Debitmetre diferențiale variabile constau din dispozitive care formează o constricție locală în conductă (dispozitive de restricție) și manometre diferențiale.
Principiul de funcționare al dispozitivelor de constrângere este următorul: atunci când un flux de lichid, gaz sau abur curge în secțiunea restrânsă a conductei, o parte din energia potențială a presiunii este convertită în energie cinetică. Debitul mediu crește, în urma căreia se creează o cădere de presiune în dispozitivul de îngustare, a cărei valoare depinde de debitul substanței.
Dispozitivele de îngustare sunt împărțite în două grupe: normalizate și nenormalizate. Prima grupă include diafragmele, duzele, conductele Venturi. Diafragmele și duzele sunt instalate în conducte cu secțiune transversală circulară cu un diametru de cel puțin 50 mm, iar o conductă Venturi - într-o conductă cu un diametru de cel puțin 100 mm.
Al doilea grup de dispozitive de constricție include diafragme duble, duze cu un profil de 1/4 de cerc și alte dispozitive care sunt utilizate pentru măsurarea fluxului de lichide vâscoase cu conducte de diametru mic.
diafragme(Fig. 31) există camera A - selecția impulsurilor de presiune cu ajutorul camerelor inelare și B tubless - selectarea impulsurilor de presiune folosind orificii (Tabelul 13). Grosimea discului cu diafragmă trebuie să fie mai mică de 0,1 D (D este diametrul nominal al conductei).
Diafragme de cameră constau dintr-un disc, o garnitură și două camere inelare. Camerele inelare măsoară presiunea înainte și după diafragmă. Grosimea discului este de 3 mm pentru conductele cu diametrul D< 150 мм и 6 мм для трубопроводов диаметром 150 < D < 400 мм.
Duzele pot fi utilizate pentru țevi cu un diametru de cel puțin 50 mm. Schema duzelor este prezentată în fig. 32. Partea superioară corespunde selecției impulsurilor de presiune folosind o cameră inelară, partea inferioară - selecția se face folosind găuri. Sunt eliberate în loturi mici.
Tubul venturi are o secțiune care se îngustează treptat, care apoi se extinde la dimensiunea inițială. Datorită acestei forme, pierderea de presiune în ea este mai mică decât în diafragme și duze. Tubul Venturi este format din conuri de intrare și ieșire și o parte centrală cilindrică (Fig. 33).
Conducta Venturi se numește lungă dacă diametrul conului de evacuare este egal cu diametrul conductei și scurtă dacă este mai mică decât diametrul conductei.
Restricțiile sunt dispozitive simple, ieftine și fiabile de măsurare a debitului. Caracteristica de calibrare a dispozitivelor standard cu orificii poate fi determinată prin calcul, astfel încât nu este nevoie de debitmetre de referință. Dispozitivul de îngustare este individual pentru fiecare debitmetru.
Dintre dispozitivele de îngustare enumerate, diafragmele au găsit cea mai mare utilizare, așa că vom da exemple de calcul a diafragmei pentru măsurarea debitului de apă și aer umed (gaz).
Calculul dispozitivului de îngustare este de a determina dimensiunea găurii sale traversante.
1. Găsim produsul dintre coeficientul de curgere a și raportul dintre aria ariei de curgere a diafragmelor și aria conductei a:
2. Calculăm criteriile Reynolds corespunzătoare costurilor estimate și minime:
3. Prin produsul lui o sută folosind graficul (Fig. 34), determinăm valoarea lui a și a:
4. Calculăm pierderea de presiune de la montarea diafragmei
Pierderea reală de presiune de la instalarea diafragmei este mai mică decât valoarea admisă.
- Determinați diametrul trecerii diafragmei la temperatura de funcționare:
6. Aflați diametrul pasajului la o temperatură de 20 ° C:
7. Verificați calculul conform formulei:
1. Determinați densitatea aerului umed:
2. Găsim valoarea aproximativă a sutei de produs, luând coeficientul de expansiune e \u003d 1:
- Calculăm criteriul Reynolds pentru debitele de aer calculate și minime:
- Conform graficului (a se vedea Fig. 34), determinăm valorile aproximative ale a și a. Ele sunt egale cu 0,445 și, respectiv, 0,673.
- Găsim valoarea coeficientului de expansiune e conform graficului (Fig. 36) - e \u003d 0,975.
- Specificăm valoarea produsului a a 8 \u003d 0,292. 0,975 = 0,287.
- În funcție de produsul rafinat a a 8, determinăm a și a (vezi Fig. 34):
Valoarea rezultată este mai mică decât valoarea permisă.
- Se calculează pierderea de presiune de la limitator (vezi Fig. 35): AP d = 55%;
10. Verificați calculul conform formulei
Același tip după dispozitiv manometre diferenţiale iar instrumentele secundare pot fi utilizate pentru diferite condiții de măsurare.
debitmetre cu dispozitive de îngustare sunt universale, sunt folosite pentru a măsura debitul aproape oricărui mediu monofazat (uneori bifazic) într-o gamă largă de presiuni, temperaturi, diametre ale conductelor.
Standard dispozitive de constricție poate fi utilizat împreună cu manometre diferențiale pentru măsurarea debitului și cantității de lichide, gaze și abur în conducte rotunde (în orice locație), dacă calculul, fabricarea și instalarea acestora sunt efectuate în conformitate cu GOST 8.563.1-97.
Dacă este necesar să se utilizeze dispozitive de îngustare pe conducte cu diametru mai mic, acestea trebuie supuse gradării individuale, adică. determinarea experimentală a dependenței G =f(Δp).
GOST 8.563.1-97 oferă opt variante de tipuri de dispozitive de îngustare: diafragme cu metode de atingere a presiunii în unghi, cu flanșe și cu trei raze, duze ISA 1932, țevi Venturi cu părți conice prelucrate și netratate sunt scurte și lungi, duzele Venturi sunt scurte și lung. Diafragmele standard sunt utilizate în condițiile 0,2 ≤ β ≤ 0,75, duze standard - la 0,3 ≤ β ≤ 0,8 și duze Venturi - la 0,3 ≤ β ≤ 0,75. Un anumit tip de restrictor este selectat în calcul în funcție de condițiile de utilizare, de precizia necesară și de pierderea de presiune admisă.
Pentru a menține similitudinea geometrică, dispozitivele de constricție trebuie să fie fabricate în conformitate cu cerințele GOST 8.563.1-97, care sunt luate în considerare pe scurt în raport cu cele mai comune dispozitive de constricție - diafragmele prezentate în Fig. 1. Capetele diafragmei trebuie să fie plate și paralele între ele. Rugozitatea feței de capăt din D nu trebuie să fie mai mare de 10 -4 d, capătul de ieșire ar trebui să aibă o rugozitate de 0,01 mm. Dacă diafragma este utilizată pentru a măsura debitul în ambele direcții, atunci ambele capete trebuie prelucrate cu o rugozitate de cel mult 10 -4 d, nu există o expansiune conică în acest caz, iar marginile de pe ambele părți trebuie să fie ascuțite. cu o rază de curbură de cel mult 0,05 mm. Dacă raza de curbură nu depășește 0,0004d, atunci factorul de corecție pentru moliciunea marginii de atac este considerat egal cu unu. Pentru d ≥ 125 mm, această condiție este îndeplinită. Rugozitatea suprafeței găurii nu trebuie să depășească 10 -5 d.
Grosimea diafragmei E trebuie să fie în intervalul de până la 0,05 D. Grosimea este determinată din condiția fără deformare sub influența Δp la o limită de curgere cunoscută a materialului.
Lungimea părții cilindrice a deschiderii diafragmei trebuie să fie în intervalul de la 0,005D la 0,02D, dacă grosimea depășește ultima cifră, atunci se face din lateral o suprafață conică cu un unghi de conicitate de 45 ± 15 °. a capătului de ieșire.
