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

<х= (1,0068 + 0,008287d) с^,

пригодное при 7 мм < d < 10 мм. Справедливость этих уравнений подтверждена опытами на трубах, имевших!), равные 14 и 30 мм [27], В связи с этим методические указания РД 50-411-83 до­ пускают применение стандартных диафрагм в трубах с D от 14 до 50 мм при d от 7 до 40 мм и т от 0,05 до 0,64. Для т , равного 0,05,0,10,0,15,0,20.0,25,0,30,0,35,0,40,0,45,0,50,0,55,0,60,0,65, значения R e ,^ •104 составляют 2,2, 3,0,4,1, 5,6, 7,2, 9,0,11,13,5, 15,8,18,4, 21,1, 24, 27 соответственно, а значения R e ,^ = 107 для всех т .

Значения коэффициентов ас приняты здесь в соответствии с правилами 28-64. Они определяются по формулам:

ас = 0,5950+0,04m + 0 ,3 т2 при т < 0,3;

ас = 0,6100 -0,0055т + 0,45т2 при 0,3 < т < 0,5;

а с = 0,3495 + 1,4454т - 2,4249т2 + 1,8333т2 при т > 0,5.

Средняя квадратическая погрешность оа находится по форму-

радиус кромки может изменяться в пределах от 0 до 0,04 мм, определена погрешность ± (5/d + 0,2) % . Приведенная в РД 50-411-83 результирующая погрешность с а = [(5/cf + 0,2)2 + + 0,09]0,5 при m < 0,36 и = [(5/d + 0,2)2 + 0,25т]°*^ при т > 0,36.

Поправочный множитель е тот же, что и для стандартных ди­ афрагм. Его погрешность ае (% ) для D < 50 мм определяют по формуле

Все приведенные формулы справедливы лишь для гладких труб.

В промышленных условиях обеспечить гладкость внутренней поверхности труб весьма трудно, а чем меньше D, тем сильнее влияет на а шероховатость трубы. Еще больше, учитывая малые значения d, будет сказываться на а притупление входной кромки в процессе эксплуатации. В связи с этим при необходимости высокоточного измерения расхода следует рекомендовать при малых диаметрах D применять диафрагмы с заранее притуплен­ ной кромкой, а также стандартные сопла с возможно малыми значениями т для уменьшения влияния шероховатости трубы. Для повышения точности измерения желательно индивидуально

137

градуировать диафрагмы с прилегающими участками трубопро­ вода.

В трубах малого диаметра иногда находят применение также критические сопла [17] и сопла Вентури.

4.7. ТОРЦЕВЫЕ СУЖАЮЩИЕ УСТРОЙСТВА

Эти устройства применяют при необходимости измерить рас­ ход на входе или на выходе из трубопровода. Первый случай измерения наиболее часто встречается при испытании воздухо­ дувок и компрессоров. Измеряемая среда — воздух, поступаю­ щий в трубу из окружающего пространства.

Подход воздуха к торцевой диафрагме или к соплу должен быть нестесненным. Это условие выполняется, если [32] на рас­ стоянии не менее 20d перед сужающим устройством по направ­ лению его оси и на расстоянии не менее 10d перпендикулярном к этой оси нет препятствий, нарушающих движение воздуха.

Наибольшее применение для измерения расхода воздуха на входе трубопровода получили стандартные диафрагмы. Первые опыты по определению коэффициента расхода торцевых диаф­ рагм, имевших т от 0,25 до 0,65, были опубликованы Штахом [35] в 1934 г. Коэффициент расхода а в этих опытах оказался равным 0,6, a Remin = 55 000 независимо от отношения т . В более поздних отечественных исследованиях [30] торцевых ди­ афрагм с т от 0,42 до 0,81 на трубе диаметром 400 мм были подтверждены эти цифры при средней квадратической погреш­ ности аа, не превышающей 0,4-0,5 % . В рекомендациях ИСО [31] (на основе опытов, проведенных во Франции) также подтвержда­ ется значение а = 0,6, но лишь для d/D < 0,4 (т < 0,16). При дальнейшем возрастании т согласно этим опытам а несколько уменьшается до 0,595 при т = 0,7. Заметим, что в работе [30] также было установлено незначительное снижение а до 0,598- 0,599 при больших т . Применение диафрагм (как и других су­ жающих устройств) на входе исключает необходимость наличия прямолинейного участка трубы перед сужающим устройством, что особенно важно при больших диаметрах труб. Кроме того, в этом случае не нужна поправка на шероховатость трубы и тре­ бования к концентричности установки сужающего устройства в трубе становятся менее жесткими.

Стандартные сопла, установленные на входе и имевшие т от 0,16 до 0,49, были испытаны Штахом. Он получил а = 0,99 и К етт = 55 000 независимо от отношения т . В более поздних опытах [32] было получено а = 0,992 с погрешностью 0,6 % .

