Medidores de flujo diferencial variable Consisten en dispositivos que forman un estrechamiento local en la tubería (dispositivos restrictivos) y manómetros diferenciales de presión diferencial.
El principio de funcionamiento de los dispositivos de estrechamiento es el siguiente: cuando un flujo de líquido, gas o vapor fluye a través de una sección estrecha de una tubería, parte de la energía potencial de presión se convierte en energía cinética. El caudal medio aumenta, como resultado de lo cual se crea una caída de presión en el dispositivo de constricción, cuya magnitud depende del caudal de la sustancia.
Los dispositivos de constricción se dividen en dos grupos: normalizados y no normalizados. El primer grupo incluye diafragmas, boquillas y tubos Venturi. Los diafragmas y las boquillas se instalan en tuberías circulares con un diámetro de al menos 50 mm y un tubo Venturi, en una tubería con un diámetro de al menos 100 mm.
El segundo grupo de dispositivos de restricción incluye diafragmas dobles, boquillas con perfil de 1/4 de círculo y otros dispositivos que se utilizan para medir el flujo de líquidos viscosos con diámetros de tubería pequeños.
diafragmas(Fig. 31) hay cámara A - selección de pulsos de presión mediante cámaras anulares y sin cámara B - selección de pulsos de presión mediante orificios (Tabla 13). El espesor del disco del diafragma debe ser inferior a 0,1 D (D es el diámetro pasaje condicional tubería).
Diafragmas de cámara Constan de un disco, una junta y dos cámaras anulares. Las cámaras anulares miden la presión antes y después del diafragma. El espesor del disco es de 3 mm para tuberías de diámetro D.< 150 мм и 6 мм для трубопроводов диаметром 150 < D < 400 мм.
Se pueden utilizar boquillas para tuberías con un diámetro mínimo de 50 mm. El diagrama de boquillas se muestra en la Fig. 32. Parte superior Corresponde a la selección de pulsos de presión mediante una cámara anular, la inferior: la selección se realiza mediante orificios. Se producen en pequeñas series.
El tubo Venturi tiene una sección transversal que se estrecha gradualmente y luego se expande hasta alcanzar su tamaño original. Gracias a esta forma, la pérdida de presión es menor que en diafragmas y boquillas. El tubo Venturi consta de conos de entrada y salida y una parte media cilíndrica (Fig. 33).
Un tubo Venturi se llama largo si el diámetro del cono de salida es igual al diámetro de la tubería, y corto si es menor que el diámetro de la tubería.
Los dispositivos de orificio son medios simples, económicos y confiables para medir el flujo. La característica de calibración de los dispositivos de restricción estándar se puede determinar mediante cálculo, por lo que no hay necesidad de medidores de flujo estándar. El dispositivo de restricción es individual para cada caudalímetro.
De los dispositivos de restricción enumerados, los diafragmas han encontrado el mayor uso, por lo que daremos ejemplos de cómo calcular un diafragma para medir el flujo de agua y aire húmedo (gas).
El cálculo del dispositivo de restricción consiste en determinar las dimensiones de su abertura de paso.
1. Encuentre el producto del coeficiente de flujo a y la relación entre el área de flujo de los diafragmas y el área de la tubería a:
2. Calculamos los criterios de Reynolds correspondientes a los costes estimados y mínimos:
3. Usando el producto de cien usando la gráfica (Fig.34), determinamos el valor de ay a:
4. Calcule la pérdida de presión al instalar el diafragma.
La pérdida de presión real al instalar el diafragma es menor que el valor permitido.
- Determinamos el diámetro del paso del diafragma a temperatura de funcionamiento:
6. Encuentre el diámetro del conducto a una temperatura de 20 °C:
7. Comprobamos el cálculo mediante la fórmula:
1. Determine la densidad del aire húmedo:
2. Encuentre el valor aproximado del producto de cien, tomando el coeficiente de expansión e = 1:
- Calculamos el criterio de Reynolds para el diseño y caudales mínimos de aire:
- Usando la gráfica (ver Fig. 34), determinamos los valores aproximados de a y a. Son iguales a 0,445 y 0,673, respectivamente.
- Encontramos el valor del coeficiente de expansión e en el gráfico (Fig. 36) - e = 0,975.
- Aclaremos el valor del producto a a 8 = 0,292. 0,975 = 0,287.
- Usando el producto refinado a a 8 determinamos a y a (ver Fig. 34):
El valor resultante es menos que aceptable.
- Calculamos la pérdida de presión del dispositivo de restricción (ver Fig. 35): AP d = 55%;
10. Verifique el cálculo usando la fórmula.
Mismo tipo por dispositivo manómetros de presión diferencial y se pueden utilizar dispositivos secundarios para varias condiciones mediciones.
Medidores de flujo con dispositivos de restricción son universales; se utilizan para medir el flujo de casi cualquier medio monofásico (a veces bifásico) en una amplia gama de presiones, temperaturas y diámetros de tubería.
Estándar dispositivos de constricción se puede utilizar junto con manómetros diferenciales para medir el caudal y la cantidad de líquidos, gases y vapor en tuberías redondas (en cualquier ubicación), si su cálculo, fabricación e instalación se realizan de acuerdo con GOST 8.563.1-97.
Si es necesario utilizar dispositivos de restricción en tuberías de menor diámetro, deben calibrarse individualmente, es decir, determinación experimental de la dependencia G =f(Δp).
GOST 8.563.1-97 ofrece ocho opciones para los tipos de dispositivos de restricción: diafragmas con métodos de selección de presión angular, de brida y de tres radios, boquillas ISA 1932, tubos Venturi con una parte cónica mecanizada y sin procesar, corta y larga, boquillas Venturi corto y largo. Los diafragmas estándar se utilizan cuando se cumple la condición 0,2 ≤ β ≤ 0,75, las boquillas estándar, cuando se cumple la condición 0,3 ≤ β ≤ 0,8 y las boquillas Venturi, cuando 0,3 ≤ β ≤ 0,75. El tipo específico de dispositivo de restricción se selecciona durante el cálculo dependiendo de las condiciones de uso, la precisión requerida y la pérdida de presión permitida.
Para mantener la similitud geométrica, los dispositivos de restricción deben fabricarse de acuerdo con los requisitos de GOST 8.563.1-97, que se analizan brevemente en relación con los dispositivos de restricción más comunes: los diafragmas que se muestran en la Fig. 1. Los extremos del diafragma deben ser planos y paralelos entre sí. La rugosidad del extremo dentro de D no debe ser superior a 10 -4 d, el extremo de salida debe tener una rugosidad de 0,01 mm. Si se utiliza el diafragma para medir el caudal en ambas direcciones, entonces ambos extremos deben mecanizarse con una rugosidad de no más de 10 -4 d, en este caso no hay expansión cónica y los bordes de ambos lados deben estar afilados con un Radio de curvatura no superior a 0,05 mm. Si el radio de curvatura no excede 0,0004d, entonces el factor de corrección para la falta de nitidez del borde de ataque se considera igual a uno. Para d ≥ 125 mm se cumple esta condición. La rugosidad de la superficie del agujero no debe exceder los 10 -5 d.
El espesor del diafragma E debe estar en el rango de hasta 0,05D; el espesor se determina a partir de la condición de ausencia de deformación bajo la influencia de Δр con un límite elástico conocido del material.
La longitud de la parte cilíndrica del orificio del diafragma debe estar en el rango de 0,005D a 0,02D; si el espesor excede la última cifra, entonces desde el extremo de salida se forma una superficie cónica con un ángulo de cono de 45 ± 15°.
