Файл: Смирнов А.А. Основы автоматизации целлюлозно-бумажного и лесохимического производств учебник для техникумов.pdf

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 Ри 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 10D 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

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

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^от^0,7.

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

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 , 0 5 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

95% перепада при /«==0,05, а у сопел 15% при т = 0,65 и 90%

перепада при /« = 0,05. Несколько меньшая потеря давления у со­ пел является следствием уменьшения подобных потерь со стороны входа, так как скругленная входная часть не способствует образо­ ванию завихрений. Коэффициенты расхода у сопел по величине больше, чем у диафрагм, поэтому модуль получается меньше, вследствие чего практически при одних и тех же параметрах изме­ ряемой среды и трубопровода сопло создает потерю давления, почти не отличающуюся по размеру от потери давления в диа­ фрагме.

В соплах Вентури после сужения не возникает отрыва струи от стенок и образования завихрений. Потеря давления в соплах Вентури невелика и зависит от угла и длины конуса, причем она возрастает с увеличением угла и уменьшением длины. У короткого

у диафрагм потеря давления составляет 80% от перепада, а у длин­ ных сопел Вентури лишь 11—18%.

При монтаже на трубопроводе сужающих устройств обращают внимание на уменьшение дополнительных погрешностей, вызы­ ваемых неправильными размерами и формой трубопровода, а так­ же местными сопротивлениями. Местные сопротивления вызывают перераспределение скоростей в сечении потока, что приводит к от­ клонению коэффициента расхода от принятого при расчете сужаю­ щего устройства.

Участок трубопровода для установки сужающего устройства должен быть прямым и цилиндрическим с круглым сечением. Длина прямого участка трубопррвода перед сужающим устройст­ вом зависит от вида местного сопротивления, имеющегося перед ним, от величины т, а также от метода отбора давления. Чем меньше т, тем короче допускается прямой участок. При наличии колена или тройника и при отборе давлений отдельными отвер­

в одной плоскости или разветвляющегося потока он равен соот­ ветственно 18, 30 и 48А>о; при наличии группы колен в разных плоскостях или смешивающихся потоков равен соответственно 38, 52 и 75D2o; при наличии полностью открытого вентиля равен соот­ ветственно 20, 27 и 40£>2о, а задвижки — 13, 17, 26/)2о; при наличии сходящегося или расходящегося конуса (конусность 1 :3) равен соответственно 18, 23 и 30D2o.

Регулировочные задвижки и вентили рекомендуется устанавли­ вать за сужающим устройством или перед ним на расстоянии не

менее 100/)2о.

Необходимые наименьшие длины прямых участков трубопро­ вода за сужающим устройством при отсчете длин. от выходных торцов сужающего устройства должны составлять 6D2o при «г = 0,2, 7Оад при т = 0,4 и 8О20 при т = 0,6.

96

В случае измерения перепада давления через кольцевые камеры длины прямых участков до и после сужающего устройства могут быть сокращены вдвое (возникает погрешность измерения расхода 0,5%) или втрое (возникает погрешность 1%). В любом случае длина прямого участка перед сужающим устройством не должна быть меньше 6D20.

После местных сопротивлений, создающих вихревой поток, на­ пример после группы колен в разных плоскостях, для уменьшения необходимых длин прямых участков иногда устанавливают пла­ стинчатые или трубчатые струевыпрямители. Наименьшая допусти­ мая длина прямого участка трубопровода между струевыпрямите­

Не допускаются эксцентриситет, т. е. смещение оси сужающего устройства по отношению к оси трубопровода, и неперпендикуляр­ ность плоскости диафрагмы к оси трубопровода. Уплотнительные прокладки не должны выступать во внутреннюю полость трубо­ провода. Все это увеличивает коэффициент расхода.

При выборе сужающего устройства руководствуются следую­ щими соображениями:

а) сопло Вентури устанавливают, если остаточная потеря дав­ ления имеет решающее значение;

б) при одних и тех же значениях расхода и перепада давления сопло обеспечивает примерно одинаковую потерю давления и бо­ лее высокую точность измерений в сравнении с диафрагмой, так как величина т у сопла получается меньшей;

в) при одних и тех же значениях т и перепада давления сопло позволяет измерять больший расход, чем диафрагма;

г) при 0,3 предельные числа Рейнольдса у сопла меньше, чем у диафрагмы (т. е. больше диапазон измерений без дополни­ тельной погрешности от влияния вязкости);

д) сопло устанавливают при измерении расхода агрессивных или загрязненных веществ, так как изменение или загрязнение входного профиля сужающего устройства в процессе эксплуатации влияет на коэффициент расхода сопла в меньшей степени, чем на коэффициент расхода диафрагмы;

е) сопло устанавливают, если прямолинейные участки трубо­ провода коротки и по этим соображениям нельзя установить диа­ фрагму;

ж) диафрагмы устанавливают во всех остальных случаях (ка­ мерные — на трубопроводах с диаметром менее 400 мм, диско­ вые— на трубопроводах с диаметром более 400 мм).

Таким образом, по степени экономичности в отношении потерь давления на первое место должно быть поставлено сопло Вентури, на второе — сопло и диафрагма. Однако сложность изготовления сопел и сопел Вентури, значительная их стоимость и размеры ограничивают их применение. При измерении расхода воды и пара чаще всего применяют диафрагмы.

Дифманометры расходомеров переменного перепада делятся на