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

с

Рис. 37. Влияние длины прямого участка трубы на зависимость коэффициента С от Не

нейшем (в связи с уменьшением темпа сужения струи) а не ме­ няется с ростом Re, так как уменьшение коэффициента сопро­ тивления £ компенсирует влияние увеличения и уменьшения р. Возрастание а начинается с момента возврата струи к стенке сопла (см. рис. 4), который у сопла четверть круга (вследствие отсутствия цилиндрической части на выходе) происходит при чис­ лах Re = 1 •105 + 2 ■105, т. е. значительно больших, чем у стан­ дартного сопла (при Re = 2 • 104 + 3 • 104). Благодаря этому и достигается сравнительно большая зона постоянства а у сопла четверть круга в области средних чисел Re. Это постоянство на­ рушается, если отношения r/d отличаются от рекомендованных (см. рис. 36) или профиль сопла шероховатый. В связи с этим к точности изготовления сопла четверть круга предъявляются вы­ сокие требования, затрудняющие его изготовление [28].

Вдокументе РД 50-411-83 приведена формула, связывающая

ас т , для сопла четверть круга в виде

а = 0,7772 - 0,2137т + 2,0437т2 - 1,2664т3,

а также формулы, связывающие т с произведением т а :

117

Там же указаны границы применения сопла четверть круга. Для /п, равного 0,05, 0,1, 0,2, 0,3, 0,4 и 0,49, имеем Remin, равное 2000, 2000, 2300, 3500, 4000, 5000, и Remax, равное 35 000, 45 000, 80 000,100 000,120 000, 200 000 соответственно.

Согласно РД 50-411-83 сопла четверть круга имеют погреш­ ность оа = ± 1 % и допускаются при D от 25 до 100 мм, т от 0,05 до 0,49 и d от 6 до 70 мм.

В работе [2] приведены результаты испытания сопел сектор круга при т = 0,15, 0,25 и 0,49, близких по профилю к соплу, изображенному на рис. 35, г, с той лишь разницей, что центр ради­ уса г, которым очерчивается профиль сопла, находится не снару­ жи, а внутри диаметра трубы D. Оптимальный центральный угол сектора круга 0 = 70°. Отношения r/d те же, что и у сопел чет­ верть круга (см. табл. 20 и рис. 36). У сопел сектор круга Remin несколько больше, a Remax существенно больше, чем у сопел чет­ верть круга.

3.7. ЦИЛИНДРИЧЕСКОЕ СОПЛО

Имеются два типа цилиндрических сопел: несимметричное (рис. 38, а) и симметричное (рис. 38, б). Первое было предложено Кённеке [22] вместе с соплом четверть круга и комбинированным соплом. Результаты его опытов на трубе, имевшей D = 40 мм, при­ ведены в табл. 21 и на рис. 39).

В дальнейшем цилиндрические несимметричные сопла иссле­ довали в США [19], Японии и Польше [5].

Опыты [19] на трубе с D - 100 мм хорошо подтвердили значе­ ния а, полученные Кённеке, а также высокие значения Remax, при­ веденные в табл. 21. Эти опыты не позволили установить точные значения Remin, но во всяком случае они оказались много боль­ ше, чем у Кённеке, который проводил опыты при недостаточной длине прямого участка трубопровода. Одновременно опыты [19] показали возможность некоторого уменьшения длины z сопла, по сравнению с данными табл. 21 и рис. 39. Но при этом наблюда­ лось и незначительное уменьшение значения а.

Рис. 39. Зависимость zfd от т для цилидрических сопел

118

В японских опытах исследовали несимметричные цилиндри­ ческие сопла, имевшие d/D, равное 0,2, 0,4, 0,6, 0,7 и 0,8, на трубе с D = 20 мм. Опыты проводили на воздухе и углекислом газе в ограниченной области чисел Re от 2000 до 10 000. Сопла имели повышенную длину г = 3d. Получено стабильное а, но его значе­ ние на 0,5-1 % оказалось меньше, чем у Кённеке.

В опытах Кабза [5] исследовал сопла на трубах, имевших D, равный 40, 32, 25 и 15 мм. Значения а при D = 40 мм совпали с данными Кённеке. С уменьшением диаметра трубы было уста­ новлено увеличение а, незначительное при D = 32 и 25 мм, но существенное (на 3-4 %) при D = 15 мм.

Кённеке рекомендовал [22] преимущественное применение ци­ линдрических несимметричных сопел при малых т от 0,01 до 0,3.

Для цилиндрических несимметричных сопел в РД 50-411-83 приведены следующие формулы, связывающие а с т и т с т а :

а = 0,80017 - 0,01801т + 0,7022т2 - 0,32 2 т3; т = 1,2486та - 0,0279 (т а )2 - 1,6328 (т а )3 + 1,6979 (т а )4.

Последнее уравнение справедливо при 0,008 < т а < 0,4518, погрешность оа = ± 1 % .

