Файл: Петров И.К. Технологические измерения и приборы в пищевой промышленности учебник.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 10.04.2024
Просмотров: 262
Скачиваний: 1
в движение от электродвигателя 4. По мере наполнения мукой ковш 9 перемещается вниз, при этом заслонка питателя 5 час тично перекрывает поток муки и резко уменьшает ее поступле ние в ковш. После этого наступает второй этап взвешивания — досыпка. -Когда масса в ковше достигнет заданной, срабатывает автоматический механизм весов: заслонка полностью перекры вает подачу муки, открывается днище ковша и взвешенная пор ция высыпается в приемное устройство. После закрытия днища цикл повторяется, а счетчик количества отвесов 7 фиксирует от вешенную порцию. Точность взвешивания регулируется переме щением гири 3 регулятора. Весы закрываются кожухом 6. Все узлы весов крепятся на литой раме 8. В весах предусмотрена блокировка, обеспечивающая невозможность открытия днища ковша 9 при открытой заслонке питателя 5. Пределы взвешива ния весов 40—80 кг; класс точности 0,1; производительность 1—5 т/ч.
Отечественной промышленностью выпускается большая но менклатура автоматических весовых дозаторов сыпучих мате риалов различных конструкций и назначения. Они предназна чены для автоматического дозирования, но могут быть исполь зованы и как массовые расходомеры.
§ 5 . РАСХОДОМЕРЫ ГИДРАВЛИЧЕСКОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ
РАСХОДОМЕРЫ ПЕРЕМЕННОГО ПЕРЕПАДА ДАВЛЕНИИ
В основу метода измерения расхода с помощью расходоме ров переменного перепада давлений положено явление, заклю чающееся в изменении потенциальной энергии (статического давления) вещества, протекающего через местное сужение в трубопроводе. В качестве сужающих устройств применяются различные диафрагмы и сопла.
Диафрагма представляет собой тонкий диск, установленный так, что его отверстие располагается концентрично внутреннему сечению трубопровода (рис. 88). При протекании потока жидко сти или газа в трубопроводе с диафрагмой сужение их начина ется до диафрагмы. На некотором расстоянии за ней под дейст вием сил инерции поток сужается до минимального сечения, а далее постепенно расширяется до полного сечения трубопро вода. Перед диафрагмой и после нее образуются зоны завихре ния. Давление струи около стенки вначале возрастает из-за под пора перед диафрагмой. За диафрагмой оно снижается до ми нимума, затем снова повышается, но не достигает прежнего
значения. Потери давления р п о т происходят вследствие |
трения |
и завихрений. |
|
Таким образом, часть потенциальной энергии давления |
потока |
переходит в кинетическую. В результате средняя скорость потока в суженном сечении повышается, а статическое давление в этом
•сечении становится меньше статического давления перед сужаю щим устройством. Разность этих давлений (перепад давлений) служит мерой расхода протекающей через сужающее устройство жидкости, газа или пара.
Из рис. 88 видно, что давление по оси трубопровода, показан ное штрих-пунктирной линией, несколько отличается от давления вдоль стенки трубопровода только в средней части графика. Че-
/2
z J ^
Рис. 88. Схема распределения статического давления в потоке при установке в трубопроводе диафрагмы.
рез отверстия 1 и 2 производится измерение статических давле ний до и после сужающего устройства.
Выделим в трубопроводе два сечения; сечение /, где еще нет влияния сужающего устройства на поток, и сечение //, в месте наибольшего сжатия струи. При этом статические давления в этих сечениях остаются постоянными.