Arroz. 1. :
a - a través de orificios separados; b - de cámaras anulares (métodos angulares); c - orificios pasantes en las bridas (método de brida con l1 = l2 = 25,4 mm, tres radios - con l1 = D y l2 = 0,5D)
Con el método angular, las presiones p1 y p2 se toman a través de orificios cilíndricos separados (Fig.1, a) o de dos cámaras anulares, cada una de las cuales está conectada a la cavidad interna de la tubería mediante una ranura anular o un grupo de orificios. distribuidos uniformemente alrededor de la circunferencia (Fig. 1, a). b). El diseño de los dispositivos de selección de diafragmas y boquillas es el mismo. Los dispositivos de orificio con cámaras anulares son más convenientes de usar, especialmente en presencia de alteraciones locales del flujo, ya que las cámaras anulares aseguran la igualación de la presión alrededor de la circunferencia de la tubería, lo que permite una medición más precisa de la caída de presión durante secciones rectas acortadas de la tubería. tubería.?
Con los métodos de selección de presión de brida y de tres radios, la caída se mide a través de orificios cilíndricos separados ubicados a una distancia en el primer caso l1 = l2 = 25,4 mm, y en el segundo l1 = D y l2 = 0,5D de los planos de el diafragma (Fig. 1, c). El coeficiente de flujo de salida C depende del método de selección de presión.
En instalación de dispositivos de restricción Es necesario cumplir con una serie de condiciones que afectan el error de medición.
Dispositivo de restricción en la tubería. debe ubicarse perpendicular al eje de la tubería. Para diafragmas, la no perpendicularidad no debe exceder 1°. El eje del dispositivo de restricción debe coincidir con el eje de la tubería.
La sección 2D de la tubería antes y después del dispositivo de restricción debe ser cilíndrica, lisa, no debe tener salientes, así como crecimientos e irregularidades visibles debido a remaches, costuras de soldadura, etc.
Una condición importante es la necesidad de garantizar un flujo constante de flujo antes y después de ingresar al orificio. Este flujo está garantizado por la presencia de tramos rectos de tubería de cierta longitud antes y después del dispositivo de restricción. En estas zonas no se deberán instalar dispositivos que puedan distorsionar la hidrodinámica del flujo a la entrada o salida del dispositivo de restricción. La longitud de estas secciones debe ser tal que las distorsiones del flujo introducidas por codos, válvulas y T puedan suavizarse antes de que el flujo se acerque al dispositivo de restricción. Debe tenerse en cuenta que las distorsiones del flujo delante del dispositivo de restricción son más significativas y mucho menos importantes detrás de él, por lo que se recomienda instalar válvulas de compuerta y válvulas, especialmente válvulas de control, después de la unidad de control. La longitud L K del tramo recto delante del dispositivo de restricción depende del diámetro relativo
El diámetro de la tubería D y el tipo de resistencia local ubicada hasta el tramo recto, L K1 /D = a k + b k sk, donde a k, b k, c k son coeficientes constantes que dependen del tipo de resistencia local. Su tamaño y valores más pequeños En la tabla se dan L K1 /D para nueve tipos de resistencias locales. 1.
Tabla 1. Longitudes relativas mínimas de la sección lineal al diafragma
nombre del local resistencia | Impares | |||||||||||
Válvula de compuerta, válvula de bola de paso igual | ||||||||||||
Tapón del grifo | ||||||||||||
Llave de paso, válvula | ||||||||||||
Apagador | ||||||||||||
Confundido | ||||||||||||
Estrechamiento agudo simétrico | ||||||||||||
Difusor | ||||||||||||
Expansión aguda simétrica | ||||||||||||
Codo simple | ||||||||||||
Se permite reducir a la mitad la longitud de la sección lineal después del sistema de control, pero en este caso el error adicional al coeficiente de escape será de ±0,5%.
Es necesario que el medio controlado llene toda la sección transversal de la tubería, y estado de fase la sustancia no debe cambiar al pasar a través del dispositivo de restricción. La condensación, el polvo, los gases o los sedimentos liberados del ambiente controlado no deben acumularse cerca del dispositivo de restricción.
El manómetro diferencial está conectado al dispositivo de restricción con dos líneas de conexión ( tubos de impulso ) con un diámetro interior de al menos 8 mm. Se permite la longitud de las líneas de conexión de hasta 50 m, sin embargo, debido a la posibilidad de grandes errores dinámicos, no se recomienda utilizar líneas de más de 15 m.
Para medir correctamente el flujo, la caída de presión en la entrada del manómetro diferencial debe ser igual a la diferencia de presión desarrollada por el dispositivo de restricción, es decir diferencia entre el dispositivo de restricción y el manómetro diferencial debe transmitirse sin distorsión.
Esto es posible si la presión creada por la columna del medio en ambos tubos de conexión es la misma. EN condiciones reales esta igualdad puede ser violada. Por ejemplo, al medir el flujo de gas, la causa de esto puede ser la acumulación de condensado en cantidades desiguales en las líneas de conexión, y al medir el flujo de líquido, por el contrario, la acumulación de burbujas de gas liberadas. Para evitar esto, las líneas de conexión deben ser verticales o inclinadas con una pendiente de al menos 1:10, y en los extremos de los tramos inclinados deben haber colectores de condensado o gas. Además, ambos tubos de impulso deben colocarse uno al lado del otro para evitar un calentamiento o enfriamiento desigual de los mismos, lo que puede provocar una densidad desigual del líquido que los llena y, por tanto, un error adicional. Al medir el flujo de vapor, es importante asegurar niveles iguales y constantes de condensado en ambos tubos de impulso, lo que se logra mediante el uso de recipientes de ecualización.
A un dispositivo de constricción se pueden conectar varios manómetros diferenciales. En este caso, se permite conectar las líneas de conexión de un manómetro diferencial a las líneas de conexión de otro.
Al medir el flujo de fluido Se recomienda instalar el manómetro diferencial debajo del dispositivo de restricción 1, lo que evita que entre gas en las líneas de conexión y el manómetro diferencial, que puede liberarse del líquido que fluye (Fig. 2, a).
Arroz. 2. Diagrama de líneas de conexión al medir el flujo de líquido con la instalación de un manómetro diferencial debajo (a) y encima (6) del dispositivo de restricción:
1 - dispositivo de constricción; 2 - válvulas de cierre; 3 - válvula de purga; 4 - colectores de gas; 5 - recipientes de separación
Para tuberías horizontales e inclinadas, las líneas de conexión deben conectarse a través de válvulas de cierre 2 a la mitad inferior de la tubería (pero no en el fondo) para evitar que entre gas o sedimentos desde la tubería. Si el manómetro diferencial todavía está instalado encima del dispositivo de restricción (Fig. 2, b), entonces en los puntos más altos de las líneas de conexión es necesario instalar colectores de gas 4 con válvulas de purga. Si la línea de conexión consta de secciones separadas (por ejemplo, al sortear un obstáculo), los colectores de gas se instalan en punto mas alto cada trama. Al instalar un manómetro diferencial sobre el dispositivo de restricción, los tubos cerca de este último se colocan con una curva conforme, descendiendo por debajo de la tubería al menos 0,7 m para reducir la posibilidad de que entre gas desde la tubería a las líneas de conexión. ¿Las líneas de conexión se purgan a través de las válvulas 3.?
Al medir el flujo de medios agresivos en líneas de conexión, instale lo más cerca posible del dispositivo de restricción. recipientes de separación 5. Las tuberías de conexión entre el recipiente de separación y el manómetro diferencial, y en parte el propio recipiente, están llenas de un líquido neutro cuya densidad es mayor que la densidad del medio agresivo que se está midiendo. El resto del vaso y los conductos hasta el orificio se llenan con un medio controlado. En consecuencia, la interfaz entre el medio controlado y el líquido de separación está dentro del recipiente y los niveles de interfaz en ambos recipientes deben ser los mismos.