Orez. unu. :
a - prin orificii separate; b - din camerele inelare (metode unghiulare); c - prin orificiile din flanse (metoda flansei cu l1 = l2 = 25,4 mm, cu trei raze - cu l1 = D si l2 = 0,5D)
Selectarea presiunilor p1 și p2 în metoda unghiulară se realizează fie prin găuri cilindrice separate (Fig. 1, a), fie din două camere inelare, fiecare dintre acestea fiind conectată la cavitatea internă a conductei printr-o fantă inelară sau un grup de găuri distribuite uniform în jurul circumferinței (Fig. 1, b). Designul dispozitivelor de selecție pentru diafragme și duze este același. Dispozitivele cu orificii cu camere inelare sunt mai convenabile de operat, mai ales în prezența unor perturbări locale de curgere, deoarece camerele inelare asigură egalizarea presiunii în jurul circumferinței țevii, ceea ce permite o măsurare mai precisă a căderii de presiune cu secțiuni drepte scurte ale conductei. conductă.?
Cu metodele de prelevare cu flanșă și trei raze, diferența se măsoară prin găuri cilindrice separate situate la distanță în primul caz l1 = l2 = 25,4 mm, iar în al doilea caz l1 = D și l2 = 0,5D de planurile de diafragma (Fig. 1, c ). Coeficientul de curgere C depinde de metoda de extragere prin presiune.
La instalarea dispozitivelor de îngustare este necesar să se respecte o serie de condiţii care afectează eroarea de măsurare.
Dispozitiv de restricție în conductă ar trebui să fie perpendicular pe axa conductei. Pentru diafragme, neperpendicularitatea nu trebuie să depășească 1°. Axa dispozitivului de îngustare trebuie să coincidă cu axa conductei.
Secțiunea 2D a conductei înainte și după dispozitivul de îngustare trebuie să fie cilindrică, netedă, nu trebuie să aibă margini, precum și depuneri și nereguli vizibile cu privire la nituri, suduri etc.
O condiție importantă este necesitatea asigurării unui flux constant de curgere înainte și după intrarea în dispozitivul de îngustare. Un astfel de flux este asigurat de prezența secțiunilor drepte ale conductei de o anumită lungime înainte și după dispozitivul de îngustare. În aceste zone nu trebuie instalate dispozitive care pot distorsiona hidrodinamica debitului la intrarea sau la ieșirea restrictorului. Lungimea acestor secțiuni trebuie să fie astfel încât distorsiunile de curgere introduse de coturi, supape, teuri să poată fi netezite înainte ca debitul să se apropie de dispozitivul de îngustare. Totodată, trebuie avut în vedere că distorsiunile de curgere în fața dispozitivului de îngustare sunt mai semnificative și mult mai puțin în spatele acestuia, de aceea se recomandă instalarea robinetelor și supapelor, în special supapelor de control, după sistemul de control. Lungimea L K a secțiunii drepte din fața dispozitivului de constrângere depinde de diametrul relativ
Diametrul conductei D și tipul de rezistență locală situat înainte de secțiunea dreaptă, L K1 / D \u003d a k + b k sk, unde a k, b k, c k sunt coeficienți constanți în funcție de tipul de rezistență locală. Valoarea lor și cele mai mici valori ale L K1 /D pentru nouă tipuri de rezistențe locale sunt date în tabel. unu.
Tabelul 1. Cele mai mici lungimi relative ale secțiunii liniare la diafragmă
Numele localului rezistenţă | Cote | |||||||||||
Supapă cu gură, supapă cu bilă cu orificiu egal | ||||||||||||
Robinet din plută | ||||||||||||
Robinet, supapă | ||||||||||||
amortizor | ||||||||||||
confuz | ||||||||||||
Îngustare ascuțită simetrică | ||||||||||||
Difuzor | ||||||||||||
Expansiune ascuțită simetrică | ||||||||||||
Un singur genunchi | ||||||||||||
Este permisă înjumătățirea lungimii secțiunii liniare după SS, dar în acest caz, eroarea suplimentară la coeficientul de scurgere va fi de ±0,5%.
Este necesar ca mediul controlat să umple întreaga secțiune transversală a conductei, iar starea de fază a substanței să nu se schimbe atunci când trece prin dispozitivul de îngustare. Condensul, praful, gazele sau sedimentele care ies din mediul controlat nu trebuie să se acumuleze în apropierea orificiului.
Manometrul diferenţial este conectat la dispozitivul de îngustare cu două linii de conectare ( tuburi de impuls ) cu un diametru interior de minim 8 mm. Lungimea liniilor de legătură de până la 50 m este permisă, totuși, din cauza posibilității unei erori dinamice mari, nu se recomandă utilizarea liniilor mai lungi de 15 m.
Pentru măsurarea corectă a debitului, căderea de presiune la intrarea manometrului diferenţial trebuie să fie egală cu căderea de presiune dezvoltată de restrictor, adică. diferența de la dispozitivul de îngustare la manometrul de presiune diferențială trebuie transmisă fără distorsiuni.
Acest lucru este posibil dacă presiunea creată de coloana medie în ambele tuburi de legătură este aceeași. În condiții reale, această egalitate poate fi încălcată. De exemplu, atunci când se măsoară debitul de gaz, motivul pentru aceasta poate fi acumularea de condens într-o cantitate inegală în liniile de conectare, iar la măsurarea debitului de lichid, dimpotrivă, acumularea de bule de gaz emergente. Pentru a evita acest lucru, liniile de legătură trebuie să fie fie verticale, fie înclinate cu o pantă de cel puțin 1:10, cu colectoare de condens sau gaz la capetele tronsoanelor înclinate. În plus, ambele tuburi de impuls trebuie să fie amplasate una lângă alta pentru a evita încălzirea sau răcirea neuniformă a acestora, ceea ce poate duce la o densitate neuniformă a lichidului care le umple și, prin urmare, la o eroare suplimentară. Când se măsoară debitul de abur, este important să se asigure că nivelurile de condens din ambele tuburi de impuls sunt egale și constante, ceea ce se realizează prin utilizarea vaselor de supratensiune.
Mai multe manometre diferenţiale pot fi conectate la un dispozitiv de îngustare. În acest caz, este permisă conectarea liniilor de legătură ale unui manometru diferenţial la liniile de legătură ale altuia.
La măsurarea debitului de lichid se recomandă instalarea manometrului de presiune diferențială sub dispozitivul de constrângere 1, care exclude pătrunderea gazului în liniile de legătură și a manometrului de presiune diferențială, care poate fi eliberat din lichidul care curge (Fig. 2, a).
Orez. 2. Schema liniilor de conectare la măsurarea debitului de fluid cu instalarea unui manometru diferenţial sub (a) şi deasupra (6) dispozitivului de îngustare:
1 - dispozitiv de îngustare; 2 - supape de închidere; 3 - supapă de purjare; 4 - colectoare de gaze; 5 - vase de separare
Pentru conductele orizontale și înclinate, liniile de legătură trebuie să fie conectate prin vane de închidere 2 la jumătatea inferioară a conductei (dar nu în partea cea mai inferioară) pentru a preveni intrarea gazelor sau precipitațiilor din conductă în conducte. Dacă manometrul de presiune diferențială este totuși instalat deasupra dispozitivului de îngustare (Fig. 2, b), atunci în punctele cele mai înalte ale liniilor de conectare este necesar să instalați colectoare de gaz 4 cu supape de purjare. Dacă linia de legătură constă din secțiuni separate (de exemplu, la ocolirea unui obstacol), atunci colectoarele de gaz sunt instalate în cel mai înalt punct al fiecărei secțiuni. La instalarea unui manometru diferențial deasupra dispozitivului de constrângere, conductele din apropierea acestuia din urmă sunt așezate cu un cot conformabil, coborând sub conductă cu cel puțin 0,7 m pentru a reduce posibilitatea pătrunderii gazului în liniile de legătură din conductă. Conductele de conectare sunt purjate prin supape 3.?
La măsurarea fluxului de medii agresive în liniile de legătură, cât mai aproape de dispozitivul de îngustare, separarea vaselor 5. Liniile de legătură dintre vasul de separare și manometrul de presiune diferențială și parțial vasul în sine sunt umplute cu un lichid neutru, a cărui densitate este mai mare decât densitatea mediului agresiv măsurat. Restul vasului și linia până la dispozitivul de îngustare sunt umplute cu un mediu controlat. Prin urmare, interfața dintre mediul controlat și lichidul de separare este situată în interiorul vasului, iar nivelurile de interfață în ambele vase trebuie să fie aceleași.
