Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

Измерение расхода жидкостей, газа и пара - 1983

.docx
Скачиваний:
226
Добавлен:
11.08.2013
Размер:
857.27 Кб
Скачать

и вентили, особенно регулирующие, рекомендуется устанавливать после СУ. Длина Lк прямого участка перед сужающим устройством зависит от относительного диаметра β, диаметра трубопровода D и вида местного сопротивления, расположенного до прямого участка,

— постоянные коэффициенты, зависящие от вида местного сопротивления. Их величина и наименьшие значения Lк1/D для девяти типов местных сопротивлений приведены в табл. 12.2.

Так, для вида местного сопротивления «Задвижка, полнопроходной шаровой кран» при, приДлина прямого участка L2 после сужающего устройства зависит только от числа Дляи при = 0,8, Допускается уменьшение длины прямых участков перед СУ до величины, вызывающей дополнительную погрешность δL, которая не превысит ±1%. Погрешность суммируется со значением δс0 и рассчитывается по формуле

,

где отношение действительной длины прямого участка к расчетной. Погрешность всоответствует

Допускается сокращение длины линейного участка после СУ вдвое, но при этом дополнительная погрешность к коэффициенту истечения составит

Необходимо, чтобы контролируемая среда заполняла все поперечное сечение трубопровода, причем фазовое состояние вещества не должно изменяться при прохождении через сужающее устройство. Конденсат, пыль, газы или осадки, выделяющиеся из контролируемой среды, не должны скапливаться вблизи сужающего устройства.

Дифманометр подключается к сужающему устройству двумя соединительными линиями (импульсными трубками) внутренним диаметром не менее 8 мм. Допускается длина соединительных линий до 50 м, однако из-за возможности возникновения большой динамической погрешности не рекомендуется использовать линии длиной более 15 м.

Для правильного измерения расхода перепад давления на входе дифманометра должен быть равен перепаду давления, развиваемому сужающим устройством, т.е. перепад от сужающего устройства к дифманометру должен передаваться без искажения.

Это возможно в случае, если давление, создаваемое столбом среды в обеих соединительных трубках, будет одинаковым. В реальных условиях это равенство может нарушаться. Например, при измерении расхода газа причиной этого может быть скапливание конденсата в неодинаковом количестве в соединительных линиях, а при измерении расхода жидкости, наоборот, скапливание выделяющихся газовых пузырьков. Во избежание этого соединительные линии должны быть либо вертикальными, либо наклонными с уклоном не менее 1:10, причем на концах наклонных участков должны быть конденсато- или газосборники. Кроме того, обе импульсные трубки следует располагать рядом, чтобы избежать неодинакового нагрева или охлаждения их, что может привести к неодинаковой плотности заполняющей их жидкости и, следовательно, к дополнительной погрешности. При измерении расхода пара важно обеспечить равенство и постоянство уровней конденсата в обеих импульсных трубках, что достигается применением уравнительных сосудов.

К одному сужающему устройству может быть подключено несколько дифманометров. При этом допускается подключение соединительных линий одного дифманометра к соединительным линиям другого.

При измерении расхода жидкости дифманометр рекомендуется устанавливать ниже сужающего устройства 1, что исключает попадание в соединительные линии и дифманометр газа, который может выделиться из протекающей жидкости (рис. 12.5, а).

Рис. 12.5. Схема соединительных линий при измерении расхода жидкости с установкой дифматометра ниже (и) и выше (б) сужающего устройства:

1 — сужающее устройство; 2 — запорные вентили; 3 — продувочный вентиль; 4 — газосборники;

5 — разделительные сосуды

Для горизонтальных и наклонных трубопроводов соединительные линии должны подключаться через запорные вентили 2 к нижней половине трубы (но не в самой нижней части) во избежание попадания в линии газа или осадков из трубопровода. Если дифманометр все же устанавливается выше сужающего устройства (рис. 12.5, б), то в наивысших точках соединительных линий необходимо устанавливать газосборники 4 с продувочными вентилями. Если соединительная линия состоит из отдельных участков (например, при обходе какого-либо препятствия), то газосборники устанавливаются в наивысшей точке каждого участка. При установке дифманометра выше сужающего устройства трубки вблизи последнего прокладываются с U-образ­ным изгибом, опускающимся ниже трубопровода не менее чем на 0,7 м для уменьшения возможности попадания газа из трубы в соединительные линии. Продувка соединительных линий осуществляется через вентили 3.

