 |
Расчет сужающего устройства.
|
|
|
|
Выбор сужающего устройства и дифманометра.
При выборе сужающего устройства необходимо руководствоваться следующими соображениями:
- потеря давления (энергетические потери) в сужающих устройствах увеличивается в следующей последовательности: труба Вентури, длинное сопло, диафрагма;
- при одних и тех же значениях т и D Р и прочих равных условиях сопло позволяет измерять больший расход, чем диафрагма, и обеспечивает более высокую точность измерения по сравнению с диафрагмой (особенно при малых значениях т);
- изменение или загрязнение входного профиля сужающего устройства в процессе эксплуатации влияет на коэффициент расхода диафрагмы в большей степени, чем на коэффициент расхода сопла.
Тип и разновидность дифманометра выбирают, исходя из следующих соображений:
- дифманометр можно применять для измерения расхода только таких сред. которые указаны в руководстве по эксплуатации данного прибора (если не производится непрерывная защита чувственного элемента дифманометра или не применяются разделительные сосуды);
- дифманометр потребляющий электроэнергию, в случае его установки в пожаро- и взрывоопасном помещении, должен удовлетворять требованиям соответствующих нормативных документов;
- максимальное рабочее движение в трубопроводе перед сужающим устройством не должно быть больше максимального рабочего давления, на которое рассчитан дифманометр.
Для серийно выпускаемых дифманометров предельный номинальный перепад давления дифманометра DРн следует выбирать из стандартного ряда чисел, указанных в ГОСТ 18140-77. При этом необходимо исходить из следующего:
- чем больше перепад давления DРн, тем меньше должна быть относительная площадь т сужающего устройства для измерения заданного расхода. Чем меньше т, тем выше точность измерения заданного расхода и тем больше потеря давления в сужающем устройстве;
|
|
|
- если задана допустимая потеря давления на сужающем устройстве, то за наибольшее значение DРн принимают такое, при котором потеря давления еще остается меньше допустимой. В тех случаях, когда потеря давления в сужающем устройстве не имеет значения, перепад DРн выбирают таким, чтобы значение т было близким к 0,2 (дальнейшее уменьшение относительной площади целесообразно только для уменьшения влияния числа Рейнольдса или для уменьшения погрешности вследствие сокращения длины прямого участка трубопровода).
Верхний предел измерений дифманометра устанавливают по заданному наибольшему измеряемому расходу 
так, чтобы ближайшее значение 
, взятое по ГОСТ 18140-77, было больше значения или равно ему.
При расширении диапазона измерения с помощью подключения к одному сужающему устройству двух дифманометров диапазон показаний по шкале одного прибора принимают равным 0 -100%, другого - 0-30%.
Предельный номинальный перепад давления прибора со шкалой 0-100% выбирают, исходя из требований. Для прибора со шкалой 0-30% номинальный перепад давления, соответствующий отметке 30%, принимают равным 0,09 предельного номинального перепада прибора со шкалой 0-100%.
Если дифманометры имеют разные стандартные значения DРн и , при чем 
< 
и DРн2 < DРн1, то сужающее устройство рассчитывают по параметрам DРн1 и . Показания дифманометра с параметрами DРн2, умножают на поправочный множитель 
, определяемый" по выражению
, (1)
где 
и 
находят соответственно для DРн2 и DРн1 .
Если поправочный множитель не вводится, то погрешность показаний дифманометра с параметрами DРн1 и , обусловленная его классом точности и пренебрежением множителя (в процентах ), определяют по формуле:
|
|
|
, (2)
где 
- класс точности (по расходу) дифманометра.
Расчет диаметра отверстия сужающего устройства для измерения расхода газа.
При расчете диаметра отверстия сужающего устройства для измерения расхода газа в нормальных условиях необходимы следующие исходные данные: максимальный расход газа 
; средний расход газа 
; компонентный состав газа или плотность при нормальных условиях 
; температура газа 
; избыточное давление потока газа 
; барометрическое давление окружающей среды 
; допустимая потеря давления на сужающем устройстве при максимальном расходе газа Р ПД ; влажность газа при рабочих условиях j (или f); диаметр трубопровода D; материал трубопровода и сужающего устройства. В качестве параметров , , , , j (или f) потока газа принимают их усредненное значение, исходя из условий и режимов работы расходомерного устройства.
Условный диаметр трубопровода выбирают в соответствии с требованиями соответствующих стандартов, исходя из обеспечения необходимого числа Рейнольдса для соответствующих относительных площадей сужающих устройств.
Определяют недостающие для расчета данные, к числу которых относятся абсолютные значения температуры и давления газа; показатель адиабаты; коэффициент сжимаемости и вязкость газового потока при рабочих условиях; число Рейнольдса; внутренний диаметр трубопровода при рабочей температуре.