Lichidul de separare este selectat în așa fel încât să nu interacționeze chimic cu mediul controlat, să nu se amestece cu acesta, să nu depună depuneri și să nu fie agresiv față de materialul vaselor, liniilor de legătură și manometrului diferenţial. Cel mai adesea, apa, uleiurile minerale, glicerina, amestecurile apă-glicerină sunt folosite ca lichid de separare.
La măsurarea debitului de gaz se recomandă instalarea manometrului diferenţial deasupra dispozitivului de constrângere, astfel încât condensul format în liniile de legătură să se poată scurge în conductă (Fig. 3, a).
Orez. 3. Schema liniilor de conectare la măsurarea debitului de gaz cu instalarea unui manometru diferenţial deasupra (a) şi sub (b) dispozitivului de îngustare:
1 - dispozitiv de îngustare; 2 - supape de închidere; 5 - supapă de purjare; 4 - colector de condens
Liniile de conectare trebuie conectate prin supapele de închidere 2 la jumătatea superioară a dispozitivului de îngustare, este de dorit să le așezi vertical. Dacă nu este posibilă așezarea verticală a liniilor de conectare, atunci acestea trebuie așezate cu o înclinare către conductă sau colectoarele de condens 4. Cerințe similare trebuie îndeplinite atunci când manometrul de presiune diferențială este situat sub dispozitivul de constrângere (Fig. 3, b). La măsurarea debitului de gaz agresiv, vasele de separare trebuie incluse în liniile de legătură.
La măsurarea debitului de vapori de apă supraîncălziți liniile de legătură neizolate sunt umplute cu condens. Nivelul condensului și temperatura acestuia în ambele linii trebuie să fie aceleași la orice debit.
Pentru a stabiliza nivelurile superioare de condens în ambele linii de legătură, sunt instalate lângă dispozitivul de îngustare. vase de condens de supratensiune . Scopul vaselor de nivelare poate fi explicat cu ajutorul Fig. 4.
Orez. 4. :
a-c - etape de măsurare a diferenței de presiune
Să presupunem că, în absența vaselor de supratensiune și a unui flux de abur, nivelul de condens în ambele tuburi de impuls este același. Odată cu creșterea debitului pe dispozitivul de îngustare, căderea de presiune crește, forțând cutia de membrană inferioară să se comprime și cea superioară să se întindă (Fig. 4, b). Datorită modificării volumelor cutiilor, condensul din tubul de impuls „plus” va curge în camera inferioară, „plus” a manometrului diferenţial, ceea ce va duce la o scădere a nivelului în acesta cu valoarea h. . Din camera superioară, „minus” a manometrului de presiune diferențială, condensul va fi împins în tubul de impuls și în conducta de abur, dar înălțimea coloanei de condens va rămâne neschimbată. Diferența rezultată în nivelurile de condens creează o cădere de presiune care reduce căderea de presiune în orificiu. Astfel, citirile debitmetrului vor fi subestimate. Este ușor de observat că eroarea absolută de măsurare va crește odată cu creșterea modificărilor debitului.
Evident, eroarea poate fi redusă prin scăderea h. Pentru a face acest lucru, la capetele tuburilor de impuls sunt instalate vase de condensare de egalizare (Fig. 5) - cilindri amplasați orizontal cu secțiune transversală mare. Deoarece secțiunea transversală a acestor vase este mare, debitul de condens din ele își va modifica puțin nivelul, astfel încât diferența măsurată de un manometru diferențial poate fi considerată egală cu diferența în dispozitivul de îngustare.
La măsurarea debitului de abur, manometrul de presiune diferențială trebuie plasat sub dispozitivul de constricție 1 și vasele de supratensiune 2 (Fig. 5, a) pentru a facilita îndepărtarea aerului din liniile de legătură.
Orez. Fig. 5. Schema liniilor de conectare la măsurarea debitului de abur cu instalarea unui manometru diferenţial sub (a) şi deasupra (b) dispozitivului de îngustare:
1 - dispozitiv de îngustare; 2 - vase de nivelare; 3, 4 - supape de închidere și purjare; 5 - colector de gaz
Este permisă plasarea manometrului de presiune diferențială deasupra dispozitivului de îngustare, dar în acest caz este necesară instalarea colectoarelor de gaz 5 (Fig. 5, b), pozițiile 3.4 - supape de închidere și purjare în punctul superior al racordului. linii.
Lectura
Măsurarea debitului de lichide, gazesi cuplu
Intrebarea 1
Informatii generale
În măsurătorile legate de cantitatea de substanță, cele mai importante concepte inițiale sunt cantitate de substanțăȘi consum.
Cantitatea unei substanțe poate fi măsurată fie în unități de masă [kilogram (kg), tonă (t)], fie în unități de volum [metru cub (m 3), litru (l)]. Debitul este cantitatea de substanță care curge prin secțiunea conductei pe unitatea de timp. În conformitate cu unitățile selectate, poate fi debitul masic GM (unități kg/s, kg/h, t/h) sau debitul volumic G 0 (unități m 3 /s, l/s, m 3 /h) măsurat. Unitățile de masă și debitul masic oferă informații mai complete despre cantitatea sau consumul unei substanțe decât unitățile de volum, deoarece volumul unei substanțe, în special gazele, depinde de presiune și temperatură. La măsurarea debitelor volumetrice de gaze pentru a obține valori comparabile, rezultatele măsurătorilor sunt supuse anumitor condiții (așa-numitele normale). Aceste condiții normale sunt considerate a fi temperatura t n \u003d \u003d 20 ° С, presiunea P n \u003d 101,325 kPa (760 mm Hg) și umiditatea relativă φ \u003d 0. În acest caz, debitul volumic este indicat G n și se exprimă în unități de volum (de exemplu, m3/h).
În conformitate cu GOST-15528, se numește un dispozitiv de măsurare utilizat pentru a măsura fluxul unei substanțe debitmetru,și un dispozitiv pentru măsurarea cantității de substanță - contor de cantitate(tejghea). În fiecare caz specific, la acești termeni ar trebui adăugat numele mediului controlat. În multe cazuri, citirile debitmetrelor sunt însumate în timp și utilizate, ca și citirile contorului, pentru a determina cantitățile de gaz, apă caldă sau abur eliberate în calcule comerciale sau în determinarea performanței economice a echipamentelor. Această caracteristică a utilizării debitmetrelor și contoarelor a determinat specificul standardizării caracteristicilor lor metrologice. Spre deosebire de instrumentele de măsurare considerate, în majoritatea cazurilor, limita erorii relative de bază este normalizată pentru debitmetre și contoare, care poate depinde de valoarea debitului măsurat. În acest sens, pentru debitmetre se introduce conceptul de domeniu dinamic, în cadrul căruia se stabilește limita erorii relative principale și care se caracterizează prin raportul limitei superioare de măsurare Gv.p. a scădea G n.p. , G c.p. /G n.p. .
La măsurarea debitului, în cele mai multe cazuri se introduce un fluid de lucru în flux, ceea ce duce la o pierdere de presiune, a cărei valoare este normalizată pentru dispozitive, precum și lungimile necesare ale secțiunilor liniare ale conductei înainte și după curgere. metru. Ultima cerință este legată de dependența citirilor debitmetrului de profilul vitezei curgerii în conductă.
Limitele superioare ale măsurării debitului sunt selectate din următorul interval: DAR = dar 10 n , unde dar- unul dintre numerele 1; 1,25; 1,6; 2; 2,5; 3,2; 4; cinci; 6,3; 8; n este un număr întreg, pozitiv sau negativ, inclusiv zero.
