Кроме того, надо иметь в виду степень достоверности установ ленных коэффициентов С и а, а также возможность и простоту изготовления, с тем чтобы было обеспечено соответствие сужаю щего устройства исследованным образцам.
Для облегчения выбора на рис. 42 приведены зависимости коэффициента С от числа Re для различных сужающих устройств при т = 0,2 (у сопла половина круга при т = 0,1 и у комбиниро ванного сопла при т = 0,5). На этом рисунке видны зоны посто янства коэффициента С.
Для всех устройств, предназначенных для работы в области малых и средних чисел Re, коэффициенте меньше, чем для стан дартного сопла, но больше, чем для стандартной диафрагмы. Сле довательно, эти устройства — промежуточные по своим свойствам между стандартными диафрагмами и соплами.
У рассматриваемых устройств диапазоны чисел Re, в пределах которых сохраняется постоянство коэффициента С, различны, осо бенно в отношении Rem|n. Значения же Remax этих устройств близки к значениям Remin для стандартных диафрагм и сопел.
Наименьшие значения Remin = 40-5-260 имеет диафрагма с вход ным конусом, затем конусная диафрагма и диафрагма с двойным конусом. Но область постоянства С и а этих диафрагм меньше.
Удиафрагмы с двойным конусом рекомендуются т от 0,09 до 0,16-0,25 при d > 10 мм. Конусные диафрагмы исследованы примерно в тех же пределах т .
Удвойной диафрагмы, сопла четверть круга, цилиндрического
икомбинированного область постоянства С и а сдвинута в сторону средних чисел Re. Так, у двойных диафрагм Remin= 2 •103-*-1 •10 , a Remax = 2 • 105-*-3,5 • 105. Двойные диафрагмы применимы в большом диапазоне т от 0,09 до 0,64. Коэффициенты расхода у
этих диафрагм определены достаточно надежно, но их недоста ток — возможность засорения пространства между двумя диаф рагмами.
У сопла четверть круга, цилиндрического и комбинированного Remin изменяется в пределах от 1 •103до 5 •103-s-8 •103, a Remax — от 3 • 104-5-6 • 104 до 1,5 •105-S-2,5 •10б. У сопла четверть круга
3 |
1 |
|
\ |
— |
|
|
||
6 |
7 |
|
------ |
V |
|
2‘7 |
||
|
||
То W W То* |
юэ |
|
/ |
Рис. 42. Зависимость коэффици |
|
ю |
|
|
|
ента истечения С от числа Рей |
|
|
нольдса: |
|
|
1 — стандартная диафрагма (т = |
|
|
= 0,2); 2 — двойная диафрагма (ш = |
|
|
- 0,2); 3 — диафрагма с двойным ко |
|
|
нусом (ш * 0,2); 4 — диафрагма с |
|
|
входным конусом (т = 0,2); 5 — |
|
|
сопло четверть круга (ш = 0,2); 6 — |
|
|
сопло полкруга (т = 0,1); 7 — ци |
|
|
линдрическое сопло (ш = 0.2); 8 — |
|
|
комбинированное сопло ( т = 0,5); |
10° |
Re |
9 — конусная диафрагма (т = 0.2); |
10 — стандартное сопло ( т = 0,2) |
122
наиболее целесообразно иметь т от 0,25 до 0,36, а радиус г — предпочтительно не менее 0,6-1 мм. Для цилиндрического сопла рекомендуются небольшие т от 0,01 до 0,3. Комбинированные сопла применяют только при т от 0,45 до 0,75, причем лучшее постоянство а наблюдается при т > 0,58, но при больших т воз растает влияние шероховатости трубы на коэффициент а. Коэф фициенты расхода у всех этих сопел также достаточно достовер ны, но имеется определенная трудность в точном изготовлении сопла четверть круга и комбинированного, особенно при малых значениях радиуса г.
Сопла половина круга хотя и имеют малые значения Remjn = = 60*200, но исследованы недостаточно и в узких пределах, т. е. только при т от 0,01 до 0,14. Точное изготовление их при малых
гзатруднительно.
Взаключение можно сделать вывод, что при d > 6 мм для Re от 40 до 50 000 наилучшими являются диафрагмы с входным конусом. Для более узкой области Re от 60 до 3000 целесообраз ны также конические диафрагмы с углом конусности 90°. Для чисел Рейнольдса, которые больше, чем 1000-3000, подходят двой ные диафрагмы, сопла четверть круга и цилиндрические сопла. Но у последних коэффициент расхода а будет зависеть от степени притупления входной кромки. Перечисленные сужающие устрой ства (кроме конических диафрагм) включены в РД 50-411-83.
