|
Значения С н Ьс (в табл. 5) |
Т а б л и ц а 6 |
||
|
|
|||
Входной конус |
Диапазоны чисел Рейнольдса |
С |
|
|
Обработанный |
1 •10®-1,5 |
•10е |
0.977 |
±2,5 |
|
1.6 •10®-2 •10* |
0.992 |
±1,5 |
|
Литой |
1 •10*-1,5 |
•10* |
0,976 |
±1,5 |
|
1.5 •10*-2 |
•10* |
0,982 |
±1 |
Сварной |
1 •10®-2 •10® |
0,980 |
±2,5 |
|
Допускается применение труб Вентури и при несколько меньших значениях чисел Рейнольдса по сравнению с указанными в табл. 5. При этом значения коэффициентов истечения С и их предельных погрешностей можно брать по данным табл. 6 (ГОСТ 23720-79).
Необходимо строго придерживаться значений радиусов за круглений i?i, i?2 и i?3, указанных в табл. 5. Так, в работе [9] в литых трубах, имевших R\ < 3,6d, при большой скорости воды была обнаружена кавитация, сужавшая сечение потока и вызы вавшая возрастание перепада давления.
Для упрощения изготовления допускается делать трубы Вен тури из нескольких узлов, сочлененных разъемными соединени ями (ГОСТ 23720-73). Это позволяет наиболее изнашиваемую и ответственную часть — горловину — делать сменной из желае мого материала. Иногда горловину снабжают рубашкой, в част ности, из бронзы.
Потеря давления в трубах Вентури уменьшается с увеличени ем Р и числа Рейнольдса и возрастает с увеличением угла диф фузора ф. Кроме того, она зависит от технологии изготовления трубы и шероховатости отдельных ее частей. Эта потеря лежит в пределах от 5 до 20 % от перепада давления, в среднем она составляет 10-12 % . Потеря давления у укороченных труб Вен тури примерно на 35 % больше.
Хотя стандарт ИСО 5167 ограничивает применение труб Вен тури диаметром D = 800 мм, но на практике их применяют и в трубопроводах больших диаметров. Так, ГОСТ 23720-79 допус кает применение сварных труб диаметром вплоть до 1400 мм. Известны случаи применения труб Вентури очень больших раз меров — диаметрами до 3000 мм, изготовленных из бетона. Тру бы Вентури пригодны для измерения расхода загрязненных сред, несущих взвешенные частицы, которые могут отлагаться в мер твых зонах перед диафрагмами и соплами. К числу таких сред относятся всевозможные пульпы, в частности песчаные, гидраторер и многие вещества в целлюлозно-бумажном и пищевом про изводствах.
Очень большое достоинство труб Вентури — это то, что перед ними требуются значительно меньшие длины прямых участков трубопроводов по сравнению со всеми другими сужающими уст-
57
ройствами (см. табл. 11). Так, после одного или двух колен, лежа щих в одной плоскости, при Р от 0,3 до 0,75 требуется для диаф рагм и сопел длина прямых участков ^ от 16D до 42D, а для труб Вентури только от 1,5D до 4,5D. Трудно переоценить это очень важное преимущество, учитывая недостаточные длины прямых участков трубопроводов во многих случаях практики.
Столь малая чувствительность труб Вентури к деформации по лей скоростей, вызываемых местными сопротивлениями, объясня ется влиянием входного конуса (диффузора), хорошо выравнива ющим деформированные поля. С этим связано и еще одно досто инство труб Вентури — чрезвычайно малое влияние шероховатос ти трубопровода на коэффициент истечение С, благодаря чему от сутствует необходимость в учете поправочного множителя Кш, что существенно повышает точность измерения расхода в трубах ма лого диаметра. Опыты показали, что даже при очень сильном из менении степени заостренности входного профиля скоростей, при котором отношение средней скорости к скорости в центре изменя лось от 0,36 до 0,8, коэффициент истечения трубы Вентури (имев шей Р = 0,667) менялся всего лишь на 0,5 % (от 0,984 до 0,989).