При измерении расхода агрессивных сред в соединительных линиях возможно ближе к сужающему устройству устанавливаются разделительные сосуды 5. Соединительные линии между разделительным сосудом и дифманометром, частично и сам сосуд заполнены нейтральной жидкостью, плотность которой больше плотности измеряемой агрессивной среды. Остальная часть сосуда и линии до сужающего устройства заполнены контролируемой средой. Следовательно, поверхность раздела контролируемой среды и разделитель­ной жидкости находится внутри сосуда, причем уровни раздела в обоих сосудах должны быть одинаковыми.

Разделительная жидкость выбирается таким образом, чтобы она химически не взаимодействовала с контролируемой средой, не смешивалась с ней, не давала отложений и не была агрессивной по отношению к материалу сосудов, соединительных линий и дифманометра. Чаще всего в качестве разделительной жидкости используются вода, минеральные масла, глицерин, водоглицериновые смеси.

При измерении расхода газа дифманометр рекомендуется устанавливать выше сужающего устройства, чтобы конденсат, образовавшийся в соединительных линиях, мог стекать в трубопровод (рис. 12.6, а). Соединительные линии нужно подключать через запорные вентили 2 к верхней половине сужающего устройства, их прокладку желательно производить вертикально. Если вертикальная прокладка соединительных линий невозможна, то их следует прокладывать с наклоном в сторону трубопровода или конденсатосборников 4. Подобные требования должны выполняться и при расположении дифманометра ниже сужающего устройства (рис. 12.6, б). При измерении расхода агрессивного газа в соединительные линии должны включаться разделительные сосуды.

Рис. 12.6. Схема соединительных линий при измерении расхода газа с установкой дифманометра выше (я) и ниже (б) сужающего устройства:

1 — сужающее устройство; 2 — запорные вентили; 3 — проду­вочный вентиль; 4 — конденсатосборник

Рис. 12.7. Схема, поясняющая назначение уравнительных конденсационных сосудов при измерении расхода пара:

а—в — стадии измерения разности давлений

При измерении расхода перегретого водяного пара неизолированные соединительные линии оказываются заполненными конденсатом. Уровень конденсата и его температура в обеих линиях должны быть одинаковыми при любом расходе.

Для стабилизации верхних уровней конденсата в обеих соединительных линиях вблизи сужающего устройства устанавливаются уравнительные конденсационные сосуды. Назначение уравнительных сосудов можно пояснить с помощью рис. 12.7. Предположим, что при отсутствии уравнительных сосудов и некотором расходе пара уровень конденсата в обеих импульсных трубках одинаков. При увеличении расхода на сужающем устройстве увеличивается перепад давления, заставляющий нижнюю мембранную коробку сжиматься, а верхнюю растягиваться (рис. 12.7, б). Из-за изменения объемов коробок в нижнюю, «плюсовую» камеру дифманометра будет затекать конденсат из «плюсовой» импульсной трубки, что приведет к понижению уровня в ней на величину h. Из верхней, «минусовой» камеры дифманометра конденсат будет выталкиваться в импульсную трубку и в паропровод, но высота столба конденсата останется неизменной. Образовавшаяся разница уровней конденсата создает перепад давления hρg, уменьшающий перепад давления в сужающем устройстве. Таким образом, на дифманометр будет действовать перепад, т.е. показания расходомера будут заниженными. Нетрудно заметить, что абсолютная погрешность измерения будет расти с увеличением изменений расхода.

Очевидно, что погрешность можно снизить уменьшением h. Для этого на концах импульсных трубок устанавливают уравнительные конденсационные сосуды (рис. 12.8) — горизонтально расположенные цилиндры большого сечения. Так как сечение этих сосудов велико, вытекание из них конденсата мало изменит его уровень, так что перепад Δpд, измеряемый дифманометром, можно считать равным перепаду в сужающем устройстве.