El líquido de separación se selecciona de tal manera que no interactúe químicamente con el medio controlado, no se mezcle con él, no forme depósitos y no sea agresivo con el material de los recipientes, las tuberías de conexión y el manómetro diferencial. Los líquidos de separación más utilizados son agua, aceites minerales, glicerina y mezclas de agua y glicerina.
Al medir el flujo de gas Se recomienda instalar el manómetro diferencial encima del dispositivo de restricción para que el condensado formado en las líneas de conexión pueda fluir hacia la tubería (Fig. 3, a).
Arroz. 3. Diagrama de líneas de conexión al medir el flujo de gas con la instalación de un manómetro diferencial encima (a) y debajo (b) del dispositivo de restricción:
1 - dispositivo de constricción; 2 - válvulas de cierre; 5 - válvula de purga; 4 - colector de condensado
Las líneas de conexión deben conectarse a través de válvulas de cierre 2 a la mitad superior del dispositivo de restricción, es aconsejable tenderlas verticalmente. Si no es posible el tendido vertical de las líneas de conexión, entonces se deben tender con una inclinación hacia la tubería o los colectores de condensado 4. Se deben cumplir requisitos similares cuando el manómetro diferencial se encuentra debajo del dispositivo de restricción (Fig. 3, b). Al medir el flujo de gas agresivo, se deben incluir recipientes de separación en las líneas de conexión.
Al medir el flujo de vapor de agua sobrecalentada. Los conductos de conexión no aislados están llenos de condensado. El nivel de condensado y la temperatura en ambas líneas deben ser los mismos para cualquier caudal.
Para estabilizar los niveles superiores de condensado en ambas líneas de conexión, cerca del dispositivo de restricción, recipientes de condensación de compensación . El propósito de los recipientes de ecualización se puede explicar en la Fig. 4.
Arroz. 4. :
a-c - etapas de medición de la diferencia de presión
Supongamos que en ausencia de recipientes de compensación y de un cierto caudal de vapor, el nivel de condensado en ambos tubos de impulso es el mismo. A medida que aumenta el caudal en el dispositivo de restricción, la caída de presión aumenta, lo que hace que la caja de membrana inferior se comprima y la superior se estire (Fig. 4, b). Debido a los cambios en los volúmenes de las cajas, el condensado del tubo de impulso "positivo" fluirá hacia la cámara inferior "más" del manómetro diferencial, lo que conducirá a una disminución del nivel en el mismo en la cantidad h. Desde la cámara superior "menos" del manómetro diferencial, el condensado será empujado hacia el tubo de impulso y hacia la línea de vapor, pero la altura de la columna de condensado permanecerá sin cambios. La diferencia resultante en los niveles de condensado crea una diferencia de presión, que reduce la caída de presión en el dispositivo de restricción. Por lo tanto, se subestimarán las lecturas del medidor de flujo. Es fácil ver que el error absoluto de medición aumentará al aumentar los cambios en el caudal.
Obviamente, el error se puede reducir disminuyendo h. Para hacer esto, se instalan recipientes de condensación de compensación (Fig. 5) en los extremos de los tubos de impulso, cilindros de gran sección transversal ubicados horizontalmente. Dado que la sección transversal de estos recipientes es grande, el flujo de condensado que sale de ellos cambiará poco su nivel, por lo que la diferencia medida con un manómetro diferencial puede considerarse igual a la diferencia en el dispositivo de constricción.
Al medir el flujo de vapor, el manómetro diferencial debe ubicarse debajo del dispositivo de restricción 1 y los recipientes de compensación 2 (Fig. 5, a) para facilitar la eliminación del aire de las líneas de conexión.
Arroz. 5. Diagrama de líneas de conexión al medir el flujo de vapor con la instalación de un manómetro diferencial debajo (a) y encima (b) del dispositivo de restricción:
1 - dispositivo de constricción; 2 - recipientes de ecualización; 3, 4 - válvulas de cierre y purga; 5 - colector de gases
Se permite colocar el manómetro diferencial encima del dispositivo de restricción, pero en este caso es necesario instalar colectores de gas 5 (Fig.5, b), posiciones 3,4 - válvulas de cierre y purga en el punto superior de las líneas de conexión.
Conferencia
Medición del flujo de líquidos, gases.y una pareja
Pregunta número 1
información general
Al realizar mediciones relacionadas con la consideración de la cantidad de sustancia, los conceptos iniciales más importantes son cantidad de sustancia Y consumo.
La cantidad de una sustancia se puede medir en unidades de masa [kilogramo (kg), tonelada (t)] o en unidades de volumen [metro cúbico (m 3), litro (l)]. El flujo es la cantidad de sustancia que fluye a través de una sección transversal de tubería por unidad de tiempo. Según las unidades seleccionadas, se puede medir el caudal másico G M (unidades kg/s, kg/h, t/h) o el caudal volumétrico G 0 (unidades m 3 /s, l/s, m 3 /h). . Las unidades másicas y de flujo másico dan más todos los detalles sobre la cantidad o el consumo de una sustancia que las unidades de volumen, ya que el volumen de una sustancia, especialmente los gases, depende de la presión y la temperatura. Al medir caudales volumétricos de gases para obtener valores comparables, los resultados de la medición conducen a ciertas condiciones (las llamadas normales). Estas condiciones normales se consideran temperatura. t norte = = 20 °C, presión P n = 101,325 kPa (760 mm Hg) y humedad relativa φ = 0. En este caso, el flujo volumétrico se denota GRAMO norte y se expresa en unidades volumétricas (por ejemplo, m 3 / h).
De acuerdo con GOST-15528, un dispositivo de medición utilizado para medir el flujo de una sustancia se llama medidor de corriente, y un dispositivo para medir la cantidad de una sustancia - contador de cantidades(encimera). En cada caso concreto, estos términos deberán complementarse con el nombre del entorno controlado. En muchos casos, las lecturas del medidor de flujo se suman a lo largo del tiempo y se utilizan, al igual que las lecturas de los medidores, para determinar la cantidad de gas consumido, dispensado agua caliente o vapor al realizar cálculos comerciales o determinar indicadores de desempeño económico de los equipos. Esta característica del uso de caudalímetros y medidores determinó la especificidad de la estandarización de sus características metrológicas. A diferencia de los instrumentos de medición considerados, los caudalímetros y medidores en la mayoría de los casos están normalizados por el límite del error relativo principal, que puede depender del valor del caudal medido. En este sentido, para los caudalímetros se introduce el concepto de rango dinámico, dentro del cual se establece el límite del error relativo principal y que se caracteriza por la relación entre el límite superior de medición G v.p. al G inferior n.p. , G v.p. /G n.p. .
Al medir el flujo, en la mayoría de los casos se introduce un fluido de trabajo en el flujo, lo que conduce a una pérdida de presión, cuyo valor está estandarizado para los dispositivos, así como las longitudes requeridas de las secciones lineales de la tubería antes y después del flujo. metro. El último requisito está relacionado con la dependencia de las lecturas del medidor de flujo del perfil de velocidad del flujo en la tubería.
Los límites superiores para medir los caudales se seleccionan del siguiente rango: A = A· 10n, donde A- uno de los números 1; 1,25; 1,6; 2; 2,5; 3.2; 4; 5; 6.3; 8; n es un número entero positivo o negativo, incluido el cero.
Existe una amplia variedad de métodos de medición de flujo y variedades de diseño de medidores y medidores de flujo. Los tipos de caudalímetros más utilizados son: diferencial de presión variable con dispositivos de restricción; caída de presión constante; tacómetro; electromagnético; ultrasónico; vórtice; masivo. La mayoría de los caudalímetros y contadores que se producen actualmente son dispositivos basados en microprocesadores con una amplia funcionalidad. Gracias a la memoria no volátil, los valores medidos del consumo diario y mensual de sustancias se almacenan durante 1 a 3 años. Esta información se puede mostrar en la pantalla digital de los dispositivos; a su salida digital se pueden conectar PC e impresoras. Mediante varias interfaces, los medidores de flujo y medidores de microprocesador se conectan a redes informáticas locales, y la información de los dispositivos se puede transmitir a través de canales telefónicos, de radio y cables ópticos.
