Файл: Бошняк, Л. Л. Измерения при теплотехнических исследованиях.pdf

тельно находятся а и d/D, затем производится определение Rerp. Расчет удовлетворителен, если выполняется неравенство

4Qmlnp

пИц ■—' тр >

впротивном случае необходимо принять более высокое значение АртШ

иповторить действия. На номограммах также приведены кривые, позволяющие оценить безвозвратные потери давления на сужающем устройстве. В более сложных случаях расчета можно воспользоваться методиками, приведенными в [72] или [108].

При использовании сужающих устройств для измерения расходов сжимаемых гомогенных сред из-за падения давления происходит изменение плотности потока (р =/=const). Если процесс можно считать адиабатическим, то к расчетному значению коэффициента расхода стандартных сужающих устройств вводится поправочный множи­ тель е, определяемый как

где х — показатель адиабаты. Поскольку величина е зависит от относительного перепада Ар/ри то она будет меняться с изменением расхода Q. При небольших изменениях расхода во время измерения величину е можно определять по среднему значению относительного перепада. Значения поправочного множителя 8 для стандартных сужающих устройств могут быть найдены по номограммам, при­ веденным в [108].

Выполнение сужающих устройств в строгом соответствии со стандартами позволяет использовать их без индивидуальных гра­ дуировок при известных погрешностях величины а. Среднеквадра­ тичная погрешность оа коэффициента расхода а изменяется про­ порционально модулю т и обратно пропорционально диаметру трубо­ провода D. Значения ва (в процентах) заключены в пределах: а) для

до 1,70 (при т = 0,6 и D = 50 мм). Погрешность поправочного мно­ жителя е зависит от точности табличных значений и ошибки, вноси­ мой при использовании осредненных значений есР вместо истинных значений е; при больших величинах отношений Aр/р{ погрешность множителя 8 может быть большой (±5% и выше). Рост оа с умень­ шением диаметра трубопровода является основной причиной отсут­ ствия официальных справочных данных по сужающим устройствам для трубопроводов небольших диаметров (D <> 50 мм). Однако при условии обязательного индивидуального градуирования совместно с рабочими участками трубопроводов достаточной длины сужающие устройства стандартных форм могут быть использованы в трубопро­ водах малого диаметра (вплоть до 2—4 мм). Данные Правил 28—64 [108] могут быть использованы в качестве ориентировочных при

336

проектном расчете Сужающих устройств малых диаметров. При вы­ полнении таких расчетов (например, с помощью номограмм) следует иметь в виду, что, поскольку число ReD обратно пропорционально диаметру, то

(Rerp)0 < 5 0 ^ -^ - (Rerp)z> 50,

где D — диаметр трубопровода, мм. При тщательном изготовлении таких сужающих устройств отклонения значений коэффициентов а по сравнению с данными табл. 31 не превышают примерно ±5% [6 ].

Для измерения расходов в области чисел Re меньших Rerp, опре­ деленных для стандартных сужающих устройств, обычно рекомен­ дуется использовать сужающие устройства специальных форм: сдвоенные диафрагмы, диафрагмы с двойным скосом, сопла с профи­ лем в четверть или в половину круга, цилиндрические сопла и др. [72], имеющие область автомодельности ос, начинающуюся при меньших числах Re, чем у стандартных устройств. Как правило, у не­ стандартных сужающих устройств область чисел Re (где ос ^const) ограничена не только снизу Rerp. н, но и сверху Rerp. „. Для этих устройств зависимости между перепадом давления и расходом хотя и установлены, но недостаточно достоверны, а погрешности измере­ ния вообще не установлены. Поэтому их использование возможно только при условии индивидуального градуирования выполненных образцов.