Определяют дополнительную величину С по формулам:
при измерении расхода сухого газа
при измерении расхода сухой части влажного газа
По вычисленному значению С, округленному до трех значащих цифр, и заданной величине Р ПД по номограммам (приложение 20 для диафрагм, приложение 21 для сопел и приложение 22 для сопел Вентури - на стенде кафедры) находят искомое значение DРн и приближенное значение т.
Если искомая точка расположена между двумя кривыми DРн, то принимают ближайшее меньшее значение DРн, а по нему при том же значении С находят т.
Значения DРн (сплошные линии номограмм) используют при расчете сужающего устройства в комплекте с кольцевыми, колокольными, мембранными и сильфонными дифманометрами. При применении поплавковых дифманометров используют значения DРн (пунктирные линии), когда плотность измеряемого потока вещества при рабочем давлении Р и t = 20°С равна 1000 кг/м3, значения DРн (штрих-пунктирные линии при р' = 2000 кг/м3 и значения DРн (сплошные линии), когда р' пренебрежимо мало.
|
|
|
Для промежуточных значений р' производят линейную интерполяцию.
Проверяют условие Re > Remin (Re вычисляют при ) и если оно выполняется? расчет продолжают.
Число Рейнольдса для диаметра D определяют по выражениям:
при известном объемном расходе в рабочих условиях
(5)
при измерении m в кгс·с/м2 или
при измерении n в м2/с и m в Па·с;
при известном расходе сухого газа в нормальном состоянии
(7)
при известном расходе сухой части влажного воздуха в нормальном состоянии
(8)
Вычисляют с четырьмя значащими цифрами величину (т a)1 по выражению
где - коэффициент расширения газа, учитывающий изменение плотности газа при прохождении его через сужающее устройство, определяют по выражениям:
для диафрагм с угловым и фланцевым отбором DР
для сопел, сопел Вентури и труб Вентури
(9.2)
DР - наибольший перепад давления в сужающем устройстве соответствующий 
.
(DР и Р - в кгс/см2)
Для известных значений т a находят с четырьмя значащими цифрами т, посредством деления величины т a на соответствующее значениеa.
Коэффициент расхода диафрагмы a с угловым способом отбора DР и острой входной кромкой устанавливаемых в трубопроводах с относительной шероховатостью
в диапазоне чисел Рейнольдса Remin £ Re £ 108 определяют по формуле
Значения коэффициентов расхода диафрагм a, вычисленные по формуле 10, приведены в Приложении 1.
Значение величин k для различных условий эксплуатации трубопроводов приведены в таблице 1.
Таблица 1
| Виды труб и материал | Состояние поверхности труб и условия эксплуатации |  , мм
|
| Цельнотянутые трубы из латуни, меди, свинца | Технические гладкие | 0,0015-0,100 |
| Находящиеся в эксплуатации без отложений на внутренней поверхности | 0,03 | |
| Алюминиевые | Технические гладкие | 0,015-0,06 |
| Находящиеся в эксплуатации без отложений на внутренней поверхности | 0,03 | |
| Цельнотянутые стальные трубы | Новые и бывшие в эксплуатации | 0,02-0,10 |
| Изготовленные волочением в холодном состоянии | 0,03 | |
| Очищенные после многих лет эксплуатации | до 0,04 | |
| Битумизированные | до 0,04 | |
| Изготовленные горячим волочением | 0,05-0,10 | |
| Паропроводы перегретого пара при наличии деаэрации и химической очистки | 0,10 | |
| Паропроводы насыщенного пара при наличии деаэрации и химической очистки | 0,20 | |
| Паропроводы, работающие периодически, и конденсатопроводы с открытой системой конденсата | 0,50 | |
| Конденсатопроводы, работающие периодически, и водяные теплопроводы при отсутствии деаэрации и химической очистки | 1,00 | |
| Трубопроводы водяных систем отопления | 0,20 | |
| Водяные и теплопроводы при наличии деаэрации и химической очистки | 0,15 | |
| Газопроводы после одного года эксплуатации | 0,12 | |
| Газопроводы после нескольких лет эксплуатации | 0,12-0,22 | |
| Газопроводы после нескольких лет эксплуатации в различных условиях (коррелированные или с небольшими отложениями) | 0,15-1,00 | |