Рис. 12.8. Схема соединительных линий при измерении расхода пара с установкой дифманометра ниже (а) и выше (б) сужающего устройства:

1 — сужающее устройство; 2 — уравнительные сосуды; 3, 4 — запорные и продувочные вентили;

5 — газосборник

При измерении расхода пара дифманометр следует располагать ниже сужающего устройства 1 и уравнительных сосудов 2 (рис. 12.8, а) для облегчения удаления воздуха из соединительных линий. Допускается дифманометр располагать выше сужающего устройства, но в верхней точке соединительных линий в этом случае необходимо устанавливать газосборники 5 (рис. 12.8, б), позиции 3,4 — запорные и продувочные вентили.

Специальные сужающие устройства. Эти устройства используются для измерения расхода методом переменного перепада давления без индивидуальной градуировки, если их расчет, изготовление и установка выполнены в соответствии с методическими указаниями РД 50-411. К специальным сужающим устройствам (ССУ) относятся диафрагмы с коническим входом, цилиндрические сопла, сопла «четверть круга», двойные диафрагмы, сегментные и износоустойчивые диафрагмы, стандартные диафрагмы с внутренним диаметром менее 50 мм, все они представлены соответственно на рис. 12.9, а ÷ ж. При использовании ССУ должны выполняться те же условия, что и для обычных стандартных сужающих устройств. Специальные сужающие устройства допускаются к применению только в той области чисел Рейнольдса, где коэффициент расхода а можно считать не зависящим от расхода. Эти границы зависят от типа ССУ и его относительной площади

Диафрагмы с коническим входом используются на трубопроводах диаметром D от 12,5 до 100 мм, при этом относительная площадь т составляет 0,01...0,25 и диаметр отверстия диафрагмы 6...50 мм. Значениеизменяется от 40 (при т = 0,01) до 250 (при т = 0,25). В свою очередь,изменяется от 20 000 (при т = 0,01) до 50 000 (при).

Цилиндрические сопла используются длямм при мм;изменяется от 500 (при т = 0,01) до 5500 (при m = 0,49) соответственно = 8000...200 000.

Сопла «четверть круга» могут иметь различные конструктивные исполнения, на рис. 12.9 показано одно из них. У всех исполнений профиль сужающей части описывается дугой определенного радиуса r.

Такие ССУ используются для D = 25... =100 мм при т = 0,05...0,49 и d = 6...70 мм;изменяется от 2000 (при т = 0,05) до 5000 (при т = 0,49) соответственно= 35 000.. .200 000.

Двойные диафрагмы состоят из двух диафрагм, удаленных друг от друга. У первой по ходу потока диафрагмы т1 больше относительной площади второй диафрагмы т, причем связь между т1 и т должна быть определенной. Перепад давления измеряется у передней плоскости первой диафрагмы и задней плоскости второй. Такой тип ССУ используется для D = 40... 100 мм при т = 0,1...0,5 и d = 12,7...70,5 мм; Remin изменяется от 2500 (при т = 0,1) до 15000 (при т = 0,50) соответственно = 150000...400000.

Сегментные диафрагмы обычно используются для измерения расхода загрязненных сред или жидкостей, из которых могут выделяться газы. В первом случае отверстие диафрагмы располагается в нижней части трубы, а во втором — в верхней. Они используются для D = 50...1000 мм при т = 0,1...0,50

Рис, 12.9. Специальные сужающие устройства:

а — диафрагма с коническим входом; б - цилиндрическое сопло; в — сопло четверть круга; г — двойная диафрагма; д — сегментная диафрагма; е — износоустойчивая диафрагма; ж — диафрагма для D < 50 мм

Износоустойчивые диафрагмы (стандартные диафрагмы со снятой фаской по входной кромке) используются для D = 30...1000 мм при т = = 0,05...0,64 и d = 16...800 мм при этом

= 20000...300000, при всех т значение= 107.