В случаях, когда во время измерения имеется возможность учета изменений вязкости и плотности жидкости, сужающие устройства любого типа могут применяться и в областях режимов течения, где ос переменно. Для этого результаты предварительного градуирова­ ния устройства представляются не в форме (XI.8 ), а в виде обобщен­

Опуская безразмерный сомножитель, стоящий в скобках (его вве­ дение было вызвано переходом от L u к D), можно использовать критерий я 2 в форме

Аналогично, отбрасывая в выражении для I J qap постоянный (мас­ штабный) сомножитель я 2/42, запишем уравнение обобщенной ста­ тической характеристики геометрически подобных сужающих устройств (при заданном способе отбора давления) в виде

Из выражения (XI. 10) непосредственно следует, что результаты грй* дуирования данного сужающего устройства (D = const, т = const) должны представляться в виде размерной зависимости

(XI.11)

По графику зависимости (XI. 11), полученной путем градуирования на любой жидкости — заменителе, при расшифровке показаний рас­ ходомера во время измерения легко находится значение измеряемой величины

при известных г| и р измеряемой жидкости. Очевидно, что в области автомодельности ф (Дрр/ц2) = const.

На коэффициент преобразования сужающих устройств суще­ ственное влияние оказывают особенности гидравлического тракта, поэтому при установке стандартных сужающих устройств, изготов­ ленных по расчету, необходимо выдерживать нормы, изложенные

в[108]. При использовании нестандартных элементов также можно руководствоваться этими данными, сокращая рекомендуемые длины прямых участков трубопровода не более чем в два-три раза. При этом градуирование расходомеров должно производиться непосред­ ственно в рабочих трубопроводах. Расходомеры с сужающими устройствами, как правило, непригодны для измерения быстропере­ менных расходов, что связано прежде всего с инерционностью про­ цессов в дифференциальных манометрах и в соединительных мано­ метрических магистралях. В случаях применения безынерционных электрических преобразователей перепада давления также возни­ кают существенные динамические погрешности, вызванные инер­ ционностью процессов преобразования непосредственно на сужаю­ щем устройстве. Опытное определение частотных характеристик су­ жающих устройств затруднено нелинейностью их свойств. Наличие

висходных уравнениях членов, содержащих квадратичную зависи­ мость, приводит к возникновению положительных динамических ошибок на режимах стационарных пульсаций расхода. Динамические характеристики расходомеров с сужающими устройствами изучены

недостаточно, некоторые сведения по этому вопросу приводятся в [185, 72].

2. Расходомеры обтекания

Большую группу расходомеров составляют приборы, первичный преобразователь которых («поплавок», поршень, диск, пластина или крыло) воспринимает силовое воздействие набегающего потока из­ меряемой жидкости. Обтекаемое тело перемещается или прямоли­ нейно, сохраняя положение своей оси симметрии, или поворачи­ вается вокруг точки крепления. Силам, действующим со стороны потока, противодействуют сила веса обтекаемого тела (при верти­

338

кальном направлении потока снизу вверх) или сила, развиваемая специальной пружиной, поддерживающей тело (в этом случае на­ правление потока может быть произвольным). Выходным сигналом таких приемных преобразователей служит величина перемещения или угол поворота. На рис. 141 приведены принципиальные схемы действия приемных преобразователей расходомеров обтекания. В пер­ вых трех схемах (а, б, в) уравновешивающая сила постоянна и равна силе веса перемещающегося тела; равновесное состояние тела дости­ гается за счет того, что при его движении автоматически регули­ руется величина сил воздействия потока путем изменения площади проходного сечения. Так, в первой схеме (рис. 141, а) поплавок пере-

Рис. 141. Типичные принципиальные схемы приемных преобразователей расхо­ домеров обтекания

мещается в вертикальной конической трубке; по мере его подъема (с ростом расхода) увеличивается площадь кольцевого проходного сечения, благодаря чему уменьшаются силы действия потока. Во второй схеме (рис. 141, б) изменение проходного сечения происходит за счет подъема профилированного (конического) тяжелого клапана в седле постоянного сечения; в третьей схеме (рис. 141, в) поднимаю­ щийся поршень открывает сливные окна в стенке цилиндра. Оче­ видно, что поскольку уравновешивающая сила веса постоянна, то во всех равновесных состояниях поднимающегося тела (поплавка, клапана, поршня) сила действия потока также остается одной -и-

рис. 141, а, в эффективная площадь неизменна, что дает основание называть такие преобразователи расходомерами постоянного пере­ пада. В схеме на рис. 141, б при перемещении клапана /эф меняется