У труб Вентури имеется еще одно характерное отличие от всех других сужающих устройств. Его коэффициент истечения не за висит от Р (или т ), а только от Re (табл. 7). Это резко упрощает расчет, позволяя определять диаметр d прямо по формуле расхо да, не прибегая к итерационному (иногда весьма длительному) процессу предварительного нахождения произведения та. По стоянство С у труб Вентури обусловлено постоянством угла (21°) входного конуса. Его длина I = 2,7(1) - d) уменьшается с увеличе нием р. При этом уменьшается поверхность трения, а срыв струи происходит при скоростях, близких к i>2(независимо от значений P i ) . Это способствует сохранению постоянства коэффициентов по терь и истечения С, который у сопел уменьшается с увеличени-
Таблица 7 Значениекоэффициента истеченияС и погрешностиОс для труб Вентури
|
|
|
Средняя |
|
Тип трубы |
Диапазон чисел Рейнольдса Не^ |
Коэффициент С |
квадратическая |
|
погрешность |
||||
|
|
|
||
|
|
|
коэффициента С, ос, % |
|
|
i •105- 2 •10* |
0,98 |
1,25 |
|
А |
2 •106- 2 •10е |
0,985 |
0,75 |
|
|
Больше 2 •10е |
0,985 |
1,0 |
|
|
|
0,976 |
1,25 |
|
Г |
|
0,982 |
0,5 |
|
О |
1 •108-1 ,5 •105 |
0,984 |
0,35 |
|
|
||||
|
1,5 •108-2 •108 |
0,984 |
0,5 |
|
|
2 •106- 2 ■10е |
0,977 |
1,25 |
|
в |
Больше 2 ■10е |
0,992 |
0,75 |
|
|
|
0,995 |
0,5 |
|
|
|
0,995 |
0,75 |
58
Рис. 22. Труба Вентури: а — схема и основные раз меры; б — изменение давления у стенки трубы
ем (3. Но значение коэффициента С у труб Вентури зависит от шероховатости входного конуса (у обработанных С равна 0,995, а у сварных и литых С составляет 0,985 и 0,984 соответственно). Исследования [8 1 ,108а, 108] показали влияние степени шерохова тости входного конуса на коэффициент С, а также значений ради усов Дх* Дг и R3 на зависимость С от Re. Коррозия и эрозия вход ного конуса заметно уменьшают С, поэтому его надо изготовлять из материалов, хорошо сопротивляющихся коррозии и эрозии.
Т а б л и ц а 8
Наименьшие длины l\/D и I2/D прямых участков до и после трубы Веитури
(по ГОСТ 23720-79*)
IJ D
m |
Колено |
Два и более колен |
Сужение |
Расширение |
Задвижка |
|
|
||||||
|
|
|
|
|
от ЗЛдо Л |
|
|
||||||
|
или |
водной |
в разных |
на длине |
от 0,75Л до |
полностью |
|
|
|||||
|
тройник |
Л на длине Л |
открыта |
|
|
||||||||
|
плоскости |
плоскостях |
3,5Л |
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
0,15 |
3(1,5) |
7 |
(3,5) |
17 |
(8) |
0,5 |
7 |
(3.5) |
2.5 |
(1,5) |
6(3) |
||
0,20 |
5 (2,5) |
9(4) |
19(9) |
1 (0,5) |
8,5 (4) |
3.5 |
(1,5) |
6(8) |
|||||
0,25 |
6 (3 ) |
Ю (5) |
21 (11) |
1,5 (0,5) |
9 (4,5) |
3.5 |
(1,5) |
6.5 (3,3) |
|||||
0,30 |
7 |
(3,5) |
12 (6) |
23 (13) |
2(1) |
10 (5) |
4.5 |
(2,5) |
6.5 (3,3) |
||||
0,35 |
8,5 (4) |
13 (7) |
25 |
(14) |
2,5 (1) |
11 (5,5) |
4.5 |
(2,5) |
7 |
(3,5) |
|||
0,40 |
11(5) |
15(8) |
28(17) |
3 (1,5) |
13(7) |
4,5(2,5) |
7 (3,5) |
||||||
0,50 |
14(8) |
20 |
(12) |
33 |
(21) |
7 (3) |
15(8) |
5.5 |
(3,5) |
7.5 (3,8) |
|||
0,60 |
20 |
(13) |
25 (15) |
38 |
(26) |
12(5) |
20 |
(10) |
6 (4,0) |
|
8(4) |
||
П р и м е ч а н и я: 1. При длинах, указанных в скобках, надо учитывать дополнительную по грешность ±0,5 %, прибавляемую к погрешности коэффициента расхода а или истечения С. 2. Длины 1,и /2 отсчитываются от плоскости, проходящей через оси отверстий для отбора pf.
59
Перечислим достоинства труб Вентури.
1.Очень малая потеря давления (рис. 22).
2.Возможность установки на трубопроводах, не имеющих длинных прямых участков (табл. 8).
3.Отсутствие влияния шероховатости трубопровода на коэф фициент истечения.
4.Возможность измерения загрязненных сред.
5.Простота расчета вследствие независимости коэффициента истечения С от Р (или т ) .
6.Возможность очень длительной многолетней работы благо даря хорошей износоустойчивости.
Последний пункт подтверждается опытом хорошей работы на петербургских водопроводных линиях нескольких труб Вентури
втечение более 50-60 лет. Можно лишь сожалеть о недостаточно широком применении труб Вентури в нашем народном хозяй стве. В связи с этим было бы полезно решить вопрос о норматизации их типоразмеров и организации их производства. В част ности ГОСТ 23720-79 рекомендует для всех труб Вентури огра ничиться лишь двумя значениями их относительных площадей:
т= 0,2 и т = 0,4.