Există o mare varietate de metode de măsurare a debitului și modele de debitmetre și contoare. Cele mai răspândite sunt următoarele tipuri de debitmetre: presiune diferențială variabilă cu dispozitive de îngustare; presiune diferențială constantă; tahometric; electromagnetic; cu ultrasunete; vârtej; masiv. Majoritatea debitmetrelor și contoarelor produse în prezent sunt dispozitive bazate pe microprocesoare cu funcționalitate largă. Datorită memoriei nevolatile, valorile măsurate ale consumului zilnic și lunar de substanțe sunt stocate timp de 1-3 ani. Aceste informații pot fi apelate pe afișajul digital al dispozitivelor, PC-urile și imprimantele pot fi conectate la ieșirea lor digitală. Folosind diverse interfețe, debitmetrele și contoarele cu microprocesor sunt conectate la rețelele locale de calculatoare, în timp ce informațiile de la dispozitive pot fi transmise prin canale telefonice și radio, cabluri optice.
Diverse opțiuni pentru transmiterea și primirea informațiilor digitale de la debitmetre și contoare sunt efectuate folosind dispozitive de interfață - adaptoare, modemuri. Unele tipuri de debitmetre sunt autoalimentate de baterii și acumulatori, ceea ce le permite să fie instalate în locuri în care nu există alimentare cu energie sau există întreruperi de curent.
Intrebarea 2
Măsurarea debitului diferențial de lichide, gaze și aburpresiuneîn dispozitivul de îngustare
Fundamentele teoriei măsurării debitului diferenţialpresiuneîn îngustaredispozitive Această metodă de măsurare a debitului se bazează pe dependența căderii de presiune dintr-un dispozitiv de restricție fix (CD) instalat în conductă de debitul mediului de măsurat. Acest dispozitiv ar trebui considerat ca un convertor primar de debit. Presiunea diferențială creată în dispozitivul de îngustare este măsurată de un manometru diferențial de presiune, care poate fi indicat cu o scară în unități de debit. Dacă este necesar să se transmită citirile de la distanță, manometrul de presiune diferențială este echipat cu un convertor, care este conectat printr-o linie de comunicație la dispozitivul secundar și la alte dispozitive. Metoda de măsurare a debitului este cea mai dezvoltată, dispozitivele de îngustare și manometrele de presiune diferențială pentru acestea sunt produse de toate cele mai mari companii producătoare de instrumente din lume. Această metodă este utilizată în principal pentru măsurarea debitului de abur, gaz, lichide în conducte cu un diametru mai mare de 300 mm.
Principiul de măsurare luat în considerare este că atunci când curge prin orificiul dispozitivului de constricție, viteza de curgere crește în comparație cu viteza de dinainte de constricție. O creștere a vitezei și, în consecință, a energiei cinetice determină o scădere a energiei potențiale și, în consecință, a presiunii statice. Debitul poate fi determinat cu o caracteristică de calibrare cunoscută pentru căderea de presiune Δ R pe dispozitivul de îngustare, măsurat cu un manometru diferenţial. Utilizarea metodei de măsurare luate în considerare necesită îndeplinirea anumitor condiții:
natura mișcării curgerii înainte și după dispozitivul de îngustare trebuie să fie turbulentă și staționară;
fluxul trebuie să umple complet întreaga secțiune a conductei;
starea de fază a fluxului nu trebuie să se schimbe atunci când acesta curge prin dispozitivul de îngustare (aburul este supraîncălzit, în timp ce pentru acesta sunt valabile toate prevederile privind măsurarea debitului de gaz);
precipitațiile și alte tipuri de poluare nu se formează în cavitatea internă a conductei înainte și după dispozitivul de îngustare;
pe suprafeţele dispozitivului de îngustare nu se formează depuneri care îi modifică geometria.
Dispozitivele de îngustare sunt împărțite condiționat în standard, speciale și non-standard. Standard sunt numite dispozitive de îngustare, care sunt calculate, fabricate și instalate în conformitate cu documentul de reglementare GOST 8.569.1-97. La număr special includ diafragme standard pentru conducte cu un diametru interior mai mic de 50 mm. Dispozitivele de îngustare care nu aparțin acestor două grupe sunt numite non-standard. Caracteristica de calibrare a dispozitivelor standard de îngustare este determinată de calcule fără calibrare individuală. Acest punct a condus la utilizarea pe scară largă a acestei metode pentru măsurarea debitelor de apă, abur, gaz în conducte de diametre mari. Caracteristicile de calibrare ale dispozitivelor de îngustare non-standard sunt determinate ca rezultat al calibrării individuale.
Această metodă are următoarele dezavantaje:
Interval dinamic îngust, care nu depășește trei până la cinci atunci când se utilizează un manometru diferențial;
Diametrul conductei trebuie să fie mai mare de 50 mm, în caz contrar este necesară gradarea individuală;
lungimi semnificative ale secțiunilor liniare;
prezența pierderii de presiune.
La fel de standard Se folosesc dispozitive de îngustare pentru măsurarea debitului de lichide, gaze și abur, diafragme, duze și, mult mai rar, țevi și duze Venturi. Diafragmă(Fig. 12.1, a) este un disc subțire cu o gaură rotundă, a cărui axă este situată de-a lungul axei țevii. Partea frontală (de intrare) a găurii are o formă cilindrică și apoi intră într-o prelungire conică. Marginea anterioară a găurii trebuie să fie dreptunghiulară (ascuțită) fără rotunjiri și bavuri. Gama numerelor de operare Re depinde de diametrul relativ al sistemului de control și pentru diafragmă variază de la ".
Duză(Fig. 12.1, b) are o intrare profilată, care trece apoi într-o secțiune cilindrică cu un diametru d (valoarea acestuia este inclusă în ecuațiile de curgere). Partea de capăt din spate a duzei include o locașă cilindrică cu un diametru mai mare decât d, pentru a proteja marginea de ieșire a părții cilindrice a duzei de deteriorare. La măsurarea debitului, duzele standard sunt instalate pe conducte cu un diametru de cel puțin 50 mm, numerele Re de debit trebuie să fie 2 · 10 4 ... 10 7 .
Orez. 12.1. Dispozitive standard de îngustare: a - diafragma; b - duză; c - Duza Venturi
Duza Venturi(conturul este prezentat în Fig. 12.1, în) conține o parte de intrare cu un profil de duză, transformându-se într-o parte cilindrică și un con de ieșire (poate fi lung sau scurtat). Diametrul minim al conductei pentru duzele Venturi standard este de 65 mm. Ele sunt utilizate în intervalul de numere Re de la 1,5 · 10 5 la 2 · 10 6 . Pe fig. 12,1 caractere p 1 Și R 2 sunt marcate punctele de selectare a presiunilor furnizate manometrului diferenţial.
Luați în considerare mișcarea unui flux de fluid incompresibil printr-un dispozitiv de constricție folosind o diafragmă ca exemplu (Fig. 12.2). Figura prezintă profilul fluxului care trece prin diafragmă, precum și distribuția presiunii de-a lungul peretelui conductei (linie continuă) și de-a lungul axei conductei (linie punctată). După secțiune DAR jetul se îngustează și, în consecință, viteza medie a curgerii crește. Din cauza inerției, jetul continuă să se îngusteze și la o anumită distanță după diafragmă, locul celei mai mari îngustari este în secțiune ÎN. Creșterea vitezei pe site ABînsoţită de o scădere a presiunii statice faţă de valoarea iniţială R dar la valoarea minimă R b .
După secțiune ÎN incepe dilatarea jetului care se termina in sectiune DIN. Acest proces este însoțit de o scădere a vitezei și o creștere a presiunii statice. in sectiune DIN viteza va lua valoarea inițială (ca în secțiunea DAR), dar presiunea R din va fi mai puțin decât originalul R P , numită pierdere de presiune în dispozitivul de constricție. Prezența pierderii de presiune este cauzată de pierderea energiei de curgere în zonele moarte situate înainte și în spatele diafragmei din cauza formării puternice de vortex în acestea. Pentru a determina relația generală dintre debitul și căderea de presiune, presupunem că lichidul este incompresibil (adică, densitatea lichidului nu se modifică la trecerea prin dispozitivul de îngustare), nu există schimb de căldură cu mediul, conducta este orizontală, nu există pierderi din cauza rezistenței sistemului de control, iar câmpul de viteză este uniform.