Se llevan a cabo varias opciones para transmitir y recibir información digital de medidores de flujo y medidores utilizando dispositivos de interfaz: adaptadores, módems. Algunos tipos de caudalímetros son autoalimentados a partir de baterías y acumuladores, lo que permite su instalación en lugares donde no existe red eléctrica o donde hay cortes de energía.
Pregunta número 2
Medición de flujo diferencial de líquidos, gases y vapor.presiónen un dispositivo de constricción
Fundamentos de la teoría de la medición de flujo diferencial.presiónen estrechamientodispositivos Este método de medición del flujo se basa en la dependencia de la caída de presión en un dispositivo de restricción estacionario (SU) instalado en la tubería del caudal del medio medido. Este dispositivo debe considerarse como un transductor de flujo primario. La diferencia de presión creada en el dispositivo de restricción se mide mediante un manómetro diferencial, que se puede indicar con una escala en unidades de flujo. Si es necesario transmitir lecturas de forma remota, el manómetro diferencial está equipado con un convertidor, que está conectado mediante una línea de comunicación a un dispositivo secundario y otros dispositivos. El método de medición de flujo es el más maduro; los dispositivos de restricción y los manómetros diferenciales para ellos son producidos por todas las empresas fabricantes de instrumentos más grandes del mundo. Este método se utiliza principalmente para medir el flujo de vapor, gas y líquidos en tuberías con un diámetro superior a 300 mm.
El principio de medición bajo consideración es que a medida que el flujo fluye a través del orificio del dispositivo de restricción, la velocidad del flujo aumenta en comparación con la velocidad antes de la restricción. Un aumento de la velocidad y, por tanto, de la energía cinética, provoca una disminución de la energía potencial y, en consecuencia, de la presión estática. El caudal se puede determinar con una característica de calibración conocida basada en la caída de presión Δ R en el dispositivo de constricción medido con un manómetro diferencial. La utilización del método de medición en cuestión requiere el cumplimiento de determinadas condiciones:
la naturaleza del movimiento del flujo antes y después del dispositivo de restricción debe ser turbulenta y estacionaria;
el flujo debe llenar completamente toda la sección transversal de la tubería;
el estado de fase del flujo no debe cambiar a medida que pasa a través del dispositivo de restricción (el vapor está sobrecalentado y para él son válidas todas las disposiciones relativas a la medición del flujo de gas);
no se formen sedimentos u otros tipos de contaminantes en la cavidad interna de la tubería antes y después del dispositivo de restricción;
No se forman depósitos en las superficies del dispositivo de constricción, cambiando su geometría.
Los dispositivos de estrechamiento se dividen convencionalmente en estándar, especiales y no estándar. Estándar se denominan dispositivos de restricción que están diseñados, fabricados e instalados de acuerdo con el documento reglamentario vigente GOST 8.569.1-97. al numero especial Estos incluyen diafragmas estándar para tuberías con un diámetro interior inferior a 50 mm. Los dispositivos de constricción que no pertenecen a estos dos grupos se denominan no estándar. Las características de calibración de los dispositivos restrictivos estándar se determinan mediante cálculos sin calibración individual. Este punto ha llevado al uso generalizado de este método para medir el flujo de agua, vapor y gas en tuberías de gran diámetro. Las características de calibración de los dispositivos de estrechamiento no estándar se determinan como resultado de una calibración individual.
Este método tiene las siguientes desventajas:
Rango dinámico estrecho, que no excede de tres a cinco cuando se utiliza un manómetro diferencial;
El diámetro de la tubería debe ser superior a 50 mm; de lo contrario, se requiere una calibración individual;
longitudes significativas de secciones lineales;
Presencia de pérdida de presión.
Como estándar Los dispositivos de estrechamiento para medir el flujo de líquidos, gases y vapor utilizan diafragmas, boquillas y, mucho menos frecuentemente, tubos y boquillas Venturi. Diafragma(Fig. 12.1, a) es un disco delgado con un orificio redondo, cuyo eje se encuentra a lo largo del eje de la tubería. La parte frontal (entrada) del orificio tiene forma cilíndrica y luego se convierte en una extensión cónica. El borde anterior del orificio debe ser rectangular (afilado) sin redondeos ni rebabas. El rango de números de operación Re depende del diámetro relativo de la válvula de control y para un diafragma varía desde ".
Boquilla(Fig. 12.1, b) tiene una parte de entrada perfilada, que luego se convierte en una sección cilíndrica con un diámetro d (su valor está incluido en las ecuaciones de flujo). La parte del extremo trasero de la boquilla incluye un hueco cilíndrico con un diámetro mayor d, para proteger el borde de salida de la parte cilíndrica de la boquilla contra daños. Al medir el caudal, se instalan boquillas estándar en tuberías con un diámetro de al menos 50 mm, los números Re del caudal deben ser 2 · 10 4 ... 10 7.
Arroz. 12.1. Dispositivos de constricción estándar: a - diafragma; b - boquilla; c - Boquilla Venturi
Boquilla venturi(el esquema se muestra en la Fig. 12.1, V) Contiene una parte de entrada con un perfil de boquilla que se transforma en una parte cilíndrica y un cono de salida (puede ser largo o corto). El diámetro mínimo de tubería para boquillas Venturi estándar es de 65 mm. Se utilizan en el rango de números Re de 1,5 · 10 5 a 2 · 10 6. En la Fig. 12,1 caracteres pag 1 Y R 2 Los puntos de muestreo de presión suministrados al manómetro diferencial están marcados.
Consideremos el movimiento de un flujo de fluido incompresible a través de un dispositivo de constricción usando el ejemplo de un diafragma (figura 12.2). La figura muestra el perfil del flujo que pasa a través del diafragma, así como la distribución de presión a lo largo de la pared de la tubería (línea continua) y a lo largo del eje de la tubería (línea de puntos y trazos). Después de la sección A el chorro se estrecha y, en consecuencia, aumenta la velocidad media del flujo. Debido a la inercia, el chorro continúa estrechándose a cierta distancia después del diafragma; el lugar de mayor estrechamiento se encuentra en la sección EN. Aumento de velocidad en el tramo. AB acompañado de una disminución de la presión estática desde el valor inicial R A al valor mínimo R b .
Después de la sección EN el chorro comienza a expandirse y termina en la sección CON. Este proceso va acompañado de una disminución de la velocidad y un aumento de la presión estática. en sección transversal CON la velocidad tomará su valor original (como en la sección A), pero la presión R Con será menor que el original R PAG , llamada pérdida de presión en el orificio. La presencia de pérdida de presión es causada por la pérdida de energía del flujo en las zonas muertas ubicadas antes y detrás del diafragma debido a la fuerte formación de vórtices en ellas. Para determinar la relación general entre el caudal y la caída de presión, asumimos que el líquido es incompresible (es decir, la densidad del líquido no cambia al pasar a través de un dispositivo de restricción), no hay intercambio de calor con el medio ambiente, la tubería está horizontal, no hay pérdidas debido a la resistencia del sistema de control y el campo de velocidades es uniforme.
Arroz. 12.2. Patrón de flujo y distribución de presión estática al instalar un diafragma en una tubería
La ecuación para mantener un flujo másico constante (continuidad) para un fluido incompresible, escrita para la sección A y en la salida del diafragma, tiene la forma:
Dónde tu D - velocidad inicial del flujo en la tubería;
tu d - caudal en el orificio de control;
p es la densidad del medio;
G m - flujo másico.