| Воздухопроводы сжатого воздуха | 0,80 | |
| Водопроводные трубы, находившиеся в эксплуатации | 1,20-1,50 | |
| Умеренно корродированные трубы | 0,40 | |
| С небольшими отложениями накипи | 0,40 | |
| Цельносварные стальные трубы | Новые или старые трубы в хорошем состоянии | 0,04-0,10 |
| Новые трубы битумизированные | 0,05 | |
| Новые трубы спирально сварные | 0,10 | |
| Трубы, бывшие в эксплуатации, битум частично растворен, корродированные | 0,10 | |
| Трубы с гальваническим покрытием | 0,13 | |
| Продолжение таблицы 1 | ||
| Трубы, бывшие в эксплуатации, равномерная коррозия | 0,15 | |
| Магистральные газопроводы после многих лет эксплуатации | 0,50 | |
| Магистральные газопроводы после 20 лет эксплуатации | 1,10 | |
| Трубы, загрязненные в процессе эксплуатации на воде, но не корродированные | 0,95-1,00 | |
| Трубы со слабыми отложениями | 1,50 | |
| Значительно корродированные трубы | 2,00 | |
| Оцинкованные стальные трубы | Новые трубы с чистой оцинковкой | 0,07-0,10 |
| Трубы с обычной оцинковкой | 0,10-0,15 | |
| Трубы оцинкованные из листовой стали | Новые трубы | 0,15 |
| Трубы, бывшие в эксплуатации | 0,18 | |
| Чугунные трубы | Новые трубы | 0,25-1,00 |
| Новые, битумизированные | 0,10-0,15 | |
| Асфальтированные трубы | 0,12-0,30 | |
| Трубы, бывшие в эксплуатации коррелированные | 1,1-1,5 | |
| Трубы с отложениями на внутренней поверхности | 1,0-1,5 | |
| Трубы, очищенные после многих лет эксплуатации | 0,3-1,5 | |
| Сильно корродированные трубы | до 3,0 | |
| Асбоцементные трубы | Новые трубы с изоляцией | 0,03 |
| Новые трубы без изоляции | 0,05-0,10 | |
| Средние трубы | 0,60 | |
| Стеклянные трубы | Чистое стекло | 0,0015- 0,0100 |
|
|
|
|
|
|
Коэффициенты расхода диафрагм с угловым способом отбора DР. острота входной кромки которых не удовлетворяет требованиям, определяют путем умножения величины a, рассчитанного по формуле (10), на поправочный множитель на притупление входной кромки k п.
Коэффициенты расхода диафрагм, устанавливаемых в трубопроводах с относительной шероховатостью k/D, определяют умножением a, рассчитанного по формуле (10), на поправочный множитель на шероховатость трубопровода k ш.
В случае одновременного учета обоих поправочных множителей уравнение для определения коэффициента расхода принимает вид
Значения k ш определяют по формуле
Значения k п определяют по формуле
Значения k ш, k п можно определять так же по приложению 2.
Если входная кромка диафрагмы острая, k п = 1.
Коэффициент расхода диафрагм с фланцевым способом отбора DР и острой входной кромкой, устанавливаемых в трубопроводах с относительной шероховатостью
Таблица 2
| Remin · 104 для D, мм, равного | ||||||||
| 0,05 | 0,32 | 0,47 | 0,63 | 0,95 | 1,26 | 1,58 | 2,36 | 4,79 |
| 0,09 | 0,57 | 0,85 | 1,13 | 1,70 | 2,27 | 2,84 | 4,25 | 8,62 |
| 0,16 | 1,01 | 1,51 | 2,02 | 3,02 | 4,03 | 5,04 | 7,56 | 15,32 |
| 0,25 | 1,58 | 2,36 | 3,15 | 4,73 | 6,30 | 7,88 | 11,18 | 23,94 |
| 0,36 | 2,27 | 3,40 | 4,54 | 6,80 | 9,07 | 11,34 | 17,01 | 34,48 |
| 0,49 | 3,09 | 4,63 | 6,17 | 9,26 | 12,35 | 15,44 | 23,15 | 46,92 |
| 0,56 | 3,53 | 5,29 | 7,06 | 10,58 | 14,11 | 17,64 | 26,46 | 53,63 |
Значения постоянных l 1и l 2 определяют следующим образом:
Значения коэффициентов расхода aф, вычисленные по формуле (14), приведены в приложении 3.
Коэффициент расхода сопел и сопел Вентури, устанавливаемых в трубопроводах с относительной шероховатостью
в диапазоне чисел Рейнольдса Remin £ Re £ 2· 106 определяют по формуле
(18)
Значения Remin выбирают в зависимости от т:
Коэффициенты расхода сопел и сопел Вентури, устанавливаемых в трубопроводах с относительной шероховатостью k/D, определяют по формуле
(19)
Значения k ш определяют по формуле
или по приложению 4.
Коэффициент расхода труб Вентури определяют по формуле
где С коэффициент истечения (таблица 3).