Взаключение следует напомнить, что с уменьшением D (и, особенно d) увеличивается трудность точного изготовления и вос произведения любого сужающего устройства. Кроме того, в боль шинстве случаев следует избегать применения т , которое больше, чем 0,2-0,3. При этом уменьшается влияние на коэффициент а как шероховатости труб, так и ширины б кольцевых щелей для отбора давлений [2, 8].
Г л а в а 4
ОСОБЫЕ ТИПЫ И ОСОБЫЕ СЛУЧАИ ПРИМЕНЕНИЯ СУЖАЮЩИХ УСТРОЙСТВ
4.1. ИЗМЕРЕНИЕ РАСХОДА ЗАГРЯЗНЕННЫХ ВЕЩЕСТВ, СЕГМЕНТНЫЕ, ЭКСЦЕНТРИЧНЫЕ И КОЛЬЦЕВЫЕ ДИАФРАГМЫ
При измерении расхода загрязненных жидкостей и газов в горизонтальных трубах целесообразно применять сужающие ус тройства, у которых проходное отверстие расположено в нижней части трубопровода. Такое устройство — сегментная диафрагма, имеющая в верхней части трубы перегородку с горизонтальной кромкой. Если высота перегородки hn > D/2, то проходное отвер стие имеет форму сегмента (см. рис. 1, г). Если hn < D/2, то форму сегмента имеет сама перегородка. Кроме сегментной (значитель но реже) применяют эксцентричную диафрагму с круглым от верстием в нижней части (см. рис. 1, д) и кольцевую диафрагму (см. рис. 1, е).
Угол входной кромки у сегментной диафрагмы (как и у стан дартной) равен 90°. Толщина кромки е допускается в пределах 0,005D < е < 0,0201), а выходной угол равен 45°. Толщина диаф рагмы Е < 0,052). Высота сегмента h и его площадь / определяют ся центральным углом сегмента и диаметром трубы D:
h = D (1 - cos Ч72)/2; f = D2 ('Р7Г/180 - sin у)/8 .
Относительная площадь т диафрагмы зависит от высоты сег мента h и диаметра D и определяется по формуле
т = arccos(l - 2й / 2))180 - (1 - 2й / 2))д/1 - (1 - 2й / D)2 / п.
В большинстве случаев у сегментных диафрагм применяют угловой способ отбора давлений. Отверстия для сбора обычно делают в верхней части на стороне, противоположной отверстию истечения. Опыты [3] показали, что с уменьшением т от 0,64 до 0,1 допустимый угол отклонения отборных отверстий от верти кали возрастает от 20 до 120°.
Коэффициенты расхода а у сегментных диафрагм с угловым отбором определяли на трубах диаметром 80-300 мм Ломан, Вит те, а также Хернинг, Лугт и Воловский [5, 6]. На основе этих опытов, согласующихся друг с другом в пределах ±1 % , составле на табл. 22, приведенная в рекомендациях ИСО [5] по примене нию сегментных диафрагм. Из табл. 22 следует, что значения коэффициентов расхода а у сегментных и у стандартных диаф рагм близки друг к другу (особенно при малых т). Нижнее до пускаемое число Рейнольдса Remin у сегментных диафрагм значи-
124
Т а б л и ц а 22
|
Значения а, та я Remin для сегментных диафрагм |
|
|
||
d/D |
т |
а |
та |
Remin |
|
0,150 |
0,10 |
0,608 |
0,0608 |
5 •103 |
|
0,207 |
0,15 |
0,611 |
0,0917 |
7,5 |
•103 |
0,254 |
0,20 |
0,615 |
0,123 |
104 |
|
0,297 |
0,25 |
0,620 |
0,155 |
1,5 |
•104 |
0.340 |
0,30 |
0,627 |
0,188 |
2 •104 |
|
0,380 |
0,35 |
0,636 |
0,223 |
2,5 |
•104 |
0.421 |
0,40 |
0,646 |
0,258 |
3 |
104 |
0,460 |
0,45 |
0,659 |
0,296 |
3,5 |
•104 |
0,500 |
0,50 |
0,673 |
0,337 |
4 - 1 0 4 |
|
тельно меньше, чем у стандартных. В атом их существенное пре имущество. Значение Remax согласно работе [5] равно 106 для любых т .
В работе [1] были экспериментально определены значения коэффициента а для т > 0,5. Они приведены ниже.