В работе [33] приведены результаты испытания сопел Венту­ ри, установленных на входе всасывающего патрубка (D = 250 мм, I = 500 мм) центробежного вентилятора. Полученные значения а отличаются от стандартных не более чем на 1,5 % .

138

Другой способ уменьшения потерь энергии был предложен в Японии, где исследовали сопла, у которых d = D. Входная часть сопла очерчена радиусом 0,4D и имела диаметр входа, равный 2D. За входной частью расположена цилиндрическая часть со­ пла. Давление р\ измеряли на расстоянии 1,1D от входной плос­ кости. Исследовали сопла, имевшие d от 28 до 269 см. С возраста­ нием числа Re коэффициент а увеличивался. Так, при Re, рав­ ном 5,5 •104, 105, 2 •105 и 5 •105, значения а составляли 0,965, 0,97, 0,985 и 0,992 соответственно.

При установке сужающего устройства на выходе надо обеспе­ чить те же условия для свободного выхода измеряемого вещества, что и на входе; причем при этом можно измерять расход не только воздуха, но и жидкости (обычно воды). В последнем слу­ чае на истечение могут влиять силы поверхностного натяжения.

В опытах Штаха с диафрагмами на выходе, измерявшими рас­ ход воздуха, было установлено, что значения а при малых т = = 0,05-5-0,3 совпадают, а при m = 0,3-5-0,7 немного больше стандарт­ ных значений. В более поздних опытах [36] с диафрагмами, имев­ шими d/D от 0,3 до 0,8, на трубе с D = 50 мм были получены значения а на 0,1-0,4 % выше стандартных, что подтвердило ре­ зультаты Штаха.

Испытания торцевых диафрагм на выходе были выполнены также в Индии, но их результаты трудно сопоставимы с данными работ [31, 32], так как давление р\ отбирали не у торца диафраг­ мы, а на расстоянии I > D. Штах исследовал также и стандартные сопла, установленные на выходе, получив значения а на 0,5 % меньше, чем у сопел, расположенных внутри трубы. Но в прави­ лах 27-54 рекомендовано на выходе применять лишь диафраг­ мы. Множитель в для торцевых диафрагм можно вычислять по формуле (41).

В некоторых случаях, например при измерении загрязненных жидкостей (в частности, сточных вод), целесообразно применять на выходе сегментные диафрагмы. Испытания на воде [34] пока­ зали, что в этом случае при т = 0,1 коэффициент расхода а на 3 % , а при т = 0,5 уже на 11 % больше, чем у сегментных диафрагм, установленных внутри трубы.

4.8. СОПЛА ОСОБЫХ ПРОФИЛЕЙ

Наряду с рассмотренным ранее стандартным соплом, именуе­ мым в международном стандарте 5167 соплом ИСА 1932, пред­ ложены также сопла других профилей. К числу таких профилей относятся параболическое сопло и так называемое длинноради­ усное сопло. Профиль первого из них — параболический. Оно не обеспечивает постоянства коэффициентов а и С (см. рис. 13) и перестало применяться после разработки сопла ИСА 1932. Длин­ норадиусное сопло включено в стандарт 5167 и находит приме­

139

Г л а в а 5

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ РАСХОДА

СГИДРАВЛИЧЕСКИМ СОПРОТИВЛЕНИЕМ, ЦЕНТРОБЕЖНЫЕ НАПОРНЫЕ ТРУБКИ

ИУСТРОЙСТВА

5.1. ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ РАСХОДА — ГИДРАВЛИЧЕСКИЕ СОПРОТИВЛЕНИЯ

Любое гидравлическое сопротивление, у которого известна за­ висимость потери давления от расхода, может быть преобразова­ телем расхода. Но применяют главным образом лишь сопро­ тивления, работающие в ламинарном режиме, чтобы получить линейную (или близкую к ней) зависимость между расходом q и перепадом Др. Основное такое сопротивление — капиллярная труб­ ка, диаметр которой определяется уравнением d < 0,554gmax/v (d, мм; gmax, м3/с; V, м2/с), полученным при Re <2300.

Изменение давления по длине капиллярной трубки при дви­ жении жидкости в ней при Re < 2300 показано на рис. 48. На входе часть давления затрачивается на образование кинетичес­

2 pv2 / 2. Процесс этот сопровождается некоторыми потерями энер­ гии. Одновременно на всем участке трубы Z, равном 1\ + 1%* про­ исходит потеря давления Дрл от вязкостного трения по закону Пуазейля:

/128Q/il,l(xd*)

Рис. 48. Изменение потенциальной и кинетической энергии по длине капиллярной трубки

141