Зависимость между расходом несжимаемой жидкости и пере падом давлений может быть определена из уравнения Бернулли для этого потока, выражающего закон сохранения энергии, и уравнением неразрывности струи. При условии, что трение от сутствует, для горизонтального трубопровода эти уравнения бу дут иметь следующий вид:
|
|
Pi |
|
Р 2 |
(280) |
|
|
Pi |
2 |
р 2 |
|
|
|
|
|||
|
|
f ) 1 y 1 F 1 = |
p2v2F2 |
(281) |
|
где для соответствующих сечении: |
|
|
|
||
Р[ |
и р2— |
абсолютные статические давления, Па; |
|
||
vi |
и v2— |
средние скорости, м/с; |
|
|
|
F± |
и F2— площади поперечного сечения потока, м3 ; |
|
|||
р а |
и р 2 — плотности жидкости, кг/м3 . . |
|
|
Так как плотность жидкости, проходящей через сужающее устройство, практически не изменяется, т. е. Pi - Р2 — Р, получаем
Р І - Р 2 = у |
Н - ^ ) ; |
|
(282) |
ViFi = v2F2. |
|
(283) |
|
Следует отметить, что уравнения (282) |
и (283) справедливы |
||
для v2 меньше критической, которая равна |
скорости звука в из |
||
меряемой жидкости. |
|
|
|
Из уравнений (282) и (283) следует |
|
|
|
1 |
У Т " ^ ' - ^ ) . |
(284) |
|
|
|||
Объемный расход равен произведению скорости на площадь |
|||
сечения потока, т. е. |
|
|
|
<?; = — = = = Г |
ЛІ^-{Р'і-Рі) |
• |
(285) |
Однако при выводе уравнения |
(285) не учитывалась |
неравно |
мерность распределения скоростей по сечению, потока, всегда имеющая место под влиянием вязкости реальной жидкости и тре ния ее о трубопровод и сужающее устройство. Кроме того, это
уравнение не отражает того, что |
перепад |
давлений |
измеряют |
|
не в сечениях I и I I (см. рис. 88), |
а |
непосредственно |
у торцоз |
|
сужающего устройства (отверстия |
/ |
и 2), |
а также |
того, что |
вместо площади сечения потока в наиболее суженном месте F2 использована площадь отверстия сужающего устройства F0.
Указанные отклонения, имеющие место при реальных измере ниях, учитываются с помощью общего коэффициента а — коэф фициента расхода. В этом случае уравнение для объемного рас хода принимает вид
і / |
2 |
|
Q0 = « F 0 у |
— Ар' , |
(286) |
где Q 0 — объемный расход, м3/с,*
А р ' — перепад давлений, измеренный непосредственно у, торцов сужающего устройства, Па;
F 0 — площадь отверстия сужающего устройства, м2 .
Массовый расход (в кг/с) равен произведению объемного рас хода на плотность жидкости
<?м = a F o l / W " • ' |
(287) |
Как показали исследования, коэффициент |
расхода |
зависит |
не от рода протекающего вещества, а главным |
образом |
от типа |
и размера сужающего устройства и от числа |
Рейнольдса, т.е. |
|
от физических свойств потока |
|
|
a = f(Re;F 0 ;D), |
|
(288) |
где D — диаметр трубопровода. |
|
|
При измерении расхода сжимаемых сред (газов, паров), особенно при больших перепадах давлений, необходимо учиты вать изменения плотности вещества в связи с изменением дав ления при прохождении через сужающее устройство. Однако ввиду того, что время прохождения газа или пара через сужа ющее устройство невелико, можно считать, что их сжатие и рас ширение происходит адиабатически, т.е. без обмена тепла. В этом случае справедливо уравнение
|
|
|
р 2 |
\ |
Рх J |
|
|
|
|
где |
х — показатель адиабаты. |
|
|
|
|
|
|
|
|
При совместном |
решении |
уравнений (280), |
(281) |
и |
(289) |
||||
расчетные формулы |
для |
определения |
расхода |
газов |
и |
паров |
|||
с учетом их сжимаемости |
принимают вид |
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(290) |
|
|
Q'u |
= aiF0y/ |
2рЛр' |
, |
|
|
(291) |
|
где |
е-поправочный коэффициент расширения. |
|
|
|
|||||
Как видно, формулы для газов и паров отличаются от фор |
|||||||||
мул |
для жидкости |
наличием |
коэффициента є. При |
е = 1 |
они |
превращаются в формулы для несжимаемой жидкости. Таким образом, формулы (290) и (291) являются общими.
Для удобства расчетов в уравнениях расхода площадь от верстия сужающего устройства заменяется его диаметром d. Кроме того, на практике удобнее пользоваться часовым расхо дом. С учетом этого после соответствующих преобразований по лучаются следующие уравнения часового объемного и массово го расхода:
Q0 |
= |
3,998• 1 0 _ 3 a8d a K V |
/ T - |
( 2 9 2 ) |
QM |
= |
3,998-\0~3 aed* V&PP |
. |
(293) |
В ряде случаев требуется выразить расход через диаметр трубопровода перед сужающим устройством D. Для этого вво дится понятие «модуль сужающего устройства»
т = (d/D)*. |
(294) |
Введя т в формулы (292) и (293), получаем
<20 |
= |
3 , 9 9 8 - 1 0 - 3 а є т О 2 |
V&p'lP . |
(295) |
QM |
= |
3,99810 - 3 aemD 3 |
j / Д р ' р . |
(296) |
На основе использования выведенных уравнений расхода производится расчет сужающих устройств и выбор параметров
дифференциальных манометров, предназначенных для измере ния перепада давлений.
