Файл: Смирнов А.А. Основы автоматизации целлюлозно-бумажного и лесохимического производств учебник для техникумов.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 11.04.2024
Просмотров: 172
Скачиваний: 0
Для одного и того же сужающего устройства, а равно для гео метрически подобных сужающих устройств коэффициент расхода зависит лишь от числа Рейнольдса, если внутренняя поверхность трубопровода гладкая и входная кромка диафрагмы острая. В этом случае найденный коэффициент расхода называется исходным и обозначается аи. Зависимость исходного коэффициента расхода от Re проявляется тем сильнее, чем меньше Re. С возрастанием Re эта зависимость сказывается в меньшей степени, и при достаточно больших значениях Re (разных для различных сужающих уст ройств) коэффициент расхода перестает изменяться и для данного сужающего устройства является величиной постоянной.
Минимальное значение Re, начиная с которого коэффициент расхода перестает зависеть от Re, называется граничным (пре дельным) числом Рейнольдса и обозначается Rerp.
Исходный коэффициент расхода при различных числах Рей нольдса равен произведению аи на поправочный множитель ku за висящий от т и Re. Так, для диафрагм при Re = 20 000 ki изменя ется от 1,009 при т = 0,05 до 1,065 при т = 0,70; при R e= 100000ki
изменяется от 1,000 при т = 0,05 до 1,017 при т = 0,70. Обычно при определении Re его относят к среднему расходу Qcp, т. е. наиболее характерному расходу в данном трубопроводе. Практически расход не остается равным среднему, а изменяется и при этом изменяется число Рейнольдса. При значительных отклонениях расхода от при нятого его среднего значения погрешность за счет изменения Re может быть уменьшена до величины не более ±0,3% посредством замены множителя k\ поправкой, алгебраически прибавляемой к значению аи.
Поправка AQ к показаниям дифманометра, учитывающая влия
ние числа Рейнольдса в пределах |
рабочей части |
расходомерной |
|
шкалы ( Q ^ 0,3 верхнего предела |
шкалы |
Qn) при |
измерении рас |
хода жидкости или водяного пара, определяется |
по одному из |
||
уравнений: |
|
|
|
AQ0=2,83D vß= 27JVilk |
мз/ч; |
(47) |
|
AQM=2,83D Pv/fe=27,7D(i£ кг/ч, |
(48) |
||
где k — постоянная для данного модуля величина. |
|
||
Если абсолютное значение |
|
|
|
| sQ I = ioo- L ^ L o/o |
(49) |
не превышает 0,3%, то поправку на Re не вводят.
Условие геометрического подобия может быть соблюдено для трубопроводов лишь с гладкой внутренней поверхностью, а для диафрагм—при наличии должной остроты входной кромки отвер стия. Практически это оказывается недостижимым, и исходный коэффициент расхода приходится уточнять поправочными множи телями: на шероховатость трубопровода ki и на неостроту входной
91
кромки диафрагмы кз. При 300 мм kz = kз= 1. При промышлен ных измерениях расхода поправочные множители kz и кз вводятся для диаметров трубопроводов меньших 300 мм.
Шероховатость трубопровода увеличивает исходный коэффи циент расхода, влияние шероховатости тем значительнее, чем больше отношение средней высоты неровностей внутренней поверх ности трубопровода к его диаметру. При одной и той же средней высоте неровностей поправочный множитель на шероховатость уве личивается с уменьшением диаметра трубопровода. В трубопроводе не должно быть грубых наростов на внутренней поверхности.
Для диафрагм исходный коэффициент расхода увеличивается при недостаточной остроте входной кромки. У диафрагм при d< <125 мм, падающий на кромку луч света не должен отражаться, а при d>125 мм кромка не должна иметь заметного невооружен ным глазом притупления (скругления). Если входная кромка диа фрагмы не отвечает этим требованиям, вводится поправка множи телем кз.
Для измерений в промышленных условиях^ коэффициент рас
хода диафрагм определяется по уравнению |
|
a = a Kk2k3, |
(50) |
а для сопел и сопел Вентури по уравнению |
|
а = а як2. |
(51) |
В процессе эксплуатации неострота входной кромки постепенно возрастает и увеличивается погрешность измерения расхода за счет несоответствия расчетного и реального коэффициентов рас
хода. |
е зависит от модуля |
и типа |
|
П о п р а в о ч н ы й м н о ж и т е л ь |
|||
„ |
|
АРср |
|
сужающего устройства, величины отношения —-р— и показателя |
|||
адиабаты к. Основным является отношение |
так как оно |
||
характеризует степень изменения |
плотности |
измеряемой |
среды |
при проходе через сужающее устройство. Чем больше это отноше ние, тем значительнее изменяется плотность и тем больше е отли чается от единицы. При небольших значениях этого отношения множитель Е близок к единице (для жидкостей е = 1).
