Материал: Расходомеры и счетчики количества веществ. Расходомеры переменного перепада давления, расходомеры переменного уровня, тахометрические расходомеры и счетчики

которой ATju —1.

ших числах Re и средних Р расхождение достигает 0,22 % . Наи­ большее же отклонение, равное 0,37 % , имеется при Re = 2 •104 и т = Р2 = 0,64 [53]. В связи с этим лучше воздержаться от приме­ нения больших Р при Re = 2 •104.

Для исходного коэффициента истечения С стандартных сопел (сопел ИСА 1932) формула Штольца в зависимости от Р и числа Re имеет следующий вид*:

С = 0,9900-0,2262Р4’1 -(0,00175Р2 -0,0933р4Д5)(106 /R e)1*15.

* В Изменении № 1 ИСО (документ № 285 от 02.10.95) формула Штольца для

коэффициента истечения С заменена формулой Ридера-Харриса /Галлахера, да* ющей несколько иной результат. — Науч. ред.

4 7

Стандартные сопла (сопла ИСА 1932) имеют границы приме­ нения: 50 < D < 500 мм и 0,3 < р < 0,8. Допустимые числа Рей­ нольдса: 7 •104 < Re < 107 при 0,30 < р < 0,44 и 2 •104 < Re < 107 при 0,44 < Р < 0,8.

Предельная относительная погрешность исходного коэффици­ ента истечения сопел 5^ = ±0,8 % при р < 0,6 и 5^ = ±(2р - 0,4) % при Р > 0,6. Допустимая относительная шероховатость трубо­ провода Rm / D в зависимости от Р выражается следующими зна­ чениями:

Исходя из значений С, определяемых по формулам, в табл. 1 приведены значения коэффициента расхода а в зависимости от р (т) и числа Re. В табл. 2 приведены данные К т и К п и их погрешности из стандартов РД50-213-80 и ГОСТ 8.563-97 [23].

1.7. ВЛИЯНИЕ ШЕРОХОВАТОСТИ ТРУБОПРОВОДА НА КОЭФФИЦИЕНТЫ ИСТЕЧЕНИЯ С ДИАФРАГМ И СОПЕЛ

Относительная шероховатость Rm/D труб, имеющих неболь­ шие и средние диаметры, в большинстве случаев превосходит приведенные выше предельные значения Rm/D9допускающие оп­ ределение коэффициентов истечения С без поправки на шерохо­ ватость. С ростом же Rm/D заостряется профиль скоростей и возрастают С и а. Для учета этого умножают С на поправочный коэффициент К ш > 1, значение которого возрастает с ростом р в соответствии с [54] по формуле

где Аде = l -(lg R e - 6 )2 / 4 при 104 < Re < 10®, Аде = 1 при Re > > 10®; для диафрагм: го = 0,07 lg (Rm10VD) - 0,04; для сопел ИСА 1932 и Вентури: г„ = 0,045 lg (Rm104/D ) - 0,025.

Из уравнения (37) следует, чтоХш, мало отличающееся от еди­ ницы при 3 = 0,2+0,3, очень сильно возрастает с ростом р. Оце­ ним значение Кш при среднем р = 0,6 и при Re > 106. Для самого малого диаметра D = 50 мм и при очень большом параметре шероховатости Rm = 0,5+1 мм имеем Кш = 1,025+1,035. При D = = 200 мм только при Rm = 2 мм получаем Кш = 1,025. Но при Re =

=105 произведение Р4го надо умножать на 1,25.

Вприведенных формулах для трубопроводов с естественной шероховатостью значение Дш определяют в зависимости от коэф­ фициента гидравлического трения X в трубопроводе и числа Re по формуле Коулбрука

Дш / D = 3,71 •10-1/(2^ - 9,34 / ReVx.

48

Коэффициент же X определяют экспериментально по уравне­ нию

сужающим устройством; v — средняя скорость в трубопроводе.

. Погрешность множителя Кт зависит от погрешности опреде­ ления коэффициента X.

Если погрешность X не более 10 % , то погрешность Кт опреде­

Дополнительные сведения о влиянии шероховатости можно найти в ГОСТ 8.563-97, там приведена следующая формула:

Дш104 /D < Ю[1/(10р4)+8] /14.

