Общие сведения. Одним из наиболее распространенных и изу­ченных является способ измерения расхода жидкостей, газов и пара в трубопроводах по перепаду давления в сужающем

Одним из наиболее распространенных и изу­ченных является способ измерения расхода жидкостей, газов и пара в трубопроводах по перепаду давления в сужающем устройстве. Сужающее устройство выполняет функции первичного преобразователя, устанавливается в трубопроводе и создает в нем местное сужение, вследствие чего при протекании вещества повышается скорость в суженном сечении по сравнению со скоростью потока по сужения. Увеличение скорости, а следовательно, и кинетической энергии вызывает уменьшение потенциальной энергии потока в суженном сечении. Соответственно статическое давление в сужен­ном сечении будет меньше, чем в сечении до сужающего устройства. Таким образом, при протекании вещества через сужающее устройство создается перепад давления Δр = P₁— P₂ (рис.1), зависящий от скорости потока и, следовательно, расхода жидкости. Отсюда следует, что перепад давления, создаваемый сужающим устройством, может служить мерой расхода вещества, протекающего в трубопроводе, а численное значение расхода вещества может быть определено по перепаду давления Δр, измеренному дифманометром.

В качестве сужающих устройств для измерения расхода жидкостей, газов и пара широко применяют стандартные диафрагмы, сопла и сопла Вентури.

Диафрагма показана на рис.1, а и представляет собой тонкий диск с отверстием круглого сечения, центр которого лежит на оси трубы. Сужение потока начинается до диафрагмы, и на некотором расстоянии за диафрагмой поток достигает минимального сечения. Далее поток постепенно расширяется до полного сечения трубопровода. На рис. 1а. сплошной линией представлена кривая, характеризующая распределение давлений вдоль стенки трубопровода; кривая, изображенная штрихпунктирной линией, характеризует распределение давлений по оси трубопро­вода. Как видно, давление за диафрагмой полностью не вос­станавливается.

При протекании вещества через диафрагму за ней в углах образуется мертвая зона, в ко­торой вследствие разности дав­лений возникает обратное дви­жение жидкости или так назы­ваемый вторичный поток. Вслед­ствие вязкости жидкости струйки основного и вторичного пото­ков, двигаясь в противополож­ных направлениях, свертывают­ся в виде вихрей. На вихреобразования за диафрагмой затра­чивается значительная часть энергии, а следовательно, имеет место и значительная потеря давления. Изменение направле­ния струек перед диафрагмой и сжатие струи после диафрагмы имеют незначительное влияние.

Как видно из рис. 1, а, отбор давлений р₁ и р₂ осуще­ствляется с помощью двух от­дельных отверстий, расположен­ных непосредственно до и после диска диафрагмы в углах, обра­зуемых плоскостью диафрагмы и внутренней поверхностью тру­бопровода.

Рис. 1. Характер потока и рас­пределение статического давления при установке в трубопроводе диафрагмы (а), сопла (б) и сопла Вентури (в).

Сопло (рис.1, б) выпол­нено в виде насадки с круглым концентрическим отверстием, имеющим плавно сужающуюся часть на входе и развитую цилиндрическую часть на выходе. Про­филь сопла обеспечивает достаточно полное сжатие струи, и площадь цилиндрического отверстия сопла может быть принята равной минимальному сечению струн (F₀ = F₂). Вихреобразование за соп­лом вызывает меньшую потерю энергии, чем у диафрагмы. Кривые изменения давления вдоль стенки и по оси трубопровода (пунктир­ная линия) имеют тот же характер, что и для диафрагмы, но оста­точная потеря давления р_п для сопла немного меньше, чем для диафрагмы. Однако следует отметить, что при равных перепадах давления для одного и того же расхода площадь проходного отвер­стия F₀ для диафрагмы больше, чем для сопла, поэтому потеря давления в этом случае практически одинакова. Отбор давлений p₁ и р₂ до и после сопла осуществляется так же, как и у диафрагмы.

На рис.1, в представлено сопло Вентури, которое состоит из цилиндрического входного участка, плавно сужающейся части, переходящей в короткий цилиндрический участок, и из расширяю­щейся конической части — диффузора. В этой форме сужающего устройства главным образом благодаря наличию выходного диффу­зора потеря давления значительно меньше, чем у диафрагм и сопла (рис. 1, в). Отбор давлений р₁ и р₂ осуществляется с помощью двух кольцевых камер, каждая из которых соединяется с внутрен­ней полостью сопла Вентури группой равномерно расположенных по окружности отверстий.

Принцип измерения расхода вещества по перепаду давления, создаваемому сужающим устройством, и основные уравнения оди­наковы для всех типов сужающих устройств, различны лишь неко­торые коэффициенты в этих уравнениях, определяемые опытным путем.

Стандартные сужающие устройства

Всесторонние исследования сужающих устройств дали возмож­ность нормализовать диафрагмы, сопла и сопла Вентури, что позволило изготовлять и применять их в комплекте с дифманометрами для измерения расхода и количества жидкостей, газов и паров в горизонтальных, наклонных и вертикальных круглых трубопро­водах по результатам расчета без индивидуальной градуировки.

Диафрагма. Стандартная диафрагма может применяться без градуировки в трубопроводах диаметром D₂₀ ≥ 50 мм. Диафрагма являет­ся наиболее простой конструкцией из числа сужающих устройств.

На рис.2 показан пример конструктивного выполнения стан­дартной диафрагмы с кольцевыми камерами в патрубках со свар­ным соединением, внутренний диаметр которых принимается рав­ным внутреннему диаметру трубопровода. Сварные соединения с измерительными диафрагмами, применяемые для неагрессивных сред, предназначены для рабочих давлений и температур, соответ­ствующих условным давлениям р_у от 100 до 400 кгс/см² (10—40 МПа). Кольцевые камеры соединяются с внутренними полостями патруб­ков с помощью восьми прямоугольных отверстий, равномерно рас­пределенных по окружности.

Диафрагмы этого типа широко применяются на тепловых элек­трических станциях высокого давления, например, для измерения расхода питательной воды парогенераторов. Сварная конструкция диафрагм может быть использована на атомных электрических станциях и на других промышленных предприятиях.

Сопло. Стандартное сопло, схематически показанное на рис.3, может применяться без градуировки в трубопроводах диаметром D₂₀ ≥ 50 мм.

Сопло менее чувствительно к загрязнению и коррозии. Загряз­нение или незначительное изменение входного профиля сужающего устройства в процессе эксплуатации влияет на коэффициент расхода сопла в значительно меньшей степени, чем на коэффициент расхода диафрагмы.

Сопло Вентури. Из числа сущест­вующих форм труб Вентури норма­лизована труба с входной частью, выполненной так же, как и стандарт­ное сопло. Поэтому сужающее уст­ройство этого типа получило назва­ние стандартное сопло Вентури. Оно может быть изготовлено с длинным и коротким диффузором (конусом). У длинного сопла Вентури диффузор на выходе имеет диаметр, равный диаметру трубопровода (рис.4, нижняя часть). Короткое сопло Вен­тури имеет диаметр на выходе у диффузора меньше диаметра трубопровода (рис. 4, верхняя часть). Сопло Вентури, профили которого показаны на рис.4, может применяться без градуи­ровки для измерения расхода различных сред в трубопроводах диаметром D₂₀ ≥ 50 мм.

Дата добавления: 2015-05-10