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

фильтр 11 и дроссель 12. В центре мембран 6 и 9 укреплены стальные диски, находящиеся против отверстий сопел 5 и 10. Благодаря этому автоматически поддерживается равенство дав­ лений Рз = Pi и р4 = р2. Через сопло 10 избыточный воздух удаля­ ется в атмосферу, а степень открытия сопла 5 определяет значе­ ние парциального расхода q. Для сглаживания пульсаций давле­ ния перед измерительной диафрагмой 4 служит небольшая ем­ кость 3, а для измерения количества прошедшего воздуха — газосчетчик 1. В случае применения расходомера с невозвращаемым парциальным потоком расход q последнего можно измерить с помощью гидравлического сопротивления, обладающего линей­ ной характеристикой, и, кроме того, с помощью особого компенса­ тора исключить в значительной мере влияние изменения давле­ ния р и температуры t газа на результаты измерения [013].

Перепад давлений Pi и рз в газопроводе создает диафрагма. Ответвляемый парциальный поток проходит через фильтр, вто­ рую диафрагму, камеру, два сопла, ламинарное сопротивление, счет­ чик газа, компенсатор и через сопло удаляется в атмосферу. Дав­ ление рз после второй диафрагмы равно давлению р2 после диаф­ рагмы в трубе, благодаря тому что площадь мембраны более чем в 1000 раз превосходит площадь сопла, а перепад давления на сопле ограничен регулятором, состоящим из небольшой мембра­ ны, сопла и настраиваемой пружины. Дроссель предназначен для согласования постоянных времени камер, расположенных по обе стороны от мембраны. Для измерения расхода парциального по­ тока служит ламинарное сопротивление и дифманометр, а для измерения его количества — счетчик газа. На выходе из послед­ него поддерживается постоянная плотность газа с помощью ком­ пенсатора, имеющего сильфон, внутреннее пространство которого заполнено газом при некотором избыточном давлении. Заслон-

102

ка, укрепленная в центре сильфона, регулирует выход газа через сопло. Во избежание автоколебаний сильфона внутренняя его полость разделена на две части и имеет дроссель для перетека­ ния газа из одной части в другую. Заметим, что пропорциональ­ ность между расходами Q и q будет нарушена в результате заг­ рязнения фильтра. Поэтому для измерения расхода загрязненно­ го газа более надежна схема, показанная на рис. 30.

Внекоторых схемах [34] для обеспечения равенства темпера­ тур основной и парциальной диафрагмами последнюю заключа­ ют в гильзу, монтируемую в основном трубопроводе.

Вработе [38] исследован парциальный расходомер с осцилли­ рующей струей, предназначенный для измерения расхода газа в калориметре. В трубе диаметром 26 мм помещена диафрагма. Парциальный преобразователь расхода с осциллирующей струей связан с трубой двумя трубами (диаметром 14 мм), расстояние между осями которых равно 77 мм. Ширина сопла в преобразо­ вателе равна 3 мм. Испытания производили при диаметре диаф­ рагмы, равном 0; 5,5; 7,0; 8,0; 9,5 и 11 мм. При этом максималные расходы менялись от 1 •10“4 до 6 •10“4 м3/с. Во всех случа­ ях в широком диапазоне имелась пропорциональность между расходом газа и частотой пульсаций давления. Погрешность из­

мерения расхода ±2 % в пределах от 0,5 •10”4 до 6 •10“4 м3/с. В НИИтеплоприбор также разработан парциальный расходо­ мер с осциллирующей струей [32], причем исследовано несколь­ ко типоразмеров струйного автогенератора с соплом площадью 5,475; 17,575 и 28,176 мм2. Кроме того, установлено влияние ди­ аметра байпасной трубки на частоту f осцилляции струи. При воз­ растании F от 5 до 10 мм частота f увеличивается почти вдвое.

Погрешность этого датчика вместо дифманометра ± 1 % . Имеются также парциальные расходомеры с термоконвектив­

ным тепловым датчиком в обводной трубке к СУ [36, 024], вклю­ ченным вместо дифманометра.

Кроме таких применяются отводы с двух сторон сегментной диафрагмы для турбинного счетчика [018], а также для других расходомеров.

2.4. ПОГРЕШНОСТИ ПАРЦИАЛЬНЫХ РАСХОДОМЕРОВ

Средняя квадратичная погрешность аа измерения расхода Q с помощью парциального расходомера выражается формулой

= Va9 + °г*

где oq и о г — соответственно средние квадратические погрешнос­ ти измерения парциального расхода q и градуировочной зависи­ мости между q и Q. Погрешность измерения oq применяемого

103

Г л а в а 3

СУЖАЮЩИЕ УСТРОЙСТВА ДЛЯ МАЛЫХ ЧИСЕЛ РЕЙНОЛЬДСА

3.1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА

Стандартные диафрагмы и сопла и тем более сопла и трубы Вентури не применяют для малых чисел Re, где коэффициенты истечения С и расхода а сильно зависят от Re. Вязкие же веще­ ства, в частности нефтепродукты, имеют числа Re порядка 102- ю 4.