Согласно РД 50-411-83, цилиндрические несимметричные со­ пла допустимо применять при D от 25 до 1000 мм, m от 0,01 до 0,49 nd от 2,5 до 70 мм. П рит, равном 0,01, 0,05, 0,10, 0,15, 0,25, 0,35 и 0,49, допустимые значения Re^n составляют 500,1100,1600, 2000, 2500, 3000, 5500 и Remax — 8000, 30 000, 40 000, 60 000, 100 000, 150 000, 200 000.

Поправочный множитель Е для цилиндрического несимметрич­ ного сопла определяется по формуле (40) для стандартного со­ пла. Длина сопла z должна приниматься исходя из рис. 39.

Симметричные цилиндрические сопла предложил Кабза. Он исследовал их на трубах, имевших D, равный 40, 32, 25 и 15 мм при m в пределах от 0,09 до 0,64. Значения z/d соответствовали данным табл. 21.

Зависимость коэффициента расхода а от т для этих сопел при­ ведена в работе [6]. Значение а здесь для трубы с D = 40 мм приблизительно на 1 % меньше, чем у несимметричных сопел.

119

С уменьшением диаметра трубы а возрастает (особенно значи­ тельно при D = 15 мм).

При увеличении т от 0,09 до 0,64 значение Remin возрастает от 1500 до 5000, а значение Remftx — от 4 •104 до 2 •105 (при D = 25; 32 и 40 мм) и от 2,5 •104 до 1,3 •105 (при D = 15 мм).

Области постоянства а у симметричных и несимметричных цилиндрических сопел совпадают, но первые обладают двусто­ ронним действием и у них удобно осуществлять камерный от­ бор давления.

Достоинство цилиндрического сопла — простота изготовления, недостаток — неизбежность в процессе эксплуатации притупле­ ния входной острой кромки, в результате которого коэффициент расхода а будет возрастать и одновременно, как показали опыты [2], будет возрастать и значение Remin. Последнее приводит к уменьшению области постоянства а, особенно значительному при малых т .

3.8. КОМБИНИРОВАННОЕ СОПЛО

Комбинированное сопло, профиль которого показан на рис. 40, а, является сочетанием сопла четверть круга на входе и цилин­ дрической части, имеющей длину z на выходе. Зависимость z от d и от т приведена на рис. 40, б. Радиус входной части см. на рис. 36.

а

В) г/<*

120

Комбинированное сопло предложено Кённеке [22] в виде допол­ нения к соплу четверть круга и предназначено только для боль­ ших т от 0,45 до 0,75. Радиус г возрастает от 0,043d при т =

=0,45 до 0,15d при т = 0,58, а затем уменьшается до 0,078d при

т~ 0,75 по закону г = 0,5(D - d). Область постоянства по Кённе­ ке находится в пределах чисел Re от 3 •103 до 2 •105. На рис. 41 даны значения коэффициента расхода а в зависимости от т для комбинированного сопла, а также сопла четверть круга и цилин­ дрического несимметричного. Профиль комбинированного сопла имеет сходство с профилем стандартного сопла, но входная часть очерчена не двумя, а одним небольшим радиусом, а цилиндри­ ческая часть значительно длиннее. Значения а у него немного меньше, чем у стандартного сопла.

3.9. СОПЛО ПОЛОВИНА КРУГА

Профиль этого сопла имеет в сечении половину окружности с радиусом г. Очевидно, что толщина проточной части, которая одновременно может быть и толщиной сопла, а = 2. Результаты первого исследования сопла половина круга опубликованы Гизе в 1933 г. Лучшие показатели имели сопла при т = 0,09, r/d = = 0,125 и s/d = 0,25 на трубе с D = 40 мм. При коэффициенте а = 0,8 сохранялось постоянство в пределах чисел Re от 300 до 10 000. Кённеке на трубе с D = 40 мм испытал два сопла с т =

=0,056 и т = 0,1225, имевшие s/d = 0,25. Для сопла с т = 0,1225 было получено постоянное значение а = 0,807 в пределах чисел Re от 200 до 8000, что хорошо подтверждается результатами Гизе. Но при использовании сопла с т = 0,056 результаты оказались хуже. В дальнейшем в 1942, 1950 и 1968 гг. [28] испытывали сопла с т в пределах от 0,01 до 0,14. Лучшие результаты были получены при отношении s/d = 0,25. При этом выяснилась труд­ ность точного воспроизведения профиля сопла половина круга (особенно при малых толщинах а). Так, для четырех сопел с т =

=0,04 и s/d = 0,25 при D = 40 мм, имевших а = 8 мм и изготовлен­ ных в разных мастерских, значения а изменялись в пределах от 0,784 до 0,800.

3.10. РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ПРИМЕНЕНИЮ СУЖАЮЩИХ УСТРОЙСТВ

ДЛЯ МАЛЫХ ЧИСЕЛ РЕЙНОЛЬДСА

При выборе сужающего устройства для работы в области ма­ лых или средних чисел Рейнольдса надо прежде всего учитывать диапазон этих чисел, в пределах которых сохраняется постоян­ ство коэффициентов истечения С и расхода а.

121