Расходомеры с дроссельными устройствами для измерения расхода газов

Размещено на http://www.allbest.ru/

Цель работы

Ознакомиться с принципом действия и устройством приборов, предназначенных для измерения скорости и расхода газов, и овладеть навыками измерений и расчетов по газовой механике

Общие сведения

Расходомеры с дроссельными устройствами являются основным типом приборов для измерения расхода газов на металлургических заводах. Принцип действия расходомера этого типа заключается в том, что в трубопроводе устанавливается устройства для сужения потока, при прохождении которого через эти устройства падает давление, являющееся косвенной мерой расхода газов. В соответствии с этим принципом действия расходомеры состоят из сужающего (дроссельного) устройства и дифференциального манометра, служащего для измерения перепада давления. Если сужающее устройство имеет постоянное сечение, то перепад давления на нем получается переменным, зависящим от расхода. Приборы этого типа называют расходомерами переменного перепада.

Уравнение расхода для газов выводится на основании уравнения постоянства напоров (уравнения Бернулли) и уравнения сплошности (неразрывности) потока и окончательно имеет вид

где а- коэффициент расхода сужающего устройства (диафрагмы);

е - коэффициент сжимаемости газа,

Fo - площадь отверстия в месте сужения (диафрагмы), м²;

р - плотность вещества, кг/м³;

pi и р2 - статические напоры соответственно до и после сужения потока, Па.

Характер истечения газа через сужающее устройство приведен на рис.1.

Стандартизированы четыре вида сужающих устройств, имеющих определенную зависимость между расходом и перепадом давления, позволяющую пользоваться ими без предварительной индивидуальной тарировки: нормальная диафрагма, нормальное сопло, сопло Вентури и труба Вентури. Широкое применение имеет нормальная диафрагма, представляющая собой тонкий металлический диск с концентрическим отверстием. Давление отбирают через отверстия, вплотную прилегающие к поверхности диафрагмы.

Для измерения перепада давления на сужающем устройстве используют дифференциальные манометры (дифманометры)- жидкостные, трубчатые и мембранные. Дифманометры могут быть показывающими и самопишущими, с суммирующими устройствами и без них, с передачей показаний на расстояние. Шкалы дифманометров - расходомеров обычно градуируют в единицах расхода. Мембранные дифманометры выпускают с вялой металлической мембраной, с электрической и пневматической передачей деформации измеряющей пружины на показывающее устройство. Электрическая и пневматическая передача позволяет передавать показания на вторичные приборы, находящиеся на значительном расстоянии от датчика.

Одна из основных разновидностей приборов этого типа - дифманометр с металлической мембраной типа ДМ, с дифференциально-трансформаторными датчиками. В качестве вторичного прибора применяется электронный прибор типа КСД, работающий в комплекте с этим типом датчиков (рис. 2).

Вторичный автоматический дифференциально-трансформаторный прибор типа КСД предназначен для непрерывного измерения и записи различных величин, изменение которых можно превратить в перемещение плунжера (сердечника) дифференциально-трансформаторной катушки датчика.

Принципиальная схема прибора приведена на рис.2. В первичном приборе, в комплекте с которым работает прибор КСД, датчиком дистанционной передачи является дифференциально-трансформаторная катушка с подвижным сердечником 1, который соединен первичным преобразователем II. В прибор КСД (III) встроена аналогичная диффеенциально-трансформаторная катушка с сердечником 4, который также может перемещаться. Катушки имеют первичную и вторичную обмотки. Первичные обмотки катушек соединены между собой последовательно и питаются от специальной обмотки силового трансформатора. Каждая из вторичных обмоток катушек состоит из двух секций, которые включены навстречу друг другу, вследствие чего индуцируемые в них э.д.с. противоположны по знаку.

При подаче напряжения переменного тока на первичные обмотки катушек в их вторичных обмотках индуцируются э.д.с, значения которых в каждой секции зависят от положений сердечников 1 и 4. При среднем положении сердечников дифференциально-трансформаторных катушек э.д.с, наводимые в секциях их вторичных обмоток, равны и взаимно компенсируются. Изменение измеряемого параметра вызывает перемещение сердечника 1 в дифференциально-трансформаторной катушке датчика, что приводит к появлению разностной э.д.с. на входе усилителя прибора КСД.