Методика и порядок расчета стандартных сужающих уст ройств для измерения расхода определены специальным норма тивным документом, утвержденным Государственным комите том стандартов Совета Министров СССР «Правилами 28—64 измерения расхода жидкостей, газов и паров стандартными ди афрагмами и соплами».
Сужающие устройства, используемые для создания перепа да давлений, могут быть нормальными и специальными. К нор мальным относятся нормальные диафрагмы и сопла и сопла
Рис. 89. Нормальные |
Рис. 90. Нормальные |
диафрагмы. |
сопла. |
Вентури, для которых коэффициенты расхода достоверны и вос производимы, поэтому они рассчитываются и не требуют инди видуальной градуировки.
Нормальная диафрагма, показанная на рис. 89, является • наиболее простым и распространенным устройством, которое рассчитывается и применяется без градуировки для трубопро водов диаметром от 50 мм и выше. Она представляет собой тон
кий диск с круглым концентрическим отверстием |
со |
стороны |
|
входа потока. Кромка диафрагмы |
должна быть |
острой, а да |
|
л е е — расточена под углом 30—45°. |
Устанавливается |
диафраг |
ма строго концентрично со стенками трубопровода. Для изго
товления диафрагм применяется любой материал в |
зависимо |
сти от свойств измеряемой среды. Он должен хорошо |
сохранять |
форму и остроту кромки. Обычно это различные стали, часто нержавеющие. При больших диаметрах трубопроводов диафраг ма может изготовляться без конического расширения. Отбор давлений осуществляется либо с помощью кольцевых камер,, как это показано на рис. 90, а, либо через отдельные отверстия (рис, 90,6). Диафрагма с кольцевыми щелями для отбора дав ления удобна и точна, но недостатком ее является большая тол щина и металлоемкость, а также некоторая трудность изготов ления. Как правило, такие диафрагмы изготовляются на.приборостроительных заводах, по данным, представляемым заказчи ком. Размеры а, Ъ, с, е, Е, h, указанные на рисунке, нормализо ваны и выбираются в зависимости от размеров D и d.
Нормальные сопла, показанные на рис. 90, применяются для измерения расхода перегретых газов и паров, а также агрессив ных жидкостей. По сравнению с диафрагмами измерение с по мощью сопел более точно. Особое внимание обращается на тща тельность изготовления сопел, кромки их должны быть острыми и без заусенцев. Отбор давления так же, как и у диафрагм, осу ществляется с помощью кольцевых камер (а) или отдельных
сверлений (б). |
|
|
Нормальные сопла Вентури бывают |
длинные |
и короткие. |
У длинного сопла Вентури наибольший |
диаметр равен диамет |
|
ру трубопровода,, а у короткого — меньше. Длинные |
сопла при |
меняются редко, так как они дороже, а потери напора в них не
намного меньше, чем |
у коротких. Отбор давления |
производится |
|||
через |
отдельные отверстия, которых должно |
быть |
не менее 4— |
||
6 по окружности. |
|
|
|
|
|
В |
ряде специальных случаев, когда требуется |
обеспечить |
|||
очень |
малые потери |
давления, применяются |
трубы |
Вентури. |
|
Трубы |
изготовляются |
только в заводских условиях, так как не |
обходима высокая точность их обработки и индивидуальная та
рировка. Отбор давлений |
в трубах |
производится только с по |
мощью кольцевых камер. |
|
|
Для измерения расхода сильно загрязненных газов и жид |
||
костей могут применяться |
специальные сегментные диафрагмы, |
|
а также диафрагмы с эксцентрично |
расположенным круглым |
проходным отверстием. Для изготовления этих типов диафрагм требуются специальные данные о коэффициенте расхода. Но даже если диафрагмы рассчитаны, целесообразно после уста новки произвести их индивидуальную калибровку в рабочих условиях.
Интеграторы расходомеров. Как было сказано в начале пара графа, в комплекте с сужающими устройствами в качестве из мерительных приборов используются различные дифференци альные манометры, рассмотренные в предыдущей главе. Мно гие модификации дифференциальных манометров снабжены специальными интеграторами, предназначенными для интегри рования расхода по времени. Принципиальная кинематическая