Из рис. 13 видно, что в области Re = 102+104 при уменьшении Re коэффициент С у диафрагм возрастает, а у сопел — уменьша­ ется. Поэтому СУ, которые могли бы сохранить постоянство С в этой зоне, должны по своим свойствам быть промежуточными между диафрагмой и соплом, в частности плавность входной их части должна быть промежуточной между соплом и диафраг­ мой.

Дополнительное сужение струи у них должно быть меньше, а следовательно, коэффициенты сужения \хи расхода а больше, чем у стандартной диафрагмы. Тогда при уменьшении числа Re (во 2-й зоне на рис. 13) у них будет меньше возрастание коэффици­ ента 1 и появится возможность компенсации этого возрастания увеличением коэффициента потерь k^ (вследствие возрастания коэффициента трения). Имеется несколько сужающих устройств, в которых взаимная компенсация изменения коэффициентов р и

приводит к достаточному постоянству коэффициента расхода а в области небольших чисел Рейнольдса. К этим устройствам относятся: двойная диафрагма, диафрагма с входным конусом, диафрагма с двойным конусом, сопло четверть круга, сопло полу­ круга, комбинированное сопло и цилиндрическое сопло. Они от­ личаются друг от друга не только устройством, но и областями чисел Re, в пределах которых у них сохраняется постоянство ко­ эффициента а.

До недавнего времени ни одно из этих устройств не было стан­ дартизовано. Одна из причин этого — трудность точного их вос­ произведения при малых диаметрах d и D, другая — недостаточ­ ная полнота выполненных исследований для отдельных типов устройств и противоречивость результатов, полученная исследо­ вателями в некоторых случаях. Дело в том, что при малых чис­ лах Re в области ламинарного движения нужны более длинные прямые участки труб для образования законченного профиля скорости [16, 17], чем при турбулентном режиме. Согласно рабо­ там Никурадзе, после входного отверстия с хорошо закругленны­ ми краями необходимо для этой цели при ламинарном движе­

105

нии иметь прямой участок трубы длиной I = 0,0065D Re, следова­ тельно, при Re = 2320 этот участок I = 150D. При турбулентном же режиме достаточна длина I = (30+40)/Х Не все исследователи имели в своих опытах прямые участки такой длины, что и приве­ ло к расхождению полученных значений коэффициента а для одних и тех же типов сужающих устройств. В переходной же области между ламинарным и турбулентным режимами при одних и тех же числах Re встречаются и ламинарный и турбу­ лентный режимы, при которых значения коэффициента а будут различны. Характер движения потока сильнее отражается на разбросе значений а при больших отношениях т. Поэтому в об­ ласти малых чисел Re надо стремиться иметь сужающие устрой­ ства с небольшими т < 0,25-5*0,3.

Несмотря на отмеченные трудности, в 1984 г. вышли методи­ ческие указания РД 50-411-83, нормирующие применение двой­ ной диафрагмы, диафрагмы с коническим входом, цилиндричес­ кого сопла и сопла четверть круга и сегментной диафрагмы (см. гл. 4).

Параметр шероховатости Ra проточной части всех этих сужа­ ющих устройств в зависимости от диаметра D трубопровода дол­ жен находится в пределах, указанных ниже.

Параметр шероховатости Ra торцевых поверхностей должен быть в пределах от 1,25 мкм до 0,68 мкм, а для остальных повер­ хностей сужающих устройств — в пределах от 20 мкм до 40 мкм. Требования к неперпендикулярности и неплоскостности входной торцевой плоскости те же, что и для стандартных сопел.

Диаметры отверстия с и ширина кольцевых щелей для отбора давлений при D > 50 мм должны удовлетворять следующим тре­ бованиям: 0,0LD < с < 0,02D при т > 0,45 и 0,01 < с < 0,032) при т < 0,45. Кроме того, надо соблюдать условие: 1 мм < с < 12 мм. Для диаметров же труб менее 50 мм необходимо соблюдать соот­ ношения: 0,012) < с < 0,12) при т < 0,25 и с = 1±0,1 мм при т > 0,25.

Отклонение Лd (% ) диаметра d цилиндрической части отвер­ стия сужающего устройства от расчетного, определенное не менее чем в четырех равноотстоящих диаметральных направлениях, не должно превышать Ad/d =а^/50. Значение (% ) выбирают так, чтобы возникающая при этом дополнительная погрешность из­ мерения расхода была в пределах от 0,05 % до 0,3 % .

Сужающие устройства для малых чисел Re, согдасно РД 50-411-83, допускаются к установке на гладких трубопрово­

106