Orez. 12.2. Modelul de curgere și distribuția presiunii statice atunci când o diafragmă este instalată în conductă
Ecuația pentru menținerea constantă a debitului masic (continuitate) pentru un fluid incompresibil, scrisă pentru secțiunea A și la ieșirea din diafragmă, are forma:
Unde u D - viteza inițială a curgerii în conductă;
u d - viteza curgerii in orificiul CS;
p este densitatea mediului;
G m - debit masic.
Ecuația lui Bernoulli scrisă pentru aceste secțiuni, care exprimă legea conservării energiei pentru curgerea în conductă, are forma:
Notăm în conformitate cu GOST 8569.2-97 relativdiametru SU până mai devreme pătratul acestui raport a fost numit aria relativă sau modul T SU. Folosind (12.1), putem scrie
apoi înlocuind valoarea u Dîn (12.2), obținem:
Valoare E= 1/(1 - β 4) se numește 0,5 factor de vitezăIntrare,f - aria minimă a secțiunii de curgere a CS. Valoarea debitului masic calculat prin expresia (12.3) este supraestimată din cauza unei căderi de presiune supraestimate în CS, cauzată de decelerația debitului, turbulențe la intrarea și ieșirea CS. În acest sens, se introduce ecuația (12.3). factor de expirareDIN, mai mic decât unitatea.
Calculul debitului masic pentru medii incompresibile se efectuează conform expresiei
(12.4)
volumetric
munca anterioara CE numit debitulα.
Formulele (12.4), (12.5) sunt valabile pentru fluide incompresibile. La măsurarea debitului de gaz, abur, aer, densitatea lor după scaderea SU, volumul crește. În acest caz, se obține o valoare supraestimată a diferenței și, în consecință, a debitului; pentru a compensa acest efect, se introduce în formule coeficientul ε, care este mai mic decât unitatea și se numește coeficient de expansiune ( 11.4), (11.5). Astfel, rapoartele calculate pentru debitele de masă și volum ale mediilor compresibile au forma
(12.6)
volumetric
(12.7)
Expresiile (12.6), (12.7) sunt ecuațiile de curgere de bază potrivite pentru medii compresibile și incompresibile, pentru acestea din urmă ε = 1. La determinarea din aceste ecuații de curgere, mărimile f, R, R, G m , G 0 respectiv au următoarele dimensiuni: m 2 , Pa, kg/m 3 , kg/s, m 3 /s. Proiectele existente ale dispozitivelor de îngustare oferă valori aproape constante ale coeficientului de ieșire numai într-un interval limitat de numere Reynolds (Re = ud/ v, Unde v- vâscozitatea cinematică).
Valori DINși e sunt determinate ca urmare a studiilor experimentale efectuate pe conducte cu suprafață interioară netedă cu distribuția vitezelor de curgere pe secțiunea conductei corespunzătoare regimului de curgere turbulent constant. În experimente au fost utilizate diafragme cu o margine ascuțită înainte.
Pentru sistemele de control asemănătoare din punct de vedere geometric cu similaritate hidrodinamică a debitelor de mediu măsurate, valorile DIN sunt la fel. Asemănarea geometrică a sistemului de control constă în egalitatea raporturilor dintre dimensiunile geometrice ale sistemului de control și diametrul conductei. Asemănarea hidrodinamică a fluxurilor are loc atunci când numerele Re sunt egale. Valorile coeficientului de debit au fost determinate în multe țări din întreaga lume folosind debitmetre exemplificative bazate pe masă. G m sau volumul de substanță G 0 care a trecut prin SS într-un interval de timp fix. Coeficient DIN se calculează din aceste date ca raport dintre debitul real și debitul teoretic calculat din căderea de presiune în CS
Experimental, coeficientul de dilatare e este determinat pe un mediu compresibil ca raport dintre coeficienții de scurgere ai mediului compresibil și incompresibil la valori cunoscute.
Deoarece programele de calculator sunt folosite pentru a calcula dispozitivele de îngustare, valorile obţinute experimental DIN, ε sunt descrise empiric. Coeficient DIN exprimată prin două componente: С = C_K Re . Coeficientul C_ depinde doar de B, iar K Re se modifică cu Re. Pentru placă cu orificii cu robinet de presiune înclinat
(12,8) și (12,9)
Grafice de dependență CE= /(Re, (3) pentru diafragmele cu extracție prin presiune unghiulară, deoarece pentru diafragme K Re depinde de metoda de extracție a presiunii sunt prezentate în Fig. 12.3 și în Tabelul 12.1. Mărimea modificărilor K Re în zona numerele de operare depind și Re. Dacă aceste modificări pentru diafragmele cu extracție cu presiune unghiulară la β = 0,27 ... 0,8 sunt 0,5 ... 5%, respectiv, atunci cu extracția prin presiune cu flanșă, modificările sunt doar 0,3 ... 2%. K Re se modifică în același interval pentru duze, pentru duze Venturi în domeniul de funcționare al numerelor Re DIN ramane constant.
Factorul de corecție ε depinde în general de β, de exponentul adiabatic æ și de raportul Δ r/r (r- presiunea absolută a mediului către dispozitivul de îngustare). Raportul de proiectare pentru ε este determinat de tipul orificiului și pentru diafragmă, indiferent de metoda de extracție a presiunii
Orez. 12.3. Dependenta CE pentru diafragme cu robinete unghiulare de la Re și β:
1 ÷ 4 - β = 0,2; 0,4; 0,6; 0,8
Tabelul 12.1
Tabelul coeficientului ratei de intrare Eși expirare DIN pentru diafragme cu filetare unghiulară
Astfel, există o relație pătratică între debitul și căderea de presiune în orificiu, ceea ce permite manometre diferențiale care măsoară căderea de presiune 
calibrați în unități de debit sau obțineți un semnal de ieșire proporțional cu debitul. Astfel de manometre de presiune diferențială se numesc manometre-debitmetre. Pentru a obține o scară uniformă a debitmetrului, în circuitul cinematic sau electronic al manometrelor diferențiale sau al instrumentelor secundare sunt incluse diverse tipuri de dispozitive cu rădăcină pătrată. În manometrele diferenţiale cu microprocesor, pe lângă extragerea rădăcinii, se realizează un set de operaţii de calcul, legate de modificarea densităţii mediului, a coeficientului de dilatare etc.
Necesitatea extragerii rădăcinii pătrate este unul dintre dezavantajele metodei de măsurare a debitului prin presiune diferențială, ceea ce determină un interval de măsurare restrâns al debitmetrului, acoperind de obicei intervalul de 30 ... 100% din maximul măsurat. debitul G vp Aceasta înseamnă că nu se recomandă utilizarea debitmetrului pentru a măsura debitele în intervalul 0...30% din scara sa, deoarece aici nu este garantată o precizie suficientă a măsurării. Acest lucru se datorează faptului că la începutul scalei, eroarea relativă în măsurarea presiunii diferențiale crește brusc. Într-adevăr, atunci când debitul scade de la, de exemplu, la 0,25 G. p. în conformitate cu (12.7), căderea de presiune în dispozitivul de îngustare va scădea de 16 ori, iar la un debit - de 100 de ori, eroarea relativă în măsurarea diferenței crește și ea de 16, respectiv de 100 de ori. Precizia debitmetrului este de obicei garantată numai pe scara de 30 ... 100%.
Rugozitatea reală a conductei ascutește profilul de viteză și crește ușor coeficientul de scurgere, în special pentru diametre mici ale conductelor. Acest lucru este luat în considerare prin înmulțirea debitului inițial cu factorul de corecție K w. Pentru toate tipurile de dispozitive de îngustare, valoarea Ksh crește cu o scădere a diametrului conductei și o creștere. Diametrul conductei D > 300 mm au o rugozitate relativă mică (adică, se apropie de proprietăți netede), prin urmare, pentru ei K w = 1.