Напряжение небаланса усиливается и подается на управляющую обмотку реверсивного двигателя 8, который приводит ротор во вращение. Выходной вал реверсивного двигателя, связанный с кулачком 5 через систему рычагов и тяг, перемещает сердечник 4 катушки в направлении уменьшения разностной э.д.с. Разность потенциалов на входе усилителя обращается в нуль, и ротор двигателя перестает вращаться. При вращении вала реверсивного двигателя одновременно перемещаются связанные с ним стрелка прибора и записывающее перо.

Таким образом, каждому положению сердечника дифференциально-трансформаторной катушки первичного прибора, зависящему от значения измеряемого параметра, соответствует определенное положение сердечника катушки вторичного прибора КСД и, следовательно, определенное положение стрелки и пера на шкале.

Пневмометрические трубки

Пневмометрические трубки измеряют динамический напор потока, по значению которого может быть рассчитана действительная местная скорость W_tp,. Пневмометрическая трубка состоит из двух трубок, одна из которых согнута под прямым углом. Согнутая трубка открыта навстречу потоку и воспринимает полный его напор. Не согнутая трубка воспринимает только статический напор. Если эти трубки соединить микроманометром, то он покажет значение динамического напора, которым обладает поток газа в месте расположения пневмометрической трубки. Во избежании искажений истинного значения динамического напора пневмометрическая трубка должна располагаться точно по направлению движения потока. Учитывая, что точное измерение полного статического напора всегда связано с некоторыми погрешностями, хотя бы, например, потому, что отверстия трубок размещаются в разных участках потока, в выражении для скорости необходимо ввести некоторый поправочный коэффициент с учетом которого формула для местной скорости будет иметь вид

где h_дин - динамический напор, Па.

Для определения расхода жидкости или газа необходимо знать среднюю скорость потока и площадь поперечного сечения канала и трубки. При наиболее распространенном на металлургических заводах движении жидкости и газов по цилиндрическим, полностью заполненным трубам и при условии, что эпюра скорости в трубопроводе не искажена каким-либо возмущениями потока, среднюю скорость можно определить по измеренной максимальной скорости потока при помощи графика Никурадзе (рис.3).

Описание установки и методика проведения работы

Схема установки, приведенная на рис.3, предназначена для измерения скорости и расхода газов.

В трубопроводе 3 по геометрической оси установлены пневметрическая трубка 2 и нормальная диафрагма 5. Пневмометрическая трубка подключена к микроманометру 1 типа ММН. Перепад давления с диафрагмы параллельно подводится к дифференциальному манометру 6 типа «Сапфир-22» и дифференциальному манометру 7 типа ДМ. Электрический сигнал с ДМ, пропорциональный расходу, подается на вторичный прибор 8 типа КСД. Одновременно в трубопроводы U-образным манометром 9 измеряется статическое давление, термометром расширения 4 температура газа и чашечным барометром барометрическое давление.

Полученные данные заносят в таблицу. Далее определяется плотность воздуха в рабочих условиях:

где р₀ - плотность воздуха при нормальных условиях, р_о = 1,293 кг/м³ ;

Р_о - нормальное давление=760 мм рт.ст.

Затем по формуле (2) определяется w_tpmax и рассчитывается критерий Рейнольдса:

где v - коэффициент кинематической вязкости газа,

v_волд = 15,06·10^-6м2/с.

Определив Re и найдя по графику (рис.3) lg(Re), рассчитывают среднюю скорость w_tpmax. Затем подсчитываю расход газа:

где F - сечение трубопровода, м .

Для диафрагмы расход в рабочих условиях подсчитывают по уравнению (1). Приведенный расход определяют по формуле

Выполнение работы

При расчете принять:

=1

d = 12 мм - диаметр расточки диафрагмы;

D = 40 мм - диаметр трубопровода;

б = 0,615 коэффициент сжимаемости среды;

T = 20° C;

Р_ат =P_б 760 мм рт. ст.=10332.53 мм в.ст.

Пример расчета: В расчетах были использованы формулы 3, 1, 6.

Плотность: 1.293*(273/(273+20))*(10332.53+90)/10332.53=1.215 кг/м³

Расход раб усл: 0,615*1*0,000113*3600*(2*110*9.81/1.215)^1/2=10.5 м³/ч

Расход привед: 10.5*(273/(273+20))*(90+10332,53)/10332.53=9.9 м³/ч

расходомеры дроссельные измерение газ

Вывод: в данной лабораторной работе мы ознакомились с принципом действия и устройством приборов, предназначенных для измерения скорости и расхода газов, и овладели навыками измерений и расчетов по газовой механике.

Размещено на Allbest.ru