Стандартные диафрагмы для трубопроводов с внутренним диаметром менее 50 мм используются для

D = 14...50 мм при т = β2 = 0,05...0,64 и d = 7...40 мм, при этом Remin = 2200...300000, при всех т значение= 107.

Диафрагмы с входным конусом, сопла «четверть круга», двойные диафрагмы, цилиндрические сопла рекомендуются для измерения расхода веществ при малых числах Re, что имеет практическое значение в случаях установки сужающих устройств в трубопроводах малого диаметра, измерения расхода вязких жидкостей и горячих газов.

Сегментные диафрагмы используются для измерения расхода загрязненных жидкостей и газов, в которых объемное относительное содержание жидкой и твердой фазы не должно превышать соответственно

— плотности смеси и примеси.

Износоустойчивые диафрагмы рекомендуется применять взамен обычных стандартных диафрагм. Это объясняется тем, что у последних острая входная кромка неизбежно притупляется под действием потока, что приводит к росту погрешности измерения расхода. В то же время износоустойчивые диафрагмы длительное время сохра­няют свой профиль неизменным.

Стандартные диафрагмы для трубопроводов с внутренним диаметром менее 50 мм рекомендуются для измерения малых расходов газа (менее 50 м3/ч) и малых расходов жидкостей (менее 5 м3/ч), обладающих кинематической вязкостью менее 10-6 м2/с.

При изготовлении специальных сужающих устройств высокие требования предъявляются к шероховатости их проточной части. Кроме того, ССУ допускаются к применению только на гладких трубопроводах, к числу которых относятся трубопроводы с заданной относительной шероховатостью на участке 10D до ССУ. До и после ССУ должны быть прямые участки трубопровода, длина которых зависит от β, ССУ и типа местного сопротивления. Регулирующую аппаратуру необходимо устанавливать за ССУ. Перепад давления может измеряться любым из способов, представленных на рис. 12.4

Вопрос №3

Расходомеры постоянного перепада давления, тахометрические и электромагнитные

Ротаметры. Наиболее распространенными представителями расходомеров постоянного перепада являются ротаметры. Ротаметры используются в промышленных и лабораторных условиях для измерения небольших объемных расходов жидкостей (верхние пределы от 0,002 до 70 м3/ч) или газов (верхние пределы от 0,05 до 600 м3/ч) в вертикальных трубопроводах диаметром 3...150 мм.

Ротаметры обладают рядом достоинств: простота устройства; возможность измерения малых расходов однофазных жидкостей и газов в трубопроводах малых диаметров; высокая точность при индивидуальной градуировке прибора; малая потеря давления; практически равномерная шкала; динамический диапазон Gв.п./Gн.п. достигает десяти.

Недостатками ротаметров являются необходимость установки только на вертикальных участках трубопроводов; трудности дистанционной передачи показаний и записи; непригодность для измерения расхода сред с высокими давлением и температурой.

В простейшем виде ротаметр представляет собой вертикальную коническую (расходящуюся вверх) стеклянную трубку 1 (рис. 13.1), внутри которой располагается поплавок 2. Поплавки могут иметь различную форму. Одна из форм — цилиндрическая с нижней конической частью и верхним бортиком с вырезанными на нем косыми канавками. Контролируемая среда при протекании через эти канавки обеспечивает вращение поплавка, при этом он центрируется по оси трубки и устраняется его трение о стенки.

Рис. 13.1. Схема ротаметра:

1 — стеклянная трубка; 2 — поплавок

Между бортиком поплавка и стенкой трубки образуется кольцевой зазор fк, при прохождении через который поток сужается, скорость его растет, и возникает разность между давлением в сечениидо начала сужения и давлением р2 в самом узком сечении ВВ кольцевой струи. С подъемом поплавка площадьувеличивается. Принцип действия ротаметра основан на уравновешивании при любом расходе силы тяжести поплавка силами, действующими на него со стороны жидкости. При этом вертикальное положение поплавка будет однозначно связано с расходом.