La ecuación de Bernoulli escrita para estas secciones, que expresa la ley de conservación de la energía para el flujo en una tubería, tiene la forma:
Designemos de acuerdo con GOST 8569.2-97 relativodiámetro Anteriormente, el cuadrado de esta relación se llamaba área relativa o módulo. t SU. Usando (12.1), podemos escribir
luego sustituyendo el valor tu D en (12.2), obtenemos:
Magnitud mi= 1/(1 - β 4) 0,5 se llama coeficiente de velocidadentrada,F - sección transversal mínima de la unidad de control. El caudal másico calculado utilizando la expresión (12.3) está sobreestimado debido a la mayor caída de presión a través de la unidad de control causada por la desaceleración del flujo y la turbulencia en la entrada y salida de la unidad de control. En este sentido, se introduce la ecuación (12.3) coeficiente de vencimientoCON, menos que uno.
El cálculo del flujo másico para medios incompresibles se realiza según la expresión
(12.4)
volumétrico
trabajo anterior SE fue llamado coeficiente de flujoα.
Las fórmulas (12.4), (12.5) son válidas para fluidos incompresibles. Al medir el flujo de gas, vapor y aire, su densidad después de la unidad de control disminuye y el volumen aumenta. En este caso se obtiene un valor sobreestimado de la caída, y por tanto del caudal; para compensar este efecto se introduce en las fórmulas (11.4), (11.5) un coeficiente ε, que es menor que la unidad y se denomina Coeficiente de expansión. Por tanto, las relaciones calculadas para el flujo másico y volumétrico de medios compresibles tienen la forma
(12.6)
volumétrico
(12.7)
Las expresiones (12.6), (12.7) son las ecuaciones de flujo básicas, adecuadas para medios compresibles e incompresibles, para este último ε = 1. Al determinar el caudal a partir de estas ecuaciones, F, R, R, GRAMO metro , GRAMO 0 respectivamente tienen las siguientes dimensiones: m 2, Pa, kg/m 3, kg/s, m 3/s. Los diseños existentes de dispositivos de restricción proporcionan valores casi constantes del coeficiente de escape solo en un rango limitado de cambios en los números de Reynolds (Re = uD/ v, Dónde v- viscosidad cinemática).
Valores CON y e se determinaron como resultado de estudios experimentales realizados en tuberías con una superficie interna lisa con una distribución de velocidades de flujo en la sección transversal de la tubería correspondiente al régimen de flujo turbulento en estado estacionario. En los experimentos se utilizaron diafragmas con un borde de entrada afilado.
Para sistemas de control geométricamente similares con similitud hidrodinámica de flujos del medio medido, los valores CON son lo mismo. La similitud geométrica del sistema de control consiste en la igualdad de las relaciones entre las dimensiones geométricas del sistema de control y el diámetro de la tubería. La similitud hidrodinámica de los flujos ocurre cuando los números de Re son iguales. Los valores del coeficiente de flujo de salida se han determinado en muchos países del mundo utilizando instalaciones de medición de flujo ejemplares basadas en mediciones de masa. GRAMO metro o el volumen de sustancia G 0 que fluye a través del sistema de control durante un intervalo de tiempo fijo. Coeficiente CON calculado a partir de estos datos como la relación entre el caudal real y el teórico, calculado a partir de la caída de presión en la unidad de control
Experimentalmente, el coeficiente de expansión e se determina en un medio comprimible como la relación entre los coeficientes de salida de un medio comprimible e incompresible en valores conocidos.
Dado que se utilizan programas informáticos para calcular los dispositivos de restricción, los valores obtenidos experimentalmente CON, ε se describen empíricamente. Coeficiente CON expresado a través de dos componentes: C = C_K Re. El coeficiente C_ depende sólo de B, y K Re cambia con los cambios en Re. Para diafragma con toma de presión angular
(12.8) y (12.9)
Gráficos de dependencia SE= /(Re, (3) para diafragmas con selección de presión angular, ya que para diafragmas K Re depende del método de selección de presión se presentan en la Fig. 12.3 y la Tabla 12.1. La magnitud de los cambios en K Re en la región de los números de trabajo Re también depende de ello: si estos cambios para diafragmas con toma de presión angular en β = 0,27...0,8 son 0,5...5%, respectivamente, entonces con tomas de presión bridadas los cambios son sólo 0,3...2%. Re varía dentro de los mismos límites para boquillas y para boquillas Venturi en el rango operativo de números Re CON permanece constante.
Factor de corrección ε en vista general depende de β, el exponente adiabático æ y la relación Δ r/r (r- presión absoluta del medio hasta el dispositivo de restricción). La relación calculada para ε está determinada por el tipo de dispositivo de restricción y para el diafragma, independientemente del método de selección de presión.
Arroz. 12.3. Adiccion SE para diafragmas con selección angular de Re y β:
1 ÷ 4 - β = 0,2; 0,4; 0,6; 0,8
Tabla 12.1
Tabla de factores de velocidad de entrada mi y vencimiento CON para membranas con método de toma de presión angular
Así, existe una relación cuadrática entre el caudal y la caída de presión en el dispositivo de restricción, lo que permite manómetros diferenciales que miden la caída de presión. 
calibrar en unidades de flujo u obtener una señal de salida proporcional al flujo. Estos manómetros diferenciales se denominan manómetros diferenciales-medidores de flujo. Para obtener una escala uniforme del caudalímetro, se incluyen varios tipos de dispositivos que extraen la raíz cuadrada en el circuito cinemático o electrónico de los manómetros diferenciales o instrumentos secundarios. En los manómetros diferenciales con microprocesador, además de la extracción de raíces, se realiza un conjunto de operaciones de cálculo que tienen en cuenta cambios en la densidad del medio, coeficiente de expansión, etc.
La necesidad de extraer la raíz cuadrada es una de las desventajas del método de medición del flujo por presión diferencial, lo que provoca un rango de medición estrecho del medidor de flujo, que generalmente cubre el intervalo 30... 100% del flujo máximo medido G v.p. Esto significa que no se recomienda utilizar un medidor de flujo para medir caudales en el rango de 0...30% de su escala, ya que aquí no se garantiza una precisión de medición suficiente. Esto se debe a que al principio de la escala el error relativo en la medición de la caída de presión aumenta bruscamente, de hecho, cuando el caudal disminuye de, por ejemplo, a 0,25 G pulg. p.de acuerdo con (12.7), la caída de presión en el dispositivo de restricción disminuirá 16 veces, y con el caudal, 100 veces, el error relativo al medir la diferencia también aumenta 16 y 100 veces, respectivamente. La precisión del caudalímetro normalmente sólo está garantizada dentro del rango de escala del 30 ... 100%.
La rugosidad real de la tubería agudiza el perfil de velocidad y aumenta ligeramente el coeficiente de flujo de salida, especialmente para diámetros de tubería pequeños. Esto se tiene en cuenta multiplicando el coeficiente de caudal inicial por el factor de corrección Kw. Para todos los tipos de dispositivos de restricción, el valor de Ksh aumenta al aumentar o disminuir el diámetro de la tubería. Diámetro de las tuberías D > 300 mm tienen una rugosidad relativa baja (es decir, sus propiedades son casi suaves), por lo tanto, para ellos Ksh = 1.
Cambiar CON, causado por el embotamiento del borde de entrada del diafragma, se tiene en cuenta introduciendo un factor de corrección K p para el embotamiento del borde de entrada, cuyo valor depende del diámetro de la tubería y del área relativa de el diafragma. El valor de Kp disminuye al aumentar el diámetro de la tubería y en pequeñas D y valores grandes de β para diafragmas, el producto K w ·K p puede exceder el valor de 1,03, y durante el funcionamiento este valor cambia. Así, cuando la tubería está contaminada y corroída, el valor de Kj cambia, y en el caso de los diafragmas esta influencia es más pronunciada que en el caso de las boquillas. Pueden producirse errores aún mayores cuando el dispositivo de restricción se corroe o cambia su perfil debido a las propiedades abrasivas del medio, y esto también es más pronunciado en las membranas que en las boquillas. Por estas razones, los dispositivos de restricción deben estar fabricados de un material duro y resistente a la corrosión.
