Расходомеры переменного перепада давления

Одним из самых распространеных принципов измерения расхода жидкостей, газов и паров является принцип измерения переменного перепада давления на сужающем устройств.

Рисунок 3.2 - Принцип переменного перепада давления на СУ

В соответствии с рассматриваемым принципом в трубопровод устанавливают сужающе устройство (СУ). Пройдя сечение А – А (см. рисунок 3.2), поток сжимается и, благодаря инерции, сжатие продолжается и на выходе из СУ достигает наибольшее значение на некотором расстоянии после нее. Уменьшение струи приводит к увеличению скорости потокаW по сравнению с его скоростью до сужения. Это значит, что увеличивается кинетическая энергия потока. Согласно закону сохранения энергии, увеличение кинетической энергии происходит за счет уменьшения потенциальной энергии. А это приведет к тому, что давление потока Р на выходе из СУ уменьшится. На СУ создается перепад давления Р = Р1 – Р2, измеряемый дифманометром.

К стандартным сужающим устройствам относятся (см. рисунок 3.3):

- стандартная диафрагма (а);

- стандартное сопло (б);

- сопло Вентури (в);

- трубы Вентури (г).

Рисунок 3.3 - Стандартные сужающие устройства

Простота и малая стоимость обуславливают широкое использование дифрагм. Но необходимо при выборе СУ учитывать и следующие факторы:

1) Если лимитируется потеря давления (δ р) на СУ, то при выборе СУ необходимо принимать во внимание эту потерю, определяемую по графику.

2) Потеря давления при использовании диафрагм и сопла практически одинакова.

3) У сопла Вентури δ р значительно меньше.

4) Коэффициент расхода может изменяться, т.к. отрицательные влияния оказывают местные сопротивления в трубопроводе.

5) Отношение δ р/р влияет на погрешность определения поправочного множителя на расширение ε.

Из перечисленных выше требований к выбору СУ следует, что при измерении расхода газа и пара вопрос выбора оптимального модуля СУ должен решаться путем компромисного удовлетворения противоречивых требований.

Модуль сужающего устройства

, (3.3)

где - площадь и диаметр входного отверстия СУ;

- площадь поперечного сечения потока в сечении А-А;

– диаметр трубопровода.

Коэффициент расхода

= , (3.4)

где Re - число Рейнольдса;

т – модуль сужающего устройства.

Коэффициент расхода не может быть пока точно расчитан теоретическим путем. Значения α для некоторых типов СУ определены эксперементально.

Эксперементально найденные зависимости α от числа Рейнольдса Re приведены на рисунке 3.4 для условий установившегося потока, протекающего в гладких трубах через стандартную диафрагму (а), через сопло и сопло Вентури (б).

а) б)

Рисунок 3.4 - Экспериментальные зависимости коэффициента

расхода от числа Рейнольдса и модуля СУ

Из графиков видно, что с уменьшением m уменьшается Re. Из этого следует, что при выборе малых m есть гарантия того, что в процессе измерения расхода его уменьшение не приведет к изменению выбранного значения α. Чем меньше Re, тем зависимость α =f(Re) проявляется сильнее. С увеличением Re уменьшается его влияние на коэффициент расхода.

Значение α приводятся в таблицах нормативных документов.

Указанные СУ не требуют проведения индивидуальных градуировок и называются стандартными СУ.

Стандартные СУ могут быть использованы для диаметров трубопроводов не менееD=50 мм, в противном случае увеличивается погрешность определения коэффициента расхода.