Рассмотрим подробнее силы, действующие на поплавок, находящийся в среде плотностью ρ. На поплавок, имеющий объем наибольшее сечениесреднюю плотность, сверху вниз действует си­а тяжести

Снизу вверх на поплавок действуют:

1) сила, обусловленная разностью статических давлений возникающая вследствие ускорения потока в кольцевом зазоре p1 - p2 между стенкой и поплавком,

2) динамический напоргде φ — коэффициент сопротивления поплавка, зависящий от его формы; р — плотность среды; и — ее скорость в сечении АА;

3) сила трения потока о боковую поверхность поплавка Nк — коэффициент, зависящий от числа Рейнольдса и степени шероховатости поплавка;— средняя скорость потока в кольцевом зазоре; п - показатель степени, зависящий от скорости; fб — площадь боковой поверхности поплавка.

Поплавок будет висеть в потоке жидкости или газа, если соблюдается равенство сил, действующих на него сверху и снизу:

Отсюда можно получить уравнение

Силыиобычно малы, и если ими пренебречь, то можно записать

(13.1)

т.е. перепад давления на поплавке оказывается не зависящим от расхода (в действительности из-за увеличения иперепад с увеличением расхода несколько уменьшается). Поэтому ротаметры относятся к группе расходомеров постоянного перепада. Действие ротаметра можно пояснить, используя выражение (13.1).

Предположим, что при исходном расходе С0 поплавок занимает исходное положение, характеризующееся площадью кольцевого зазора fк. При этом на поплавок действует перепадпри котором выполняется равенство (13.1). При увеличении расхода в первый момент положение поплавка инеизменны, в силу чего и начнут увеличиваться. При этом нарушается равенство (13.1), поплавок начнет подниматься вверх ибудет увеличиваться (из-за конусного профиля трубки), что приведет к уменьшению и в кольцевом зазоре и р] р2. Поплавок будет подниматься до тех пор, пока вновь не восстановится равенство (13.1). Очевидно, что любому расходу будет соответствовать определенная площадь кольцевого зазора, т.е. определенное положение поплавка. Уравнение, связывающее G0 и fк, обычно записывается в виде, аналогичном уравнению расхода для расходомеров переменного перепада:

и

С учетом (13.1)

Из (13.2) следует, что при α = const существует линейная зависимость между G0 и fк. Однако при конической форме трубки линейной зависимости между G0 и перемещением поплавка Н не будет из-за нелинейной зависимости. Кроме того, в реальных условиях при перемещении поплавка несколько изменяется Поэтому использование равномерной шкалы для ротаметров обусловливает определенную долю в общей погрешности измерения.

Из (13.2) следует также, что положение поплавка зависит не только от расхода, но и от плотности контролируемой среды, т.е. градуировка ротаметра должна производиться с ее учетом. Из-за большого разнообразия контролируемых сред ротаметры подразделяются на две группы: для жидкостей, которые градуируются на воде, и для газов, которые градуируются на воздухе. Если такие ротаметры используются для измерения расхода других сред, то их показания нужно умножать на поправочный множитель Если плот­ность измеряемойи градуировочнойсред близки, то

Обычно для газови в этом случае Переградуировка ротаметра на другой диапазон измерения в соответствии с (13.2) может быть осуществлена изменением рп, например в результате изготовления поплавка из другого материала или пустотелым.

Погрешность измерения расхода ротаметром может быть определена через погрешности величин, входящих в формулу (13.2). Наибольшее влияние на погрешность оказывает изменение а (например, из-за изменения структуры потока вследствие турбулентности), погрешность определения плотности среды, отличие действительных размеров трубки и поплавка от расчетных, отличие массы поплавка от расчетной. Эти погрешности имеют достаточно большие значения, причем некоторые из них возрастают к началу шкалы.

Основная погрешность ротаметров обычно равна при индивидуальной градуировке она может быть уменьшена доОбычно нижний предел измеряемого расхода ротаметра Gн.п. составляет 0,1 от верхнего предела Gв.п.. Важным отличием ротаметров от других типов расходомеров является незначи­тельная и почти постоянная в рабочем диапазоне потеря давления. У стандартных расходомеров она не превышает 10 кПа для жидкостных приборов и 5 кПа для газовых.

Соседние файлы в предмете Метрология, стандартизация и сертификация