Así, las ecuaciones generales de flujo, teniendo en cuenta las condiciones específicas de funcionamiento de los diafragmas, tienen la forma:
volumétrico
En las ecuaciones de flujo para boquillas y tubos Venturi, el coeficiente K p está ausente, es decir K = 1. Al indicar manómetros de presión diferencial: medidores de flujo e instrumentos secundarios que no tienen calculadoras, se supone que todas las cantidades incluidas en (12.11), (12.12) son constantes. En caso de flujo másico
Y 
en caso de volumétrico
En condiciones de funcionamiento, p puede cambiar, afectando los coeficientes. k metro , k 0 y características de calibración. Generalmente se observa un cambio significativo en la densidad del medio con cambios en la temperatura y presión del gas. Si un cambio en la densidad del medio va acompañado de un cambio en e, entonces, en este caso, las lecturas del medidor de flujo másico deben multiplicarse por un factor
Para obtener resultados de medición comparables, el caudal volumétrico de gas o vapor se lleva a condiciones estándar.
Los dispositivos que miden el flujo de una sustancia se llaman Medidores de flujo. Los instrumentos que miden la cantidad de sustancia que fluye a través de una sección determinada de una tubería durante un período de tiempo determinado se denominan contadores de cantidad. En este caso, la cantidad de sustancia se determina como la diferencia entre dos lecturas consecutivas del medidor al principio y al final de este período de tiempo. Las lecturas de los medidores se expresan en unidades de volumen y, con menos frecuencia, en unidades de masa. Un dispositivo que mide simultáneamente el flujo y la cantidad de una sustancia se llama caudalímetro con contador. El caudalímetro mide el caudal actual y el contador integra los caudales actuales.
EN Últimamente La frontera entre contadores y caudalímetros prácticamente desaparece. Los medidores de flujo están equipados con medios para determinar la cantidad de líquido o gas, y medidores con medios para determinar el flujo, lo que permite combinar medidores y medidores de flujo en un grupo de dispositivos: medidores de flujo.
Un dispositivo (membrana, boquilla, tubo de presión) que percibe directamente el caudal medido y lo convierte en otra cantidad conveniente para la medición (por ejemplo, en una diferencia de presión) se llama convertidor de flujo.
El principio de funcionamiento de los caudalímetros de este grupo se basa en la dependencia de la caída de presión creada por un dispositivo estacionario instalado en la tubería del caudal de la sustancia.
Al medir el flujo utilizando el método de caída de presión variable en una tubería a través de la cual fluye el medio, establezca dispositivo de constricción(SU), creando un estrechamiento local del flujo. Debido a la transición de parte de la energía potencial del flujo a energía cinética, aumenta la velocidad promedio del flujo en la sección estrechada. Como resultado, la presión estática en esta sección se vuelve menor que la presión estática frente a la unidad de control. Cuanto mayor es el caudal del medio que fluye, mayor es la diferencia de estas presiones y, por tanto, puede servir medida del consumo. Caída de presión en la unidad de control (Fig. 78, A) es igual
¿Dónde está la presión en la entrada del dispositivo de restricción? - presión en la salida.
Es posible medir el caudal de una sustancia mediante el método de diferencial de presión variable sujeto a las siguientes condiciones:
1) el flujo de sustancia llena toda la sección transversal de la tubería;
2) el flujo de sustancia en la tubería es prácticamente constante;
3) el estado de fase de la sustancia que fluye a través del GC no cambia (el líquido no se evapora; los gases disueltos en el líquido no se desorben; el vapor no se condensa).
Arroz. 5.78. Caudalímetros de presión diferencial variable:
A— estructura del flujo que pasa a través del diafragma; b - distribución de presión estática R cerca del diafragma a lo largo de la tubería; / - dispositivo de constricción (diafragma); 2 — tubos de impulso; 3 — -manómetro diferencial en forma; - sección transversal del flujo de materia en la que no afecta la influencia perturbadora del diafragma; — sección transversal del flujo de materia en el lugar de su mayor compresión; c - boquilla; GRAMO- Boquilla venturi
Los dispositivos de orificio estándar se utilizan ampliamente como dispositivos de orificio para medir el flujo de líquidos, gases y vapor. Estos incluyen el diafragma estándar, la boquilla ISA 1932, el tubo Venturi y la boquilla Venturi.
Boquilla ISA 1932 (en adelante, boquilla) es una unidad de control con un orificio redondo, que tiene una sección suavemente ahusada en la entrada con un perfil formado por dos arcos acoplados, que se convierte en una sección cilíndrica en la salida, llamada cuello ( Figura 78, V).
tubo de flujo venturi(en adelante, tubo Venturi) es una unidad de control con un orificio redondo, que tiene una sección cónica que se estrecha en la entrada, convirtiéndose en una sección cilíndrica, conectada en la salida a una parte cónica en expansión, llamada difusor.
venturi- Tubo Venturi con sección de entrada cónica en forma de boquilla ISA 1932 (Fig. 78, GRAMO).
Estos medios más estudiados para medir el flujo y la cantidad de líquidos, gases y vapor se pueden utilizar a cualquier presión y temperatura del medio medido.
Instalamos el diafragma en la tubería de modo que el centro de su orificio quede en el eje de la tubería (Fig.78, A). El estrechamiento del flujo de materia comienza antes del diafragma; a cierta distancia detrás del diafragma, el flujo alcanza su sección transversal mínima. Luego, el flujo se expande gradualmente hasta su sección transversal completa. En la Fig. 78, b muestra la distribución de presión a lo largo de la pared de la tubería (línea continua), así como la distribución de presión a lo largo del eje de la tubería (línea de puntos y guiones). La presión del flujo cerca de las paredes de la tubería después del SS no alcanza su valor anterior por la cantidad de pérdidas irrecuperables causadas por la turbulencia, el impacto y la fricción (se gasta una parte importante de la energía).
Es posible tomar muestras de presiones estáticas mediante tubos de impulso conectados 2, insertado en los orificios ubicados antes y después del diafragma / (Fig. 78, A), y medir la presión diferencial es posible utilizando algún tipo de medidor de presión diferencial (en en este caso manómetro diferencial en forma de 3).
Boquilla (Fig.78, V) Está fabricado estructuralmente en forma de boquilla con un orificio concéntrico redondo, que tiene una parte suavemente ahusada en la entrada y una parte desarrollada en la salida. El perfil de la boquilla asegura una compresión casi completa del flujo de sustancia y, por lo tanto, el área de la abertura cilíndrica de la boquilla se puede tomar igual a sección transversal mínima flujo, es decir La naturaleza de la distribución de la presión estática en la boquilla a lo largo de la tubería es la misma que la del diafragma. La selección de presión es la misma tanto antes como después de la boquilla, como ocurre con el diafragma.
Boquilla Venturi (Fig. 78, GRAMO) estructuralmente consta de una sección de entrada cilíndrica; una parte que se estrecha suavemente y se convierte en una sección cilíndrica corta; de una parte cónica en expansión: un difusor. La boquilla Venturi, gracias al difusor, tiene menos pérdida de presión que el diafragma y la boquilla. La naturaleza de la distribución de presión estática en la boquilla Venturi a lo largo de la tubería es la misma que la del diafragma y la boquilla. La presión se elimina mediante dos cámaras anulares, cada una de las cuales está conectada a la cavidad interna de la boquilla Venturi mediante un grupo de orificios espaciados uniformemente alrededor de la circunferencia.
