Диафрагма для измерения расхода

Размещено на http://www.allbest.ru/

Диафрагма для измерения расхода

Общие положения, расчётные формулы

Наиболее распространенным методом измерения расхода жидкости, пара и газа является метод переменного перепада давлений. Измерение расхода в таких приборах осуществляется косвенным путём - по перепаду давления на дроссельном (сужающем) устройстве, установленном в трубопроводе.

При прохождении жидкости или газа через отверстие в сужающем устройстве, которое является местным сопротивлением, создаётся перепад давления, величина которого при прочих равных условиях зависит от расхода среды. В измерительной технике в качестве сужающих устройств используют диафрагмы и сопла. На рисунке показано устройство расходомера с диафрагмой в качестве сужающего устройства.

Рис. 1 Расходомер с диафрагмой

газ диафрагма расходомер

На трубопроводе 1 соосно установлена диафрагма 2, представляющая собой тонкий диск с отверстием и острой входной кромкой. Диафрагма 2 зажата через прокладки между фланцами 3 и 4. Во фланцах выполнены полости (камеры отбора давления), соединённые с трубопроводом через зазор между торцом трубопровода и плоскостью диафрагмы или через отверстия в трубопроводе. Камеры отбора давления соединяются через штуцеры 5 и 6 с дифференциальным манометром, который измеряет перепад давления на диафрагме 2.

При движении среды через расходомер за счёт сопротивления диафрагмы давление после диафрагмы Р2 будет несколько ниже давления Р1 перед диафрагмой. Перепад давления на диафрагме зависит от расхода среды. Они связаны уравнением расхода:

[м3/с],

[кг/с],

где - объёмный расход [м3/с], - массовый расход [кг/с], - перепад давления на диафрагме [Па], - плотность измеряемой среды [кг/м3], - диаметр отверстия в диафрагме [м], - коэффициент расхода, - коэффициент сжимаемости среды, - поправочный коэффициент, зависящий от остроты входной кромки диафрагмы, шероховатости трубы, теплового расширения материала диафрагмы. Этот коэффициент обычно мало отличается от единицы, примем .

Коэффициент расхода диафрагмы зависит от режима течения среды и от относительного диаметра отверстия диафрагмы:

, (5.3)

где - модуль диафрагмы,

- внутренний диаметр трубопровода [м],

- число Рейнольдса,

- скорость среды в трубе,

- динамическая вязкость среды [Па · с].

Коэффициент сжимаемости среды для газовых сред и паров:

,

здесь - давление среды в трубопроводе, [Па], - показатель адиабаты, который можно определить по соответствующим таблицам в справочниках по теплофизическим свойствам газов и паров, или принять: для двух атомных газов и воздуха , для трёх атомных газов и паров . Для жидкостей .

Сужающие устройства расходомеров стандартизированы. Стандартные сужающие устройства обеспечивают измерение расхода с точностью 1 % при определённых условиях. Диаметр трубопровода должен быть в пределах м. При этом коэффициент расхода остаётся постоянным при расходах выше определённого значения, соответствующего минимальному числу , которое зависит от модуля , который для стандартных сужающих устройств должен быть в пределах . Значения минимального числа Рейнольдса приведены в табл. 5.1.

Таблица 5.1 Зависимость минимального числа Рейнольдса от модуля

Определяя расход по измеренному значению перепада давления с помощью уравнений расхода (5.1) или (5.2), получаем значение расхода среды при плотности , соответствующей параметрам среды в трубопроводе: давлению и температуре . Обычно расход приводится (например, в характеристиках насосов, вентиляторов, аппаратов) при нормальных условиях - при нормальном давлении Па (760 мм. рт. ст.) и нормальной температуре К ( єС). Объёмный расход при нормальных условиях, соответствующий объёмному расходу при параметрах измерения, определяется как

[нм3/с],

здесь - плотность среды при условиях измерения, - плотность среды при нормальных условиях. Для газов и паров эти плотности из уравнения состояния газов связаны как

.

Оценить потерю давления на диафрагме можно по эмпирической зависимости:

)

Потеря давления должна быть не слишком большой, должно выполняться условие:

В противном случае необходимо увеличить модуль и выбрать дифманометр с меньшим значением .

Задание

1. Определить диаметр сужающего устройства для измерения расхода среды в соответствии с исходными данными. Исходные данные (варианты заданий) приведены в соответствующей таблице.

2. Построить градуировочные характеристики для массового расхода, для объёмного расхода при рабочих условиях, для объёмного расхода при нормальных условиях.

3. Определить потерю давления в трубопроводе, обусловленную установкой измерительного устройства.

Порядок выполнения работы

1.1. Выбрать дифференциальный манометр для измерения перепада давления на сужающем устройстве из стандартного ряда: Па, где . Максимальный перепад давления на сужающем устройстве соответствует максимальному расходу измеряемой среды.

1.2. Выбрать модуль сужающего устройства (произвольно, например, средний из стандартных). Определить диаметр сужающего устройства из выражения (5.4).

1.3. Определить минимальное число Рейнольдса течения в трубопроводе, соответствующее минимальному расходу , используя выражения (5.5), (5.6). Значения динамической вязкости и плотности среды при заданных параметрах (давлении и температуре ) возьмите из таблиц справочника по теплофизическим свойствам [4]. Проверьте, удовлетворяет ли полученное значение табл. 5.1.

1.4. Определить коэффициент расхода и коэффициент сжимаемости среды из выражений (5.3) и (5.7) соответственно.

1.5. Определить диаметр сужающего устройства из выражения (5.1), приняв и . Если полученное значение отличается от полученного в п. 1.2, то принять следующее значение диаметра сужающего устройства , среднее между и , повторяя расчёты по пп. 1.2 - 1.5 до тех пор, пока предыдущее и последующее значения диаметров не совпадут с точностью .

2. Построение градуировочных характеристик расходомера объёмного расхода при условиях измерения, м3/час - по выражению (5.1), объёмного расхода при нормальных условиях, нм3/час - по (5.8) и (5.9), массового расхода, т/час - по (5.2).

1. Оценка потери давления на расходомере производится в соответствии с выражениями (5.10) и (5.11).

Литература

1.Кулаков М.В. Технологические измерения и приборы для химических производств. - М.: Машиностроение, 1983. - 224 с.

2.Кремлёвский П.П. Расходомеры и счётчики количества. - Л.: Машиностроение, 1975. - 776 с.

3.Правила 28-64. Измерение расхода жидкостей, газов и паров стандартными диафрагмами и соплами. - М.: Стандартиздат, 1964. - 252 с.

4.Варгафтик Н. Б. Справочник по теплофизическим свойствам газов и жидкостей. - М.: Наука, 1972. - 720 с.

Размещено на Allbest.ru