т . . . 0,50 |
0,55 |
0,60 |
0,65 |
0,70 |
0,75 |
0,80 |
0,85 |
0,9 |
0,95 |
0,96 |
а . . . 0,675 |
0,688 |
0,705 |
0,728 |
0,756 |
0,798 |
0,832 |
0,871 |
0,926 |
1,011 |
1,032 |
Притупление входной кромки у сегментной диафрагмы при водит к увеличению коэффициента а, который тем больше, чем больше отношение гк/Л, где гк — средний радиус закругления кромки. Значение соответствующего поправочного множителя гп приведено на рис. 43 по данным работы [50]. При равных значе ниях гк/Л и rK/d , а также равных значениях т величина кп у сегментных диафрагм меньше, чем у стандартных. Это объясня ется меньшим отношением длины /к входной кромки к площади отверстия у сегментной диафрагмы (особенно при больших т ) . Так, длина /к у сегментной диафрагмы меньше, чем у стандарт ной, в 2,2 раза при т = 0,5 и в 3,6 раза — при т = 0,8 [1].
При высоте сегмента h > 200+300 мм износ входной кромки практически уже не сказывается на а.
Поправочный множитель кш на шероховатость трубы тот же, что и для стандартной диафраг мы при одинаковой относитель ной шероховатости k/D. То же можно сказать и в отношении длины прямого участка.
Поправочный множитель е |
|
при угловом отборе рекоменду |
|
ется [5] брать таким же, как и |
|
у стандартных диафрагм, при |
Рис. 43. Поправочный множитель кп на |
тех же т , х ир2/Ръ хотя соглас |
притупление входной кромки сегмент |
но опытам [2] он у сегментных |
ной диафрагмы (гк — радиус закругле |
ния кромки; h — высота сегментного |
|
оказался на 0,3 % меньше. |
отверстия диафрагмы) |
125
Согласно работе [5], предельные погрешности 8а= ± (1,2 4- 3т 2) % и 8£= ± ( 8 Др/p i) % .
Для сегментных диафрагм (по сравнению со стандартными сужающими устройствами) необходимо более точное знание зна чения действительного диаметра трубопровода!). Кроме того, что бы избежать случайного уменьшения проходного отверстия при монтаже рекомендуется [5] иметь некоторое превышение AD внут реннего диаметра обода диафрагмы, в котором сделаны отвер стия для отбора давлений Pi и наД диаметром D. При этом надо соблюдать условия: AD/D < 4 % и AD/D 100 % < [0,1D/b х х (0,1 + 2 ,3 т 2)] % , где Ь< 0,5D — ширина обода.
Применение сегментных диафрагм особенно целесообразно в трубах большого диаметра для измерения расхода газа и воды. Если в измеряемой жидкости могут выделяться газы, то проход ное отверстие у сегментной диафрагмы следует располагать не внизу, а наверху или сбоку. Сегментные диафрагмы могут найти применение для измерения расхода водогрунтовых и других гид росмесей [16].
В РД 50-411-83 установлен предельный допуск (±10°) на от клонение мест отбора давлений от вертикального диаметра и даны следующие формулы, связывающие а с т , т с т а и h/D с т :
а = 0,6085 - 0,03427т + 0,3237т2 + 0,00695т3;
т = 0,00294 - 1,7226та - 0,5123 (т а )2 - 0,4931 (т а )3, справедливая при 0,0608 < т а <0,3365;
h/D = 0,04605 + 1,1997т - 0,9637т2 + 0,7612т3.
В этом документе значения а и Re соответствуют тем, кото
рые приведены |
в табл. |
22, |
a Remax = 106. Погрешность |
с а = ± (0,6 + 1,5 |
т 2), а |
5£ = ± |
4йр/р\. |
Для измерения расхода загрязненных веществ предложены эк сцентричная и кольцевая диафрагмы помимо сегментных. Экс центричная диафрагма имеет такое же круглое проходное отверстие, как и стандартная диафрагма, но сме щенное относительно оси трубопро вода (обычно вниз). Она была ис следована в США и нашла там не которое применение. Позднее была предложена кольцевая диафрагма, состоящая из диска 1 (рис. 44) с ос трой входной кромкой, переходя щей на выходе в усеченный конус.
|
Диск установлен на трубчатом |
|
держателе 3, в котором проложе |
|
ны импульсные трубки, соединен |
Рис. 44. Кольцевая диафрагма |
ные с отверстиями 2 для отбора |
126