При расчете сужающего устройства исходят из среднего зна чения множителя еСр, которое соответствует среднему расходу Qcp
и определяется по уравнению |
|
|
АЯср |
10-4др /Qcp^ |
/соч |
Р\ |
Р\ \QnJ ’ |
(ÖZ) |
где АР — наибольший перепад давления в сужающем устройстве, вычисленный по предельному номинальному перепаду давления дифманометра АРп.
92
Для нахождения е можно пользоваться уравнением:
е=1 - (0,3707 + 0,3184m2) [l - Ji£V )T ]0’935 . |
(53) |
Для всех значений расхода Q, не равных QCp, возникает допол нительная погрешность, обусловленная отклонением действитель ных значений е от его расчетного среднего значения с учетом урав нения (52) это подтверждается схемой, приведенной на рис. 26.
Показатель адиабаты реального газа и зависит от температуры и давления. Практически отклонения величины •к столь незначи тельны, что ими пренебрегают.
Поправочные множители на расширение сужающего устройства k ' и трубопровода k" зависят от коэффициента линейного расши
рения |
материала |
и рабочей температуры измеряемой среды t. |
|||||
Использование |
этих |
множителей |
|
||||
необходимо, поскольку |
диаметры |
|
|||||
отверстий |
сужающего |
устройства |
|
||||
й?2о и |
трубопровода |
Д>о измеря |
|
||||
ются при нормальной температу |
|
||||||
ре. Дм берется в миллиметрах и |
|
||||||
представляет |
собой |
|
среднее |
|
|||
арифметическое значение резуль |
|
||||||
татов |
измерений |
внутреннего |
|
||||
диаметра |
трубопровода |
в двух |
Рис. 26. Принципиальная схема изме |
||||
поперечных сечениях |
(у |
самого |
рения расхода вещества по методу пе |
||||
сужающего устройства |
и на рас |
ременного перепада давления |
|||||
стоянии |
2D |
от него), |
причем |
|
в каждом из сечений не менее чем в четырех диаметральных на
правлениях. Измерение d2о производится таким же образом, |
но |
в одном сечении. Пересчет осуществляется по уравнениям: |
|
d = ^ d z o \ \ - \ - & t {.t — 20)] = fl?2o^6 |
(54) |
D==DW [ l + a; (* -20)] =020*;. |
(55) |
В диапазоне температур от —20 до +60° С принимают:
•п
kt— k t = 1;
d=zd2o;
D —D20 .
Если сужающее устройство и трубопровод изготовлены из оди накового материала, то k't = k" — kt.
При наличии стойкого в отношении коррозии материала вели чину cko можно считать постоянной, так как при изменении рабо чей температуры на 100° С величина площади проходного отвер стия сужающего устройства или трубопровода меняется прибли зительно на 0,3%.
. 93
П л о т н о с т ь и з м е р я е м о й с р е д ы р чаще всего опреде ляют косвенным путем по температуре, давлению, влажности и другим параметрам в состоянии перед сужающим устройством. При этом избыточное давление Рп вещества измеряют непосредственно у входного торца сужающего устройства через отдельное цилиндри ческое отверстие, не используемое для измерения перепада давле ния. Абсолютное давление Ра измеряемой среды определяют как сумму барометрического и избыточного давлений. Для жидкостей принимают Рб = 98 кПа. Для газов и водяного пара барометричес кое давление принимают равным 98 кПа, если абсолютное значе ние разности между 98 кПа и реальным значением Рб не превы шает 0,001 Ри. Чтобы термометр при измерении температуры вещества не вызывал нарушения потока, его устанавливают на рас стоянии не менее 20D до сужающего устройства или 10Z) за сужаю щим устройством (последнее, если температура вещества при прохождении его через сужающее устройство практически не изме няется) .
