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

Т а б л и ц а 19

Значенияа и та в зависимости отгон d/D для диафрагм с входным конусом

ствующий поправочный множитель для стандартного сопла. По­ грешность ае = 7,5 (1 - Ес).

В британский стандарт BS 1042 диафрагма с входным кону­ сом введена уже более двадцати лет, но с постоянными значени­ ями входного угла © = 45°±1° и шириной конусной части b = = 0,084d±0,003d вне зависимости от отношения d/D. При этом для всех d/D от 0,1 до 0,5 коэффициент истечения С = 0,734 (в области Re от 250 до 5000) и С = 0,730 (в области Re от 5000 до 200 000). В результате исследования 25 таких диафрагм на трубе с D = 50 мм в области чисел Re от 2000 до 20 000 при отношении d/D, равном 0,2, 0,3, 0,4 и 0,5, были получены средние значения коэффициента С, составляющие 0,739, 0,732, 0,734 и 0,736 соот­ ветственно [27].

3.5. КОНУСНАЯ ДИАФРАГМА

Конусная диафрагма, предложенная и исследованная Куратовым [23], состоит (рис. 34) из конической части длиной b с углом

8 П. П. Кремлевский

но небольшая и зависит от т . Так, для т , равных 0,09, 0,16 и 0,25, имеем границы этой области Remin - Rmax: 146—675, 263— 1229

и285— 1592 соответственно.

Вработе [9] приведены краткие результаты исследования ряда конических диафрагм при т , равном 0,03, 0,15, 0,25, и углах вхо­ да 0, равных 20, 30, 40, 60 и 90°. Постоянство коэффициента рас­ хода а было обнаружено лишь при © = 90°=ь1° в диапазоне (900т + 30) < Re < 3000 при d > 10 мм. Для определения а дана формула а = 0,7632 - 0,1007т + 0,8974т . Толщина этих диаф­ рагм при m < 0,25 равна <2/2.

3.6. СОПЛО ЧЕТВЕРТЬ КРУГА

Сопло четверть круга — одно из наиболее исследованных су­ жающих устройств, предназначенных для малых чисел Re. Воз­ можные четыре разновидности этого сопла показаны на рис. 35. Профиль сопла образуется дугой радиуса г. Во всех случаях, ког­ да центр радиуса г находится в пределах диаметра трубы (рис. 35, а—в), профиль сопла равен четвертой части окружности, соединяющейся по касательной с торцевой плоскостью сопла. При больших т , когда г > (D - d)/2, профиль сопла очерчен дугой, которая образует угол с торцевой плоскостью сопла (рис. 35, г).

Постоянство коэффициента расхода а обусловливается правиль­ ным выбором радиуса г. Оказывается, что при увеличении т от 0,05 до 0,48 радиус г должен значительно возрастать. При этом отношение r/d увеличивается от 0,1 до 0,446. В связи с этим при малых т радиус г оказывается меньше толщины сопла s, которая обычно равна 0,11) (рис. 35, а). С увеличением т радиус г стано­ вится равным s (рис. 35, б), а затем (рис. 35, в) радиус г делается уже больше толщины сопла s.

Первые опыты с соплами четверть круга на трубе с D = 100 мм и длиной прямого участка 22D перед соплом провел Бек в 1936 г. Наиболее основательные исследования данных сопел на трубе с D = 40 мм выполнил Кённеке [21, 22]. Основные результаты этих исследований приведены в табл. 20. Ферроглио [18] повторил эти

> {D - d)/2

114

Т а б л и ц а 20

^Уточнено Кённеке путем интерполяции.

исследования на трубе с D = 80 мм и подтвердил достоверность результатов Кённеке. На рис. 36 приведены кривые зависимости r/d от т, построенные по данным табл. 20. Необходимо строго придерживаться этих значений, чтобы не нарушить постоянство r/d и, следовательно, не нарушить постоянство а. Для сопел чет­ верть круга наибольшее значение т —0,49.