Schimbare DIN, cauzată de tocirea muchiei de intrare a diafragmei, este luată în considerare prin introducerea unui factor de corecție K p pentru tocirea muchiei de intrare, a cărui valoare depinde de diametrul conductei și de aria relativă a diafragmei. Valoarea lui K p scade odată cu creșterea diametrului conductei și At mic D și valori mari ale β pentru diafragme, produsul K w · K p poate depăși valoarea de 1,03, iar această valoare se modifică în timpul funcționării. Deci, atunci când conducta este contaminată și corodata, valoarea lui K u se modifică, iar pentru diafragme acest efect este mai pronunțat decât pentru duze. Pot apărea erori și mai mari în cazul coroziunii dispozitivului de îngustare sau al unei modificări a profilului acestuia din cauza proprietăților abrazive ale mediului, iar acest lucru este, de asemenea, mai pronunțat pentru diafragme decât pentru duze. Din aceste motive, restrictoarele trebuie să fie realizate dintr-un material dur, rezistent la coroziune.
Astfel, ecuațiile generale de curgere, ținând cont de condițiile specifice de funcționare pentru orificii, sunt:
volumetric
În ecuațiile de curgere pentru duze și conducte Venturi, coeficientul K p este absent, adică. K \u003d 1. În indicarea contoarelor de presiune diferențială - debitmetre și dispozitive secundare în care nu există calculatoare, toate cantitățile incluse în (12.11), (12.12) sunt luate constante. În cazul debitului de masă
Și 
în cazul vracului
În condiții de funcționare, este posibilă o modificare a p, care afectează coeficienții k m , k 0 și specificația de calibrare. O schimbare semnificativă a densității mediului este de obicei observată atunci când temperatura și presiunea gazului se modifică. Dacă o modificare a densității mediului este însoțită de o modificare a lui e, atunci în acest caz citirile debitmetrului masic trebuie înmulțite cu factorul
Pentru a obține rezultate de măsurare comparabile, debitul volumetric al gazului sau al aburului este ajustat la condițiile standard.
Dispozitivele care măsoară fluxul unei substanțe se numesc debitmetre. Dispozitivele care măsoară cantitatea de substanță care curge printr-o anumită secțiune a unei conducte într-o anumită perioadă de timp se numesc contoare de cantitate.În acest caz, cantitatea de substanță este determinată ca diferență între două citiri consecutive ale contorului la începutul și la sfârșitul acestui interval de timp. Citirile contorului sunt exprimate în unități de volum, mai rar în unități de masă. Un dispozitiv care măsoară simultan debitul și cantitatea unei substanțe se numește debitmetru cu contor. Debitmetrul măsoară debitul curent, iar contorul integrează valorile debitului curent.
Recent, practic a dispărut granița dintre contoare și debitmetre. Debitmetrele sunt echipate cu mijloace pentru determinarea cantității de lichid sau gaz, iar contoarele sunt echipate cu mijloace pentru determinarea debitului, ceea ce face posibilă combinarea contoarelor și debitmetrelor într-un singur grup de dispozitive - debitmetre.
Un dispozitiv (diafragmă, duză, tub de presiune) care percepe direct debitul măsurat și îl transformă într-o altă valoare convenabilă pentru măsurare (de exemplu, într-o cădere de presiune) se numește convertizor de debit.
Principiul de funcționare al acestui grup de debitmetre se bazează pe dependența căderii de presiune create de un dispozitiv fix instalat în conductă de debitul substanței.
Când se măsoară debitul prin metoda căderii variabile a presiunii în conducta prin care curge mediul, setați dispozitiv de constricție(SU), creând o îngustare locală a fluxului. Datorită trecerii unei părți din energia potențială a curgerii în cea cinetică, viteza medie a curgerii în secțiunea îngustată crește. Ca rezultat, presiunea statică din această secțiune devine mai mică decât presiunea statică din fața SG. Diferența dintre aceste presiuni este cu atât mai mare, cu atât debitul fluidului care curge este mai mare și, prin urmare, poate servi măsura cheltuielilor. Căderea de presiune în SU (Fig. 78, dar) egală
unde este presiunea la intrarea în dispozitivul de constricție; este presiunea la ieșire.
Măsurarea debitului unei substanțe prin metoda diferenței de presiune variabilă este posibilă în următoarele condiții:
1) fluxul de materie umple întreaga secțiune transversală a conductei;
2) fluxul de substanță în conductă este practic constant;
3) starea de fază a substanței care curge prin SG nu se modifică (lichidul nu se evaporă; gazele dizolvate în lichid nu se desorb; vaporii nu se condensează).
Orez. 5,78. Debitmetre cu presiune diferențială variabilă:
dar- structura fluxului care trece prin diafragma; b - distribuția statică a presiunii R lângă diafragmă de-a lungul lungimii conductei; / - dispozitiv de îngustare (diafragma); 2 - tuburi de impuls; 3 — -manometru diferential de forma; este secțiunea transversală a fluxului de materie, în care acțiunea perturbatoare a diafragmei nu afectează; este secțiunea transversală a fluxului de materie în locul celei mai mari compresii a acesteia; c - duză; G - Duza Venturi
Ca dispozitive de îngustare pentru măsurarea debitului de lichide, gaze, abur, dispozitivele standard de îngustare sunt utilizate pe scară largă. Acestea includ orificiul standard, duza ISA 1932, tubul Venturi și duza Venturi.
Duză ISA 1932 (în continuare - duza) - SU cu orificiu rotund, având la intrare o secțiune înclinată lină cu un profil format din două arce de împerechere, transformându-se într-o secțiune cilindrică la ieșire, numită gât (Fig. 78, în).
Tub de curgere Venturi(denumit în continuare tub Venturi) este un SU cu orificiu rotund, având o secțiune conică la intrare, transformându-se într-o secțiune cilindrică, conectată la ieșire la o parte conică în expansiune numită difuzor.
Venturi- Conducta Venturi cu o sectiune de admisie conica sub forma unei duze ISA 1932 (Fig. 78, G).
Aceste mijloace cele mai studiate de măsurare a debitului și cantității de lichide, gaze și abur pot fi utilizate la orice presiune și temperatură a mediului măsurat.
Instalați diafragma în conductă astfel încât centrul găurii sale să fie pe axa conductei (Fig. 78, dar).Îngustarea fluxului de materie începe înaintea diafragmei, la o anumită distanță în spatele diafragmei fluxul atinge secțiunea transversală minimă. Apoi fluxul se extinde treptat la secțiune transversală completă. Pe fig. 78, b arată distribuția presiunii de-a lungul peretelui conductei (linie continuă), precum și distribuția presiunii de-a lungul axei conductei (linie punctată). Presiunea de curgere în apropierea pereților conductei după SU nu atinge valoarea anterioară cu o sumă - o pierdere irecuperabilă din cauza turbulenței, impactului și frecării (o parte semnificativă a energiei este cheltuită).
Eșantionarea presiunilor statice și posibilă cu tuburi de impuls de conectare 2, introdus în orificiile situate înainte și după diafragmă / (Fig. 78, dar), iar măsurarea căderii de presiune este posibilă folosind un fel de contor de pierdere de presiune (în acest caz, un manometru de presiune diferențială în formă de 3).
Duză (Fig. 78, în) este realizat structural sub forma unei duze cu un orificiu rotund concentric având o porțiune care se conicește neted la intrare și o parte dezvoltată la ieșire. Profilul duzei asigură o compresie aproape completă a fluxului de substanță și, prin urmare, aria găurii cilindrice a duzei poate fi luată egală cu secțiunea transversală a debitului minim, adică . Natura distribuției presiunii statice în duză de-a lungul lungimii conductei este aceeași cu cea a diafragmei. Selectarea presiunii înainte și după duză este aceeași ca și pentru diafragmă.
Duza Venturi (Fig. 78, G) structural constă dintr-o secțiune de intrare cilindrică; o parte care se conicește ușor, transformându-se într-o secțiune cilindrică scurtă; din partea conică în expansiune - difuzorul. Duza Venturi, datorită difuzorului, are o pierdere de presiune mai mică decât diafragma și duza. Natura distribuției presiunii statice în duza Venturi de-a lungul lungimii conductei este aceeași cu cea a diafragmei și a duzei. Selecția presiunii se realizează folosind două camere inelare, fiecare dintre acestea fiind conectată la cavitatea interioară a duzei Venturi printr-un grup de găuri distanțate uniform în jurul circumferinței.