В эксплуатационных условиях температура и давление, осо бенно у пара и газов, подвержены частому отклонению от значе ний, принятых при расчете сужающего устройства, что приводит к значительным дополнительным погрешностям. Для определения действительного расхода в этих случаях производят соответствую щий пересчет с учетом отклонения плотности измеряемого веще ства в рабочих условиях от принятой при расчете и градуировке расходомера.
Конструктивно стандартные (нормализованные) сужающие уст
ройства подразделяются на диафрагмы, сопла |
и сопла Вентури. |
К ненормализованным относятся сужающие |
устройства: сопло |
профилем «четверть круга», сдвоенная диафрагма, сегментная диафрагма и др.
Отбор перепада давления в сужающем устройстве произво дится либо через отдельные цилиндрические отверстия, либо через две кольцевые камеры, каждая из которых соединяется с внутрен ней полостью трубопровода сплошной или прерывистой кольцевой щелью или же группой равномерно распределенных по окружно сти отверстий.
Кольцевые камеры обладают тем преимуществом, что позво ляют измерять среднее в данном сечении трубопровода давление, чем обеспечивается наиболее точное значение измеряемого пере пада. Кроме того, для сужающих устройств с кольцевыми каме рами требуются более короткие прямые участки трубопровода. На дежность эксплуатации сужающих устройств с кольцевыми каме рами более высокая, так как местное засорение кольцевой щели не оказывает существенного влияния на результат измерения, в то время как засорение одного или двух отдельных отверстий приво дит к грубому искажению результата измерения или полному от
казу в работе сужающего устройства.
Сужающие устройства изготовляются из материалов, устойчи-
94
вых против длительного воздействия измеряемой среды |
(кислото |
упорная сталь ит. п.). |
|
Стандартная диафрагма представляет собой тонкий диск |
|
(рис. 27,а), имеющий концентричное оси трубопровода |
отверстие |
с острой прямоугольной цилиндрической частью со стороны входа потока и конической частью под углом 30—45° со стороны выхода потока. Диафрагмы применяются в круглых вертикальных, гори зонтальных и наклонных трубопроводах диаметром не менее 50 мм при соблюдении условия 0,05=^т ^ О ,7.
С т а н д а р т н о е с о п л о представляет собой насадку (рис. 27,6), отверстие которой со стороны входа потока имеет плавно
скругленную часть и со сто |
||||
роны |
выхода — развитую ци |
|||
линдрическую |
|
часть. |
Сопла |
|
применяются в круглых трубо |
||||
проводах диаметром не |
менее |
|||
50 мм |
при соблюдении условия |
|||
0 ,0 5 ^ т ^0,65. |
Профильная |
|||
часть отверстия сопла выпол |
||||
няется |
с плавным сопряжением |
|||
дуг. Кромка |
цилиндрической |
|||
части сопла со стороны выхода |
||||
потока делается острой и пря |
||||
моугольной. Расточка на конце |
||||
цилиндрической |
части |
сопла |
||
предохраняет |
выходную |
кром |
ку от механических поврежде |
Рис. 27. Нормальные сужающие устрой |
||||
ний. |
|
|
|||
|
с о п л о |
ства (верхняя половина соответствует |
|||
С т а н д а р т н о е |
измерению |
перепада давления |
через |
||
В е н т у р и |
представляет со |
кольцевые |
камеры, нижняя — через от |
||
бой насадку в виде стандарт |
|
дельные отверстия): |
|
||
ного сопла |
с развитой |
цилин |
а — диафрагма; б — сопло для т ^ |
0,444 |
дрической частьЬ, которая на выходе без радиусного сопряжения переходит в конус с углом ко
нусности от 5 до 30°. Сопла Вентури могут быть длинными с диа метром выходного конуса равным диаметру трубопровода или ко роткими с наибольшим диаметром конуса меньшим диаметра трубопровода. Сопла Вентури применяются для измерения расхода жидкостей в трубопроводах диаметром не менее 50 мм при соблю дении условия 0,05 ^ т ^ 0,6.
Конструктивное различие сужающих устройств связано с усло виями их применения. Любое сужающее устройство является мест ным сопротивлением, на котором возникает потеря давления. Она выражается в процентах от перепада давления и зависит от типа и модуля сужающего устройства.
За диафрагмой или соплом, не имеющими выходного конуса, протекающая среда приводится в вихревое движение струей, вы текающей с большой скоростью из отверстия сужения. На это за трачивается у диафрагм приблизительно от 30% при т = 0,7 до
95