Ahora la ecuación de flujo volumétrico para un fluido incompresible toma la forma:
Teniendo en cuenta la introducción del factor de corrección e, que tiene en cuenta la expansión del medio medido, finalmente reescribimos la ecuación:
Para un líquido incompresible, el factor de corrección e es igual a uno; al medir el caudal de medios comprimibles (gas, vapor), el factor de corrección se determina mediante nomogramas especiales.
El cálculo de medidores de flujo diferencial de presión variable se reduce a determinar el diámetro del orificio y otras dimensiones de la boquilla o diafragma, el coeficiente de flujo, el rango de medición dinámico determinado por los números de Reynolds, la caída de presión y la pérdida de presión en el orificio, la corrección factor de expansión, así como el error en la medición del flujo de gas. Para el cálculo se tienen en cuenta los caudales máximo (límite), promedio y mínimo, rangos de cambios en la presión y temperatura del gas, diámetro interno y material de la tubería de medición, composición del gas o su densidad en condiciones normales, pérdida de presión permitida o caída de presión máxima. Se deberá especificar el caudal correspondiente al caudal máximo, así como la presión barométrica media en el lugar de instalación del medidor de presión diferencial-caudalímetro.
Método de cálculo. Antes de comenzar el cálculo, seleccionamos los tipos y clases de precisión del manómetro-caudalímetro diferencial, manómetro y termómetro. El cálculo se realiza de la siguiente manera.
1. Definir redondeado a tres personajes importantes coeficiente auxiliar CON al sustituir el valor del flujo máximo (límite) en él Q n. etc., temperatura y presión, densidad del gas en condiciones normales. ρ norte, coeficiente de compresibilidad z y diámetro de la tubería de medición D:
Con el valor encontrado de C, son posibles dos tipos de cálculos: basado en una caída de presión dada o basado en pérdidas de presión dadas. Si se establece la caída de presión límite Δ r pr, luego según el nomograma Fig. 8.11 determinamos el estrechamiento relativo preliminar m (módulo) del dispositivo de estrechamiento de acuerdo con el coeficiente encontrado CON y una caída de presión máxima dada a través del dispositivo de restricción Δ r pr, . Valor de módulo preliminar encontrado metro sustituir en la fórmula por definición tα y calcular el coeficiente de flujo preliminar. α .
2. Calculamos el coeficiente auxiliar con una precisión de cuatro cifras significativas. ma
Dónde ε - factor de corrección de la expansión del gas para la caída de presión límite superior del manómetro diferencial Δ r pr , ; Δ r pr, - límite superior de caída de presión a través del dispositivo de restricción, kgf/m 2.
3. Determine el valor refinado del módulo m con una precisión de cuatro cifras significativas utilizando la fórmula
m = mα/α.
4. Según el valor del módulo especificado metro encontramos el nuevo valor del factor de corrección de expansión y calculamos la diferencia entre
valor calculado originalmente ε y aclarado. Si esta diferencia no excede 0,0005, entonces los valores calculados metro Y ε se consideran definitivas.
5. Determinar el diámetro. d agujeros de apertura con el finalmente seleccionado metro
6. Valores encontrados de coeficientes de flujo. α , factor de corrección de expansión ε , diámetro d aperturas de apertura, así como Δ r pr, página 1, T 1, pH Y z Lo utilizamos para determinar el consumo de gas y comprobar el cálculo del consumo máximo de gas. Q n. etc.. Valor recibido Q n. etc.. no debe diferir del valor especificado en más del 0,2%. Si el valor encontrado del caudal máximo de gas difiere del valor especificado en más del 0,2%, entonces el cálculo se repite hasta que se obtenga el error requerido en el cálculo del caudal máximo de gas y los parámetros del diafragma.
7. Determinar nuevos valores de módulo actualizados metro, diámetro d Aberturas del diafragma, así como coeficiente de flujo. α y recalcular. Si el valor calculado ajustado del consumo máximo de gas no difiere del valor especificado en más del 0,2%, entonces los valores ajustados metro, d Y α , se registran en la hoja de cálculo del dispositivo de restricción.
8. Calcule los números de Reynolds mínimo y máximo y compare el número de Reynolds mínimo con los valores límite.
9. Determinar el grosor del diafragma. mi, ancho de la parte cilíndrica del diafragma e c, ancho de la ranura anular Con, así como las dimensiones de las cámaras anulares. a Y b.
10. Seleccione las longitudes de los tramos rectos de las tuberías de medición antes y después del diafragma.
11. Calcular el error en la medición del flujo.
Los datos obtenidos se registran en la hoja de cálculo del dispositivo de restricción y son la base para su fabricación e instalación.
Ejemplo 9.3.3. Consideremos calcular la apertura con los siguientes datos iniciales. Entorno medido - natural gas hidrocarburo con densidad en condiciones normales ρ norte= 0,727 kg/m3. El caudal de gas más alto medido (límite), reducido a condiciones normales, P n.a.= 100000 m 3 /h, promedio Q n.sr.=60000 m 3 /h, mínimo, Q n. mín.=30000m3/h. Temperatura del gas antes del dispositivo de restricción. T 1=278 K. Presión de gas excesiva delante del dispositivo de restricción r 1 izb= 1,2 MPa = 12 kgf/cm2. Caída de presión máxima a través del dispositivo de restricción (diafragma) Δ p pr=2500 kgf/m2 =0,25 kgf/cm2. Presión barométrica promedio rb=0,1 MPa = 1 kgf/cm2. Diámetro interior de la tubería delante del diafragma. D= 400 mm. Viscosidad del gas en condiciones de funcionamiento. μ =1,13·10 -6 kgf·s/m2.
Delante del diafragma hay resistencias locales en forma de un colector de entrada con dos codos ubicados en diferentes planos y una válvula de cierre de entrada. 3a el manguito del termómetro y la válvula de salida se instalan con un diafragma. Error permitido por no tener en cuenta las longitudes de los tramos rectos antes y después del diafragma δαL no debe exceder el 0,3%. La selección de presión del diafragma es angular. Dentro de un tramo recto de la tubería de medición a distancia yo=2 m hay un saliente de la unión de tuberías con una altura h= 1 milímetro. Excentricidad del eje del orificio del diafragma y de la tubería de medición. mi= 2 milímetros.
Errores dados δpp Y δ pc Los planímetros proporcional y raíz son iguales y no superan el 0,5%. Errores absolutos en el curso de los diagramas de manómetro diferencial, manómetro y termómetro Δ. τ Δр, Δ τ Δр, Δ τ r y Δ τ T no exceda los 2 minutos.
Procedimiento de cálculo
1. Como dispositivo de estrechamiento, seleccione un diafragma (Fig. 9.10, a) de de acero inoxidable marca X17. Como dispositivo de medición secundario se seleccionó un manómetro diferencial con registrador de fuelle tipo DSS-734 de clase de precisión 1,5 con una caída de presión máxima Δ. r pr= 2500 kgf/m2, con un registro de presión adicional de clase de precisión 1,0 con presión máxima r pr= 25 kgf/cm2. Para registrar la temperatura del gas se seleccionó un termómetro manómetro con registro automático del tipo TZh, clase de precisión 1,0, con un límite de medición de -50 a 50 °C.
2. Determine la presión absoluta del gas frente al dispositivo de restricción usando la fórmula:
página 1 = pag 1 gramo+pb= 1,2+0,1 = 1,3 MPa = 13 kgf/cm2
3. Cuando ρ norte=0,727 kg/m3 coeficiente de compresibilidad gas natural será 0,974.
4. Determinar el coeficiente auxiliar. CON según la fórmula:
5. Con un coeficiente conocido CON=11.530 y caída de presión máxima Δ r pr= 2500 kgf/m 2 según un fragmento del nomograma, Fig. 9.11, determine el valor numérico del módulo de diafragma metro y pérdida de presión irreversible a través del diafragma rp.