1.8. ПРИТУПЛЕНИЕ ВХОДНОЙ КРОМКИ ДИАФРАГМЫ ПРИ ЭКСПЛУАТАЦИИ

Входная острая кромка диафрагмы неизбежно притупляется под влиянием трения о нее потока жидкости, газа или пара, дви­ жущегося с достаточно большой скоростью. В результате входная кромка теряет свою остроту и начинает закругляться и ее поверх­ ность в зависимости от случайных свойств материала или приме­ сей в потоке принимает круговую, эллипсоидальную или оваль­ ную форму, оцениваемую условным средним радиусом закруг­ ления гк. Неизбежным следствием этого будут уменьшение до­ полнительного сужения (возрастание значения коэффициента су­ жения р) струи, увеличение площади ее горла, а значит и уменьшение выходной скорости и соответствующее снижение из­ меряемого перепада давления при одновременном росте коэффи­ циента расхода а. Возникающая при этом погрешность измере­ ния расхода зависит от радиуса закругления гк, определяемого дли­ тельностью эксплуатации диафрагмы, и от диаметра d ее отвер­ стия и в меньшей степени от свойств измеряемого вещества (жид­ кости, газа, пара), если оно достаточно чистое. Очевидно, что при одной и той же степени притупления, т. е. при одном и том же гк, его влияние на поток будет тем сильнее, чем меньше поперечное сечение потока, т. е. чем меньше d. Это же вытекает и из следую­ щих соображений. Длина притупляемой кромки L = ndf а площадь струи F = 7td2/4. Чем больше отношение L/F0 = 4/d, т. е. чем меньше d, тем сильнее влияние притупления кромки на поток.

49

4 П. П. Кремлевский

К сожалению, стандарт ИСО 5167 совершенно игнорирует воп­ рос о притуплении входной кромки в процессе эксплуатации, пре­ доставляя его решение национальным нормам и правилам. Еще в середине XX века в немецких нормах DIN был предложен вари­ ант решения этого вопроса, заключающийся в умножении коэф­ фициента расхода а на поправочный множитель К п > 1, и была дана графическая зависимость Ки от т = Р2 для шести значений D (50, 80, 100, 150, 200 и 300 мм) в виде отдельных кривых. Эти графические зависимости Кп от т и d были повторены в наших правилах 27-54 и 28-64, а в правилах РД 50-213-80 были даны аналитические выражения этих зависимостей (Ки от m и d).

В 1955 г. [011, с. 23-24] была выполнена обработка этих гра­ фических зависимостей, которая показала, что Кп зависит только от d и выражается формулой Кп = 1 + K d/d9причем для всех d от 20 до 75 мм значение Кd ~ 0,4. Для всех d > 75 мм погрешность определения Kd по графикам слишком велика. Одновременно обработка кривых показала, что при d > 125 мм поправкой К п можно пренебречь.

Но метод учета притупления кромки, предложенный DIN, нельзя признать удовлетворительным. Он предлагает постоян­ ной величиной К п компенсировать переменный износ входной кромки, что невозможно.

В первое время эксплуатации диафрагмы введенная поправка, например Кп = 1,015, создает систематическую погрешность из­ мерения расхода, равную +1,5 % . Постепенно по мере затупле­ ния эта погрешность будет уменьшаться, а затем при длительной эксплуатации возникает уже отрицательная погрешность.

Существенный вклад в решение проблемы внес германский ис­ следователь Гернинг [50]. Он экспериментально установил зависи­ мость Кп от rK/d , изготовив ряд диафрагм с различными rK/d и испытав их на расходомер­

50

На рис. 19 показана зависимость гк от срока эксплуатации диаф­ рагм, работавших на воде, газе и паре, полученная X. А. Алланиязовым. Радиусы закругления гк определяли с помощью слепков из пластмассы [1, 8]. Несколько позднее Ю. М. Муниров выполнил аналогичные эксперименты по определения гк диафрагм, рабо­ тавших на нефтеперегонном заводе не только на газе и паре, но также на различных углеводородных веществах (бензине, бутане, газойле и т. д,). Радиусы закругления определяли с помощью отпечатков на особом приспособлении [18]. Кривая, полученная Мунировым, в пределах точности эксперимента совпадает с кри­ вой на рис. 19. Анализ полученной зависимости гк от срока экс­ плуатации позволяет сделать ряд выводов.

* 1. Начальный радиус гк диафрагмы обычно лежит в пределах 0,04-0,07 мм, что при малых диаметрах d не удовлетворяет необ­ ходимому критерию остроты rK < 0,0004d.

2.Степень износа сравнительно мало зависит от измеряемо­ го вещества (чистоты).

3.Радиус гк возрастает в первые годы эксплуатации прибли­ зительно на 0,04 мм в год. Затем возрастание уменьшается и радиус гк стабилизируется, достигнув значения 0,2-0,22 мм.

Кривая на рис. 19 может быть выражена аналитической за­ висимостью [22]

гДе гср — средний радиус закругления входной кромки; т — вре­ мя эксплуатации в годах.

Из зависимости (40) следует (ГОСТ 8.569-97):

гк =0Д 95 -(0,195 -гн)е"Тпп/3)т; 0 < т = тт / тп п < 1,