1.11.СОПЛА ВЕНТУРИ
Вмеждународном стандарте ИСО 5167 и отечественных нор мах ГОСТ 8.563-97 имеется еще и сопло Вентури, которое, как и труба Вентури, благодаря выходному диффузору имеет очень ма лую потерю давления. Сопло Вентури состоит (рис. 23) из плавно сужающейся входной части, цилиндрической горловины и вы ходного диффузора. Входная часть вместе с начальным участ ком горловины длиной 0,3d представляет собой стандартное со
|
пло. К нему добавляется |
|
второй участок горловины |
|
длиной от 0,4d до 0,45d. |
|
Таким образом, общая дли |
|
на горловины будет от 0,7d |
|
до 0,75d. К выходному |
|
концу горловины без ради |
|
усного сопряжения присо |
|
единяется диффузор, угол |
|
конусности которого разре |
|
шается делать вплоть до |
|
30°. Наиболее целесообраз |
|
ны углы 12-16°. При мень |
|
ших углах не только уве |
|
личивается длина сопла, но |
|
и возрастает потеря давле |
Рис. 23. Сопло Вентури: а — схема и основ |
ния. При больших углах |
ные размеры; б — изменение давления |
возможны отрыв потока от |
60
стенок, возникновение неустойчивого движения и9 как следствие, пульсации измеряемого перепада давления.
Цилиндричность горловины проверяется измерением диаметра d, значение которого в любом поперечном сечении не должно отли чаться от среднего не более чем на 0,05 % . Для определения сред него значения d необходимо измерение не менее чем в четырех приблизительно равноотстоящих друг от друга диаметральных на правлениях. Отбор давления/?! осуществляется так же, как и у стан дартного сопла ИСА1932. При этом рекомендуется применять на входе кольцевую камеру для обеспечения среднего значения Pi* Отбор давления производят из горловины на расстоянии 0,3d от ее начального входа через не менее чем четыре отверстия, рас положенных равномерно по окружности горловины. Диаметры этих отверстий должны быть не более 0,04d и лежать в пределах QT 2 мм до 10 мм с учетом предотвращения их засорения. Эти отверстия соединяются с наружной кольцевой камерой или труб кой. Внутренняя поверхность сопла Вентури должна иметь пара метр шероховатости Ra < 10~4d.
Для измерения расхода пульпы и веществ, обладающих абра зивными свойствами, целесообразно изготовлять диффузор отдель но (для возможности смены входной части и горловины). Иссле дования [71] показали, что начальный диаметр диффузора может быть больше диаметра горловины на 2 % , но не наоборот. Как и у труб Вентури, разрешается применять укороченные сопла Вен тури со срезанным диффузором. Их осевая длина небольшая — в пределах (1*2)£>. Разработаны [47] конструкции укороченных сопел Вентури, различающихся числом отдельных частей, спосо бом их уплотнения, степенью легкости сборки и монтажа, а так же доступностью чистки камер отбора давлений.
Т а б л и ц а 9
Значения коэффициентов истеченияС и расходаа для сопел Вентури
то2 |
т= р2 |
С |
а |
т 2 |
т » р 2 |
с |
а |
0,01 |
о д |
0,9847 |
0,9897 |
0,19 |
0.4359 |
0,9555 |
1.0617 |
0,02 |
0,1414 |
0,9834 |
0,9934 |
0,20 |
0,4472 |
0,9537 |
1,0663 |
0,03 |
0,1732 |
0.9820 |
0,9971 |
0,21 |
0,4583 |
0,9519 |
1,0710 |
0,04 |
0,2000 |
0.9806 |
1,0008 |
0,22 |
0,4690 |
0,9501 |
1,0758 |
0,05 |
0,2236 |
0,9791 |
1,0045 |
0,23 |
0,4796 |
0,9483 |
1,0807 |
0,06 |
0,2449 |
0,9775 |
1,0082 |
0,24 |
0,4899 |
0,9464 |
1,0857 |
0,07 |
0,2646 |
0,9760 |
1,0120 |
0,25 |
0,5000 |
0,9446 |
1,0907 |
0,08 |
0,2828 |
0,9744 |
1,0158 |
0,26 |
0,5099 |
0,9427 |
1,0959 |
0,09 |
0,3000 |
0,9727 |
1.0197 |
0,27 |
0.5196 |
0,9409 |
1,1012 |
0,10 |
0.3162 |
0,9711 |
1,0236 |
0,28 |
0.5292 |
0,9390 |
1,1066 |
0.11 |
0,3317 |
0,9694 |
1,0276 |
0,29 |
0,5385 |
0,9371 |
1,1121 |
0,12 |
0,3464 |
0,9678 |
1,0316 |
0,30 |
0,5477 |
0,9352 |
1,1178 |
0,13 |
0,3606 |
0,9661 |
1.0357 |
0,Э1 |
0.5568 |
0,9333 |
1,1236 |
0,14 |
0,3742 |
0,9643 |
1,0399 |
0,32 |
0,5657 |
0,9314 |
1,1295 |
0,15 |
0,3873 |
0,9626 |
1,0441 |
0,33 |
0,574$ |
0.9295 |
1,1356 |
0,16 |
0,4000 |
0,9609 |
1,0483 |
0,34 |
0,5831 |
0,9276 |
1,1418 |
0,17 |
0,4123 |
0,9591 |
1,0527 |
0,35 |
0.5916 |
0,9256 |
1,1481 |
0,18 |
0,4243 |
0,9573 |
1,0572 |
0,36 |
0,6000 |
0,9218 |
1,1546 |
61