Para obtener el valor del módulo t y la pérdida de presión. rp poner en el eje de abscisas del nomograma CON=11.530 y restablecer la perpendicular a la intersección en el punto A con la curva 1, correspondiente a la máxima caída de presión Δ r pr=2500 kgf/m2. La recta inclinada 2 que pasa por el punto A corresponde al valor del módulo de apertura deseado metro=0,356. Dibujando una línea recta horizontal desde el punto A hasta que se cruza con el eje de ordenadas, obtenemos el valor de la pérdida de presión irreversible. rp en el diafragma, igual a 0,16 kgf/cm 2.
6. Calcule el número de Reynolds mínimo. re min, correspondiente al flujo mínimo de gas Q n. mín.=30000 m 3 /h, es decir
re min = 0,0361 Q n. min ρн/(Dμ m ah) = 0,0361·30000 ×
× 0,727/(400·1,13·10 -6) = 1,74·10 6.
Este valor del número de Reynolds mínimo satisface la condición.
Arroz. 9.11. Fragmento del nomograma para CON=F(Δ p pr, t, rp).
8. Determinar el valor del coeficiente adiabático. X bajo condiciones de trabajo página 1= 13 kgf/cm 2 y t=278K:
X= 1,29 + 0,704·10 -6 ð 1 = 1,29 +
0,704·10-6·13 = 1,29 + 0,088 = 1,378.
9. Calculemos el valor preliminar del factor de corrección para expansiones. ε con un conocido significado preliminar módulo metro=0,356, coeficiente adiabático X= 1,378, caída de presión límite Δ r pr=0,25 kgf/cm 2 y presión página 1= 13 kgf/cm2:
ε = 1 - (0,41 + 0,35m2) Δ r pr /(X P 1) = 1 - (0,41 + 0,35 0,356 2) ×
× 0,25/(1,378 13) = 1 - 0,454 0,0140 = 0,99.
10. Calcular el coeficiente auxiliar. ma en CON = 11,530, ε =0,99 y Δ r pr=2500 kgf/m2:
ma= C/( ε ) = 11,530/(0,99 ) = 0,2329.
11. Determinar el valor refinado del módulo. metro en ma=0,2329 y α =0,6466:
metro = mα/α= 0,2329/0,6466 = 0,36.
12. Con un nuevo valor actualizado metro=0,36 coeficiente de flujo α es igual
α = (1/ ) (0,5959 + 0,0312·0,36 1,05 -0,1840·0,36 4 +
0,0029·0,36 1,25 0,75 ) = 1,0715(0,5959 + 0,01067 -
0,00309 + 0,0001324) = 0,6468.
13. cuando metro=0,36 diámetro del orificio del diafragma
d= = 400 = 240 milímetros.
14. Sustituya los valores encontrados en la fórmula. d=240 milímetros, α =0,6468, ε = 0,99, Δ r pr=2500 kgf/m2, página 1= 13 kgf/cm2, T 1= 278K, ρ norte=0,727 kg/m 3 y z=0,974:
Q n.d.= 0,2109αεd 2 = 0,2109 0,6468 0,99 240 2 ×
× = 7778,64 12,85 = 99955,6 m3/h.
15. Encuentre el error al calcular el flujo máximo de gas Δ q según la fórmula:
Error de cálculo Δ q =0,04 % <0,2 %, что вполне допустимо. Здесь cálculo de q- valor calculado actualizado del flujo de gas máximo (límite), m 3 /h. Dado que un error de cálculo del 0,04 % es bastante aceptable, finalmente aceptamos los siguientes parámetros de la membrana de medición. Diámetro del orificio del diafragma d=240 mm, coeficiente de flujo α =0.6468 y módulo metro=0,36.
16. Calcule el número de Reynolds máximo. re máx, correspondiente al flujo de gas máximo (máximo) Q n.d.= 100000 m 3 /h:
remax = 0,0361Q n.pr ρ n/(Dμ) = 0,0361·100000×
×0,727/(400·1,13·10 -6) =2,64·10 6.
17. Aceptamos el espesor del disco del diafragma. mi=0,05 D.Entonces mi=0,05-400=20 mm. El ancho de la parte cilíndrica del orificio del diafragma. e c(arroz.
9.10, a), que luego pasa a la parte de salida cónica, se selecciona de la relación 0,005 D 0,02 D. habiendo aceptado e c=0,02 D, lo entendemos e c=0,02∙400=8 mm. Ángulo de bisel de la parte cónica de salida del diafragma. q no debe ser inferior a 30 ni superior a 45°. Aceptamos el ángulo de bisel.
18. Ancho de la ranura anular C, conectando las cámaras de muestreo de presión a la tubería, no debe exceder 0,03 D en t≤ 0,45. En este caso
19. Dimensiones de las secciones transversales de las cámaras de los grifos de presión. a Y b seleccione de la condición:
habiendo aceptado b = 1,5a, lo entendemos A≥ 70,8 mm, y b ≥ 1,5A≥mm. Espesor h las paredes del cuerpo de la cámara deben tener al menos 2 Con, es decir.
20. Determine las longitudes de los tramos rectos de la tubería de medición delante del diafragma. l 1 y L 2 y después del diafragma yo 1 Y yo 2 basado en un error dado. Delante del diafragma, según el estado, se encuentran dos resistencias locales. El más alejado del diafragma es el tubo de entrada con dos codos ubicados en diferentes planos, y el más cercano al diafragma es la válvula de entrada. Detrás de la membrana se encuentra un manguito termométrico y una válvula de salida. Determinando la distancia mínima L2/D entre el tubo de entrada con un grupo de codos situados en distintos planos y el grifo de entrada. Con la ubicación indicada de las resistencias locales, obtenemos que L2/D= 30. cuando D=400 milímetros = 0,4 metros
.
Distancia minima L2/D entre la válvula de entrada y el diafragma, con el módulo metro=0,36 y error especificado δ a L= 0,3% es igual a 20. Cuando L2/D =20
Distancia yo 1 desde el extremo de salida del diafragma hasta la manga del termómetro debe haber más de 2 D, es decir.
Determinando la distancia mínima yo 2 desde el extremo de salida del diafragma hasta la válvula de salida. En metro =0,36
Teniendo en cuenta los cálculos realizados, las longitudes de los tramos rectos de la tubería de medición (Fig. 9.10, a) tienen las siguientes dimensiones: l 1 = 8 metros, L 2=12 metros, yo 1= 0,8 m y yo 2= 2,8 metros.
Cálculo del error de medición del flujo de gas.. Para calcular el error al medir el flujo de gas seco, anotamos los datos iniciales:
obtenido al calcular el dispositivo de restricción (diafragma), y también determina una serie de datos adicionales. Con diámetro de tubería D= 400 mm, módulo metro=0,36 y número de Reynolds mínimo re min=1.74∙10 6, con base en las condiciones especificadas en este capítulo, se puede asumir que y . Al medir las dimensiones reales de la tubería de medición y el diafragma, se encontró que la altura del saliente dentro de la sección recta de la tubería frente al diafragma al unir las tuberías h= 1 mm a distancia yo= 2 m del diafragma y la excentricidad del eje del orificio del diafragma y la tubería de medición mi= 2 milímetros. En las longitudes seleccionadas de tramos rectos delante del diafragma l 1 = 8 metros y l 2 =12 m y módulo metro=0,36 valor de error δ a L= 0,3%. A la altura de la cornisa l=1 mm y diámetro D=400 mm encontramos que:
Con menos del 0,3% se puede suponer que δ a L=0. En la excentricidad mi=2 mm, comprobamos que se cumplen las siguientes condiciones:
De estas condiciones queda claro que el valor real de la excentricidad mi= 2 mm satisface la condición y, por lo tanto, el error debido a la influencia de la excentricidad es . Sustituyendo los datos obtenidos en la fórmula, obtenemos el error al determinar el coeficiente de flujo. A.
