 |
Расходомеры с сужающим устройством
|
|
|
|
Расходомеры с сужающим устройством пригодны для измерения протекающего по трубопроводу вещества при условии заполнения им всего поперечного сечения трубы и установленного в ней сужающего устройства.
При прохождении потока через сужающее устройство происходит изменение потенциальной энергии вещества, часть которой вследствие местного сжатия струи и соответствующего увеличения скорости потока преобразуется в кинетическую энергию. Изменение потенциальной энергии приводит к появлению разности статических давлений (перепада давления), которая определяется при помощи дифманометра. Так как согласно закону сохранения энергии суммарная энергия движущейся среды уменьшается только на величину потерь, то по измеренному перепаду давления может быть определена кинетическая энергия потока при его сужении, а по ней – средняя скорость и расход вещества.
При использовании различных типов сужающих устройств применяются одни и те же исходные уравнения, в которых изменяются лишь значения отдельных коэффициентов и поправочных множителей.
Схема установки в трубопроводе наиболее простого сужающего устройства (диафрагмы) в виде тонкого диска с круглым отверстием посредине и изображение характера потока. Там же дано распределение статического давления Р по длине струи 
. Сжатие потока начинается перед диафрагмой и благодаря действию сил инерции достигает наибольшей величины на некотором расстоянии за ней, после чего струя вновь расширяется до полного сечения трубопровода. Перед диафрагмой и за ней в углах образуются зоны с вихревым движением, причем зона вихрей после диафрагмы более значительна, чем до нее. Давление струи около стенки трубопровода (сплошная линия) несколько возрастает за счет подпора перед диафрагмой и понижается до минимума за диафрагмой в точке наибольшего сужения струи, где сечение потока меньше, чем отверстие диафрагмы.
|
|
|
Рисунок 5.12 - Характер потока и распределение статического давления в трубопроводе при установке сужающего устройства.
Далее по мере расширения струи давление около стенки снова повышается, но не достигает прежнего значения на величину рп ввиду наличия безвозвратных потерь на завихрение, удар и трение. Изменение давления струи по оси трубопровода практически совпадает с изменением давления около его стенки, за исключением участка перед диафрагмой и непосредственно в ней, где давление потока по оси трубы понижается (пунктирная линия).
Рассмотрим вывод основных зависимостей для определения расхода жидкости при помощи сужающего устройства.
По условию неразрывности струи объемный расход протекающей по трубопроводу жидкости выражается равенством:
F1vl = F2v2,
где F1 – площадь наибольшего сечения потока до сужающего устройства, равная площади сечения трубопровода, Р2 – площадь наименьшего сечения потока после сужающего устройства, м2; vl и v2 - средние скорости потока в сечениях F1 и F2, м/с.
Согласно закону сохранения энергии Бернулли для идеальной жидкости:
,
где 
и 
– абсолютные статические давления жидкости в сечениях F1 и F2, Па; 
и 
– плотности жидкости в сечениях F1 и F2, кг/м3.
Плотность жидкости, проходящей через сужающее устройство, практически остается постоянной, т. е. 
= 
. Тогда из уравнения перепад давления жидкости в результате сужения струи:
.
Кроме того, при измерении расхода газа или пара происходит расширение среды вследствие понижения ее давления при прохождении через сужающее устройство. Изменение объема протекает в этом случае по адиабатическому закону и учитывается поправочным множителем па расширение 
, определяемым расчетом. Для газа и пара е меньше единицы, а для жидкости ввиду ее несжимаемости равен единице.
|
|
|
Подставив в формулу величины а и и перейдя от секундного расхода Q'об к часовому Qоб (м3/ч), имеем общий вид уравнения для определения объемного расхода измеряемого вещества
.
Расчетные параметры (давление и температура) измеряемой среды обычно указываются в паспорте расходомера. При значительном их отклонении в выражения вводятся поправочные множители. Тогда в общем случае будем иметь:
;
,
где 
– действительный поправочный множитель на расширение измеряемой среды; 
– действительная плотность измеряемой среды перед сужающим устройством.
При определении расхода вещества и расчете сужающего устройства характерной величиной является относительная площадь отверстия сужающего устройства m, выражающая отношение площадей проходных сечений сужающего устройства и трубопровода, равная для круглой формы отверстий
,
где D – внутренний диаметр трубопровода при температуре t1 измеряемой среды перед сужающим устройством, мм.
|
|
|