Таблица 3
| Типы труб Вентури | Допустимый диапазон т | Диапазон чисел Рейнольдса Re | Значение коэффициента истечения С | Средняя квадратическая погрешность коэффициента С, d С, % |
| А | 0,15-0,50 | 1·105-2·105 | 0.980 | 2,5 |
| 0,15-0,50 | 2·105-2·106 | 0,985 | 1,5 | |
| 0,15-0,50 | 2·106 | 0,985 | 2,0 | |
| Б | 0,10-0,60 | 1·105-1,5·105 | 0,976 | 1,5 |
| 0,10-0,60 | 1,5·105 - 2·105 | 0,982 | 1,0 | |
| 0,10-0,60 | 2·105-2·106 | 0,984 | 0,7 | |
| 0,10-0,60 | 2·106 | 0,984 | 1,0 | |
| В | 0,10-0,60 | 1·105-1,5·105 | 0,977 | 2,5 |
| 0,10-0,60 | 1,5·105 - 2·105 | 0.992 | 1,5 | |
| 0,10-0,60 | 2·105-2·106 | 0,995 | 1,0 | |
| 0,10-0,60 | 2·106 | 0,995 | 1,5 |
Определяют значение , соответствующее относительной площади т 1 при тех же DР (или DРн) и Р и вычисляют разность 
. Если эта разность не превышает 0,0005, то значения т 1 и считают окончательными.
При > 0,0005 вычисляют вспомогательную величина (т a)2 при .
и определяют значение m 2 и соответствующее ему значение . Цикл расчета повторяется до тех пор, пока не будет выполняться условие 
< 0,0005.
По найденному окончательному значению т расчетный диаметр отверстия сужающего устройства определяют по формуле
Проверяют правильность расчета при найденных значениях т, d и a посредством вычисления расхода соответствующего DРн (или DР).
Расход, измеряемый кольцевыми, колокольными, сильфонными и мембранными дифманометрами, вычисляют по формулам:
для сухих газов
для сухой части влажных газов
где К t и К j - коэффициенты коррекции расхода (Приложение 15).
Расход, измеряемый поплавковыми дифманометрами. определяют по формулам:
для сухих газов
для сухой части влажных газов
для жидкостей
Расход, измеряемый лабораторным U-образным или (чашечным) дифманометром, находят по формулам:
для дифманометра без разделительного сосуда
для дифманометра с разделительным сосудом
где h t, - разность высот столбов уравновешивающей жидкости U-образного дифманометра или отсчет по шкале чашечного дифманометра при температуре прибора, мм;
d тр - внутренний диаметр измерительной трубки дифманометра, мм;
r ¢уt -плотность уравновешивающей жидкости при давлении Р и температуре /. кг/м3: p'i -плотность вещества над уравновешивающей жидкостью при давлении Р и температуре t. кг/м3. При измерении расхода жидкости вместо р'с следует подставлять рс.
Расчет диаметра отверстия сужающего устройства для измерения расхода жидкости.
Задают необходимые для расчета данные: Р; р' и р (в зависимости от типа дифманометра), D, m или v.
Выбирают сужающее устройство, тип и разновидность дифманометра, его верхний предел измерений .
Определяют предельный номинальный перепад давления дифманометра. Здесь возможны два случая:
1) задана допустимая потеря давления Р'пд в сужающем устройстве при расходе .
Определяют допустимую потерю давления Рпд при расходе
Подсчитывают дополнительную величину Сi:
По вычисленному значению С1, округленному до трех значащих цифр, и заданной величине Рпд находят искомое значение DРн и приближенное значение т;
2) допустимая потеря давления на сужающем устройстве не задана.
Определяют вспомогательную величину С, как указано выше. По номограмме находят значение DРн, соответствующее относительной площади m = 0,2. Если при этом точка на линии т= 0,2, соответствующая данному значению С, располагается между двумя кривыми DРн, то принимают ближайшее значение DРн и определяют соответствующее при том же значении С, а в случае необходимости и соответствующую потерю давления РПД*.
Вычисляют с четырьмя значащими цифрами вспомогательную величину т a.
где DР - наибольший перепад давления в сужающем устройстве, соответствующий .
Подсчитывают искомое значение диаметра отверстия сужающего устройства
Проверяют правильность расчета при найденных значениях т, d и a посредством вычисления расхода , соответствующего DРн (или DР).
Примечание:
Если при данном С и т= 0,2 оказывается, что DРн должно быть больше 6,3 кгс/см2 или меньше 10 кгс/м2, то в качестве искомого значения DРн принимают соответственно 6,3 кгс/см2 или 10 кгс/м2 и по этому значению DРн (с учетом данного С) находят значение т.
Значения коэффициентов К t приведены в приложении 15.
|
|
|