Acum, ecuația debitului volumic pentru un fluid incompresibil ia forma:
Ținând cont de introducerea factorului de corecție e, care ține cont de expansiunea mediului măsurat, rescriem în final ecuația:
Pentru un lichid incompresibil, factorul de corecție e este egal cu unu; la măsurarea debitului de medii compresibile (gaz, abur), factorul de corecție este determinat de nomograme speciale.
Calculul debitmetrelor cu presiune variabilă se reduce la determinarea diametrului găurii și a altor dimensiuni ale duzei sau diafragmei, a coeficientului de curgere, a intervalului dinamic de măsurare, determinat de numerele Reynolds, a căderii de presiune și a pierderii de presiune pe dispozitivul cu orificiu. , factorul de corecție a expansiunii și eroarea în măsurarea debitului de gaz. Pentru calcul, debitele maxime (limita), medii și minime, intervalele de modificări de presiune și temperatură ale gazului, diametrul interior și materialul conductei de măsurare, compoziția gazului sau densitatea acestuia în condiții normale, pierderea de presiune admisibilă sau scăderea de presiune limită corespunzătoare debitului maxim, precum și presiunea barometrică medie la locul de instalare a manometrului-debitmetru.
Metoda de calcul.Înainte de a începe calculul, selectăm tipurile și clasele de precizie ale manometrului de presiune diferențială-debitmetru, manometrului și termometrului. Calculul se efectuează după cum urmează.
1. Determinați coeficientul auxiliar rotunjit la trei cifre semnificative DIN la substituirea în ea a valorii debitului maxim (limitator). Q n. etc, temperatura și presiunea, densitatea gazului în condiții normale ρ n, factor de compresibilitate Zși măsurarea diametrului conductei D:
Cu valoarea găsită a lui C, sunt posibile două tipuri de calcul: în funcție de o anumită cădere de presiune sau în funcție de pierderi de presiune date. Dacă presiunea limită scade Δ r pr, apoi conform nomogramei din Fig. 8.11 determinăm îngustarea relativă preliminară m (modulul) a dispozitivului de îngustare în funcție de coeficientul găsit DINși căderea de presiune limită specificată de-a lungul dispozitivului de constrângere Δ r pr, . S-a găsit valoarea modulo preliminară mînlocuiți în formulă prin definiție tαși calculați debitul preliminar α .
2. Calculăm cu o precizie de patru cifre semnificative coeficientul auxiliar mα
Unde ε - factor de corecție pentru dilatarea gazului pentru presiunea diferențială limită superioară a manometrului Δ r pr , ; Δ r pr, - căderea de presiune limitatoare superioară pe dispozitivul de îngustare, kgf/m 2 .
3. Determinați valoarea rafinată a modulului m cu o precizie de patru cifre semnificative conform formulei
m = mα/α.
4. După valoarea rafinată a modulului m găsim noua valoare a factorului de corecție pentru expansiune și calculăm diferența dintre
valoare calculată inițial ε si rafinat. Dacă această diferență nu depășește 0,0005, atunci valorile calculate mȘi ε considerată definitivă.
5. Determinați diametrul d deschideri ale diafragmei la finalul selectat m
6. Valori găsite ale coeficienților de curgere α , factor de corecție pentru expansiune ε , diametru d deschideri ale diafragmei, precum și Δ r pr, p 1, T 1, r nȘi Z utilizați pentru a determina debitul de gaz și pentru a verifica calculul debitului maxim de gaz Q n. etc. Valoare primită Q n. etc. nu trebuie să difere de valoarea specificată cu mai mult de 0,2%. Dacă valoarea găsită a debitului de gaz limitator diferă de valoarea specificată cu mai mult de 0,2%, atunci calculul se repetă până când se obține eroarea necesară în calcularea debitului de gaz limitator și a parametrilor diafragmei.
7. Definiți noi valori rafinate ale modulelor m, diametru d orificiile orificiilor, precum și coeficientul de curgere α și recalculați. Dacă valoarea calculată ajustată a debitului de gaz limitator nu diferă de valoarea specificată cu mai mult de 0,2%, atunci valorile ajustate m, dȘi α , sunt fixate în foaia de calcul a dispozitivului de îngustare.
8. Calculați numerele Reynolds minime și maxime și comparați numărul Reynolds minim cu valorile limită
9. Determinați grosimea diafragmei E, lățimea părții cilindrice a diafragmei e c, lățimea golului inelar din, precum și dimensiunile camerelor inelare AȘi b.
10. Selectăm lungimile secțiunilor drepte ale conductelor de măsurare înainte și după diafragmă.
11. Calculați eroarea de măsurare a debitului
Datele obținute sunt înregistrate în fișa de calcul a dispozitivului de îngustare și stau la baza fabricării și instalării acestuia.
Exemplul 9.3.3. Luați în considerare calculul deschiderii cu următoarele date inițiale. Mediu măsurat - gaz de hidrocarburi naturale cu o densitate în condiții normale ρ n\u003d 0,727 kg / m 3. Cel mai mare debit de gaz măsurabil (limitator), redus la condiții normale, Q ex.= 100000 m 3 / h, medie Q n.av.\u003d 60000 m 3 / h, minim, Q n. min\u003d 30000 m 3 / h. Temperatura gazului în fața dispozitivului de îngustare T 1\u003d 278 K. Presiune excesivă a gazului în fața dispozitivului de îngustare R 1 izb\u003d 1,2 MPa \u003d 12 kgf / cm 2. Limitarea căderii de presiune pe dispozitivul de îngustare (diafragmă) Δ p pr\u003d 2500 kgf / m 2 \u003d 0,25 kgf / cm 2. Presiunea barometrică medie r b\u003d 0,1 MPa \u003d 1 kgf / cm 2. Diametrul interior al conductei în fața diafragmei D= 400 mm. Vâscozitatea gazului în condiții de funcționare μ \u003d 1,13 10 -6 kgf s / m 2.
În fața diafragmei există rezistențe locale sub forma unui colector de admisie cu două coturi situate în planuri diferite și o supapă de închidere a admisiei. 3a, manșonul termometrului și robinetul de evacuare sunt instalate cu o diafragmă. Eroarea permisă de la neluarea în considerare a lungimilor secțiunilor drepte înainte și după diafragmă δα L nu trebuie să depășească 0,3%. Selectarea presiunii din diafragmă - unghiulară. În interiorul secțiunii drepte a conductei de măsurare la distanță l= 2 m există o margine de la îmbinarea țevii cu o înălțime h=1 mm. Excentricitatea axei deschiderii diafragmei și a conductei de măsurare e=2 mm.
Erori reduse δ ppȘi δ pc planimetrele proporționale și radiculare sunt aceleași și nu depășesc 0,5% τ Δр, Δ τ Δр, Δ τ pși Δ τ T nu depășește 2 min.
Procedura de calcul
1. Ca dispozitiv de îngustare, alegem o diafragmă (Fig. 9.10, a) din oțel inoxidabil clasa X17. Ca dispozitiv secundar de măsurare a fost ales un manometru de presiune diferențială cu auto-înregistrare cu burduf de tip DSS-734, cu o clasă de precizie de 1,5, cu o cădere de presiune Δ limitatoare. r pr\u003d 2500 kgf / m 2, având un record de presiune suplimentar de clasa de precizie 1.0 cu presiune limită r pr\u003d 25 kgf / cm 2. Pentru a înregistra temperatura gazului, a fost selectat un termometru manometric cu auto-înregistrare de tip TJ cu o clasă de precizie de 1,0 cu o limită de măsurare de la -50 la 50 °C.
2. Determinați presiunea absolută a gazului în fața dispozitivului de îngustare conform formulei:
p1 = p 1 w+p b\u003d 1,2 + 0,1 \u003d 1,3 MPa \u003d 13 kgf / cm 2
3. Când ρ n\u003d 0,727 kg / m 3 factorul de compresibilitate al gazelor naturale va fi 0,974.
4. Determinați coeficientul auxiliar DIN dupa formula:
5. Cu un coeficient cunoscut DIN=11,530 și limitează căderea de presiune Δ r pr\u003d 2500 kgf / m 2 conform unui fragment al nomogramei, fig. 9.11, determinați valoarea numerică a modulului diafragmei mși pierderea ireversibilă de presiune pe diafragmă r p.
