Расходомеры переменного перепада давления

Одним из наиболее распространенных средств измерений расхода жидкостей и газов (паров), протекающих по трубопроводам, являются расходомеры переменного перепада давления, состоящие из стандартного сужающего устройства, дифманометра, приборов для измерения параметров среды и соединительных линий. В комплект расходомерного устройства также входят прямые участки трубопроводов до и после сужающего устройства с местными сопротивлениями [1, 3].

Сужающее устройство расходомера является первичным измерительным преобразователем расхода, в котором в результате сужения сечения потока измеряемой среды (жидкости, газа, пара) образуется перепад (разность) давления, зависящий от расхода. В качестве стандартных (нормализованных) сужающих устройств применяются измерительные диафрагмы, сопла, сопла Вентури и трубы Вентури. Сопло выполнено в виде насадки с круглым концентрическим отверстием, имеющим плавную сужающую часть на входе и развитую цилиндрическую часть на выходе. Сопло Вентури- состоит из цилиндрического входного участка, плавно сужающейся части, переходящей в короткий цилиндрический участок, и расширяющейся конической части (диффузора).

Измерительная диафрагма представляет собой тонкий диск А с отверстием d круглого сечения, установленный так, что центр его лежит на оси трубопровода (используются в трубах от 50 мм до 2 м) (рис. 15). При протекании потока жидкости или газа (пара) в трубопроводе с диафрагмой сужение его начинается до диафрагмы. На некотором расстоянии за ней под действием сил инерции поток сужается до минимального сечения d₂, а далее постепенно расширяется до полного сечения трубопровода (внутренний диаметр D). Перед диафрагмой и после нее образуются зоны завихрения, причем зона вихрей за диафрагмой больше, чем перед ней.

Давление струи около стенки вначале возрастает из-за подпора перед диафрагмой и понижается до минимума за диафрагмой в наиболее узком сечении струи II –II. Затем давление потока снова повышается, но не достигает прежнего значения, так как вследствие трения и завихрений происходит потеря давления р_пот.

Рис. 15. Характер потока и график распределения статического давления р по длине трубопровода l при установке диафрагмы в трубопроводе

Таким образом, часть потенциальной энергии давления потока переходит в кинетическую. В результате средняя скорость потока в суженном сечении повышается, а статическое давление в этом сечении становится меньше статического давления перед сужающим устройством. Разность этих давлений (перепад давления) служит мерой расхода протекающей через сужающее устройство жидкости, газа или пара.

Уравнения расхода для несжимаемых жидкостей в объемных и массовых единицах имеют вид (7 и 8):

или , (7, 8)

где плотность вещества,

площадь поперечного сечения отверстия диафрагмы (сужающее устройство),

расход вещества,

абсолютное давление до сужающего устройства,

абсолютное давление после сужающего устройства,

– коэффициент расхода учитывает неравномерное распределение скоростей по сечению потока, обусловленное вязкостью вещества и трением о стенки трубопровода.

Этот коэффициент для разных сужающих устройств определяется опытным путём. Здесь коэффициент сужения струи ( площадь поперечного сечения наиболее суженного участка струи), ( средняя скорость вещества в сечении I, средняя скорость вещества в отверстии диафрагмы), местное сопротивление потоку.

Достоинствами диафрагм являются: простота изготовления, дешевизна изготовления, простота проверки конструкции. Недостатками являются: малый срок службы, большая остаточная потеря давления ().

К достоинствам сопл относятся: маленькая потеря давления, способность при одном и том же перепаде давлений измерять больший расход. Недостатками являются: сложность в изготовлении и проверке.

В качестве измерительных приборов применяются различные дифференциальные манометры, снабженные показывающими, записывающими, интегрирующими, сигнализирующими и другими устройствами, обеспечивающими выдачу измерительной информации о расходе в соответствующей форме и виде [14].