Большинство многочисленных последующих исследований, которые опубликовали Витте в 1943 г., Шлаг в 1950 г., Ямотт и Ван Дейк в 1952 г., Брант в 1953 г., Ландстра в 1960 г., Богема с сотрудниками в 1960—1962 гг. [12, 13], Кастнер и Мак-Вейх в 1965 г. [20, 28], также подтвердили значения а и Remax, полученные Кён­ неке. В опытах, проведенных в Индии на трубе с D = 100 мм [25], значения а совпали с данными предыдущих опытов при d/D = 0,225 и 0,4, но оказались на 1,5-2,5 % выше при d/Dy равном 0,48, 0,58 и 0,63. Это расхождение можно объяснить боль­ шей шероховатостью трубопровода. В опытах же, проводившихся на нефти и опубликованных в работе [24], значения а совпали со значениями Кённеке при т = 0,16-5-0,23, но оказались меньше на 2,5 % при малых т = 0,04-5-0,1.

Кабза исследовал сопла четверть круга [4, 6] в трубах малого диаметра c D, равным 15, 25, 32 и 40 мм. В трубе с D = 40 мм при

8*

и 0,49, были получены значения а, составляющие 0,814, 0,820, 0,850, 0,932 и 1,05 соответственно, которые на 4 -5 % больше, чем в трубе с D = 40 мм. Увеличение а при малых D объяснимо, если учесть большее влияние шероховатости трубы. Менее ясно, поче­ му у Кённеке при испытании сопла с т = 0,1225 и r/d = 0,114 на трубе с D = 100 мм коэффициент а оказался на 1—2 % выше, чем у подобного же сопла на трубе с D = 40 мм.

Поправочный множитель в для сопла четверть круга опреде­ ляли Бюрке [14] и Кабза [4]. Первой была выведена формула е = 1 - (0,484 + 1,54т2) Ар/рхх при средней квадратической по­ грешности ае= 1,25 Др/p i. Опыты Кабзы дали значения е немно­ го меньше (в предельном случае на 0,5 % ).

Таким образом, значения как а, так и е для сопла четверть

воспроизведения. В связи с этим исходя из r/d = 0,1 (для малых т) получим наименьший диаметр сопла d = 6 мм. Кённеке реко­ мендует для сопла четверть круга выбирать т в пределах 0,25- 0,36.

Сомнения существуют в отношении значений границ постоян­ ства коэффициента а, особенно в нижней границе Rem^n. Так, при т - 0,25 различные исследователи получили Remin, изменяющее­ ся в пределах от 330 до 4000. Причиной этого, как показали опы­ ты Богемы с сотрудниками [13], являются различные длины пря­ мых участков, которые были у разных исследователей. На рис. 37 показана зависимость коэффициента истечения С от чис­ ла Re у сопла четверть круга с d/D = 0,59 при различных длинах I прямого участка трубы перед соплом. Во всех случаях коэффи­ циент С вначале увеличивается с ростом Re, достигая максимума в области Re от 1000 до 3000, а затем уменьшается и при Remin принимает постоянное значение, которое сохраняет до Rem**. Толь­ ко при длине I = 134D и более образуется ламинарный профиль скоростей, а при меньших длинах — переходный профиль с раз­ личной степенью турбулизации, что и обусловливает различные значения Reminпри различных длинах I. Если поместить на рассто­ янии 3D перед соплом сетку, турбулизирующую поток, то горбы, показанные на рис. 37, исчезнут и Remin существенно снизится.

Чем меньше d/D> тем меньше влияние длины I на а и Remin. Учитывая, что на практике могут быть самые разные длины пря­ мых участков I, следует для надежности принимать Remin = = 1000-8-2000 для т —0,25 и Remin = 4000+6000 при больших т .

Характер зависимости а от Re у сопла четверть круга можно пояснить так. Как и у всех сужающих устройств (см. рис. 13), вначале а растет с ростом Re. Затем у сопла четверть круга (вслед­ ствие относительной крутизны профиля сопла) происходит от­ рыв струи и замедление роста а. По мере же сужения струи и коэффициента неравномерности кь кривая изменения коэффици­ ента а, достигнув максимума (рис. 37), начинает падать. В даль-

116