор, одновременно измеряющий расход и количество вещества, называют расходомером со счетчиком. Расходомер измеряет текущее значение расхода, а счетчик выполняет интегрирование текущих значений расхода.

В последнее время граница между счетчиками и расходомерами практически исчезает. Расходомеры оснащают средствами для определения количества жидкости или газа, а счетчики — средствами для определения расхода, что позволяет объединить счетчики и расходомеры в одну группу приборов — расходомеры.

Читайте также:  Устройство топливного насоса высокого давления ямз 238

Устройство (диафрагма, сопло, напорная трубка), непосредственно воспринимающее измеряемый расход и преобразующее его в другую величину, удобную для измерения (например, в перепад давления), называют преобразователем расхода.

Принцип действия расходомеров этой группы основан на зависимости перепада давления, создаваемого неподвижным устройством, устанавливаемым в трубопроводе, от расхода вещества.

При измерении расхода методом переменного перепада давления в трубопроводе, по которому протекает среда, устанавливают сужающее устройство (СУ), создающее местное сужение потока. Из-за перехода части потенциальной энергии потока в кинетическую средняя скорость потока в суженном сечении повышается. В результате статическое давление в этом сечении становится меньше статического давления перед СУ. Разность этих давлений тем больше, чем больше расход протекающей среды, и, следовательно, она может служить мерой расхода. Перепад давления на СУ (рис. 78, а) равен

где — давление на входе в сужающее устройство; — давление на выходе из него.

Измерение расхода вещества методом переменного перепада давления возможно при соблюдении условий:

1) поток вещества заполняет все поперечное сечение трубопровода;

2) поток вещества в трубопроводе является практически установившимся;

3) фазовое состояние вещества, протекающего через СУ, не изменяется (жидкость не испаряется; газы, растворенные в жидкости, не десорбируются; пар не конденсируется).

Рис.5.78. Расходомеры переменного перепада давления:

а — структура потока проходящего через диафрагму; б — распределение статического давления р вблизи диафрагмы по длине трубопровода; / — сужающее устройство (диафрагма); 2 — импульсные трубки; 3 — -образный дифманометр; — сечение потока вещества, в котором не сказывается возмущающее воздействие диафрагмы; — сечение потока вещества в месте его наибольшего сжатия; в — сопло; г — сопло Вентури

В качестве сужающих устройств для измерения расхода жидкостей, газов, пара широко применяются стандартные сужающие устройства. К ним относят стандартную диафрагму, сопло ИСА 1932, трубу Вентури и сопло Вентури.

Стандартная диафрагма (далее — диафрагма) — диск с круглым отверстием, имеющий острую прямоугольную входную кромку.

Сопло ИСА 1932 (далее — сопло) — СУ с круглым отверстием, имеющее на входе плавно сужающийся участок с профилем, образованным двумя сопрягающимися дугами, переходящий в цилиндрический участок на выходе, называемый горловиной (рис. 78, в).

Расходомерная труба Вентури (далее — труба Вентури) — СУ с круглым отверстием, имеющее на входе конический сужающийся участок, переходящий в цилиндрический участок, соединенный на выходе с расширяющейся конической частью, называемой диффузором.

Читайте также:  Пример возникновения избыточного давления при замерзании воды

Вентури — труба Вентури с сужающимся входным участком в виде сопла ИСА 1932 (рис. 78, г).

Эти наиболее изученные средства измерения расхода и количества жидкостей, газа и пара могут применяться при любых давлениях и температурах измеряемой среды.

Установим диафрагму в трубопроводе так, чтобы центр ее отверстия находился на оси трубопровода (рис. 78, а). Сужение потока вещества начинается до диафрагмы, на некотором расстоянии за диафрагмой поток достигает своего минимального сечения. Затем поток постепенно расширяется до полного сечения. На рис. 78, б изображено распределение давлений вдоль стенки трубопровода (сплошная линия), а также распределение давлений по оси трубопровода (штрихпунктирная линия). Давление потока около стенок трубопровода после СУ не достигает своего прежнего значения на величину — безвозвратной потери, обусловленной завихрениями, ударом и трением (затрачивается значительная часть энергии).

Отбор статических давлений и возможен с помощью соединительных импульсных трубок 2, вставленных в отверстия, расположенные до и после диафрагмы / (рис. 78, а), а измерение перепада давления возможно с помощью какого-нибудь измерителя перепада давления (в данном случае -образного дифманометра 3).

Сопло (рис. 78, в) конструктивно изготовляется в виде насадки с круглым концентрическим отверстием, имеющим плавно сужающуюся часть на входе и развитую часть на выходе. Профиль сопла обеспечивает практически полное сжатие потока вещества и поэтому площадь цилиндрического отверстия сопла может быть принята равной минимальному сечению потока, т. е. . Характер распределения статического давления в сопле по длине трубопровода такой же, как и у диафрагмы. Такой же и отбор давлений и до и после сопла, как и у диафрагмы.

Сопло Вентури (рис. 78, г) конструктивно состоит из цилиндрического входного участка; плавно сужающейся части, переходящей в короткий цилиндрический участок; из расширяющейся конической части — диффузора. Сопло Вентури благодаря диффузору обладает меньшей потерей давления, чем диафрагма и сопло. Характер распределения статического давления в сопле Вентури по длине трубопровода такой же, как и у диафрагмы и сопла. Отбор давлений и осуществляется с помощью двух кольцевых камер, каждая из которых соединяется с внутренней полостью сопла Вентури группой равномерно расположенных по окружности отверстий.

Теперь уравнение объемного расхода для несжимаемой жидкости принимает вид:

С учетом введения поправочного коэффициента е, учитывающего расширение измеряемой среды, окончательно перепишем уравнение:

Для несжимаемой жидкости поправочный коэффициент е равен единице, при измерении расхода сжимаемых сред (газа, пара) поправочный коэффициент и определяется по специальным номограммам.

Источник

Adblock
detector