Pentru a obține valoarea modulului t și a pierderii de presiune r p pus pe axa x a nomogramei DIN=11,530 și restabiliți perpendiculara pe intersecția în punctul A cu curba 1 corespunzătoare căderii de presiune limită Δ r pr\u003d 2500 kgf / m 2. Linia dreaptă înclinată 2 care trece prin punctul A corespunde valorii modulului de deschidere necesar m=0,356. Trasând o linie orizontală de la punctul A până la intersecția cu axa y, obținem valoarea pierderii ireversibile de presiune r p pe diafragmă, egal cu 0,16 kgf / cm 2.
6. Calculați numărul Reynolds minim Remin corespunzător debitului minim de gaz Q n. min\u003d 30000 m 3 / h, adică
Remin = 0,0361 Q n. min ρn/(Dμ m ah) = 0,0361 30000 ×
× 0,727 / (400 1,13 10 -6) \u003d 1,74 10 6.
Această valoare a numărului minim Reynolds satisface condiția.
Orez. 9.11. Fragment de nomogramă pentru DIN=f(Δ p pr, T, r p).
8. Să se determine valoarea coeficientului adiabatic X in conditii de munca p1\u003d 13 kgf / cm 2 și T=278 K:
X\u003d 1,29 + 0,704 10 -6 p 1 \u003d 1,29 +
0,704 10 -6 13 = 1,29 + 0,088 = 1,378.
9. Calculați valoarea preliminară a factorului de corecție pentru extensii ε cu o valoare preliminară cunoscută a modulului m=0,356, coeficient adiabatic X= 1,378, limită căderea de presiune Δ r pr\u003d 0,25 kgf / cm 2 și presiune p1\u003d 13 kgf / cm 2:
ε \u003d 1 - (0,41 + 0,35m 2) Δ r pr /(X P 1) \u003d 1 - (0,41 + 0,35 0,356 2) ×
× 0,25 / (1,378 13) \u003d 1 - 0,454 0,0140 \u003d 0,99.
10. Calculați coeficientul auxiliar mα la DIN = 11,530, ε =0,99 și Δ r pr\u003d 2500 kgf/m 2:
mα= С/( ε ) = 11,530/(0,99 ) = 0,2329.
11. Determinați valoarea rafinată a modulului m la mα=0,2329 și α =0,6466:
m = mα/α= 0,2329/0,6466 = 0,36.
12. Cu o nouă valoare rafinată m=0,36 debit α egală
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. Când m=0,36 Diametrul orificiului diafragmei
d= = 400 = 240 mm.
14. Înlocuim valorile găsite în formulă d=240 mm, α =0,6468, ε = 0,99, ∆ r pr\u003d 2500 kgf / m 2, p1\u003d 13 kgf / cm 2, T1= 278 K, ρ n\u003d 0,727 kg / m 3 și Z=0,974:
Q n.c.= 0,2109αεd 2 = 0,2109 0,6468 0,99 240 2 ×
× \u003d 7778,64 12,85 \u003d 99955,6 m 3 / h.
15. Găsiți eroarea în calcularea debitului maxim de gaz Δ Q dupa formula:
Eroare de calcul Δ Q =0,04 % <0,2 %, что вполне допустимо. Здесь Qcalc- valoarea calculată actualizată a debitului maxim (limitator) de gaz, m 3 / h. Deoarece eroarea de calcul de 0,04% este destul de acceptabilă, acceptăm în cele din urmă următorii parametri ai diafragmei de măsurare. Diametrul orificiului diafragmei d=240 mm, debit α =0,6468 și modul m=0,36.
16. Calculați numărul maxim Reynolds Remax, corespunzător debitului de gaz limitator (maxim). Q n.c.\u003d 100000 m 3 / h:
Remax = 0,0361Q n.c. ρ n/(Dμ) = 0,0361 100000×
×0,727 / (400 1,13 10 -6) = 2,64 10 6 .
17. Acceptăm grosimea discului cu diafragmă E=0,05 D.Apoi E\u003d 0,05-400 \u003d 20 mm. Lățimea părții cilindrice a deschiderii diafragmei e c(orez.
9.10, a), care apoi intră în partea conică de ieșire, selectăm din raportul 0,005 D 0,02 D. După ce a acceptat e c=0,02 D, înțelegem asta e c=0,02∙400=8 mm. Unghiul de teșire al ieșirii conice a diafragmei q trebuie să fie de cel puțin 30 și nu mai mult de 45°. Acceptăm unghiul de teșire.
18. Lățimea fantei inelare c conectarea camerelor de prelevare a probelor cu conducta nu trebuie să depășească 0,03 D la T≤ 0,45. În acest caz
19. Dimensiunile secțiunii transversale ale camerelor de prelevare a probelor de presiune AȘi b alege din condiția:
După ce a acceptat b = 1,5A, înțelegem asta dar≥ 70,8 mm și b ≥ 1,5dar≥ mm. Grosime h pereții carcasei camerei trebuie să fie de cel puțin 2 din, adică
20. Determinați lungimea secțiunilor drepte ale conductei de măsurare în fața diafragmei L 1 și L2 iar după diafragmă l 1Și l 2 pe baza erorii date. După condiție, în fața diafragmei există două rezistențe locale. Cea mai îndepărtată de diafragmă este conducta de admisie cu două coturi situate în planuri diferite, iar supapa de admisie cea mai apropiată de diafragmă. În spatele diafragmei se află un manșon pentru termometru și un robinet de evacuare. Determinați distanța minimă L2/Dîntre conducta de admisie cu un grup de coturi situate în planuri diferite şi supapa de admisie. Cu dispunerea indicată a rezistențelor locale, obținem că L2 /D= 30. Când D=400 mm = 0,4 m
.
Distanta minima L2/D intre robinetul de admisie si diafragma, cu un modul m= 0,36 și eroare dată δ a L= 0,3% este egal cu 20. Cu L2/D =20
Distanţă l 1 de la capătul de ieșire al diafragmei la manșonul termometrului trebuie să fie mai mult de 2 D, adică
Determinați distanța minimă l 2 de la capătul de evacuare al diafragmei până la supapa de evacuare. La m =0,36
Ținând cont de calculele efectuate, lungimile tronsoanelor drepte ale conductei de măsurare (Fig. 9.10, a) au următoarele dimensiuni: L 1 = 8 m, L2=12 m, l 1=0,8 m și l 2= 2,8 m.
Calculul erorii de măsurare a debitului de gaz. Pentru a calcula eroarea în măsurarea debitului de gaz uscat, scriem datele inițiale,
obținut în calculul dispozitivului de îngustare (diafragmă) și, de asemenea, determină o serie de date suplimentare. Cu diametrul conductei D= 400 mm, modul m=0,36 și numărul minim Reynolds Remin=1.74∙10 6 , pe baza condițiilor specificate în acest capitol, putem presupune că și . La măsurarea dimensiunilor reale ale conductei de măsurare și ale diafragmei, s-a obținut că înălțimea pervazului în interiorul secțiunii drepte a conductei în fața diafragmei atunci când conductele sunt îmbinate. h= 1 mm distanta l= 2 m de la diafragmă și excentricitatea axei deschiderii diafragmei și a conductei de măsurare e=2 mm. Pentru lungimi selectate de secțiuni drepte în fața diafragmei L 1 = 8 m și L 2 =12 m și modul m= 0,36 valoare de eroare δ a L= 0,3%. La înălțimea pervazului L=1 mm și diametru D=400 mm constatăm că:
La mai puțin de 0,3%, se poate presupune că δ a L=0. Cu excentricitate e\u003d 2 mm verificăm îndeplinirea condițiilor:
Din aceste condiții, se poate observa că valoarea reală a excentricității e\u003d 2mm satisface condiția și, prin urmare, eroarea din influența excentricității . Înlocuind datele obținute în formulă, obținem eroarea în determinarea coeficientului de curgere dar.
