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

ряемый перепад давления, который при небольших скоростях по­ тока очень мал у напорных трубок.

На рис. 53 показана микротрубка Вентури, установленная в свободном потоке, и приведена кривая распределения давления по ее длине. Давление р\ при входе в трубку Вентури больше начального давления р$ на значение сопротивления бр трубки прохождению потока. Обозначив через ^ коэффициент потери давления, отнесенный к перепаду Ар —р\ —Р2 (рис. 53), получим 5р = £тАР* Скорость же Vi входа в трубку будет меньше скорости VQ окружающего потока в соответствии с уравнением

p u o /2 -p u f/2 = ^Др.

Если рядом с микротрубкой Вентури установить напорную трубку для отбора полного давления и брать это давление в каче­ стве pi вместо давления на входе в микротрубку Вентури, то об­ щий коэффициент усиления такого преобразователя расхода, на­ зываемого трубкой Пито—Вентури, возрастет на единицу.

Для обеспечения коэффициента усиления порядка 15-20 при­ меняют двухступенчатую микротрубку Вентури или двухступен­ чатую трубку Пито—Вентури. Внутри небольшой трубки Венту­ ри (рис. 54) помещается вторая меньшая трубка Вентури, у кото­ рой входное или выходное отверстие совпадает с горлом первой трубки. Давление Р2 отбирают в самой узкой части второй труб­ ки, а давление pi — из отверстия, направленного навстречу пото­ ку. Коэффициент усиления к данного преобразователя можно не­

157

ри, упрощающие их установку в трубопроводе. Так, в работе [28] описан цилиндрический зонд диаметром 40-50 мм с находящей­ ся в нем трубкой Вентури, которая вместе с зондом расположена перпендикулярно к оси трубопровода. В зонде имеется отверстие, направленное навстречу потоку, через которое часть потока по­ ступает в зонд, проходит через трубку Вентури и выходит через открытый конец зонда, срезаемый под углом 30-45° в сторону, противоположную движению основного потока. Давление Р2 от­ бирают из горла трубки Вентури с помощью тонкой импульсной трубки, находящейся внутри зонда, а давление р\ — непосред­ ственно из зонда. Если вместо трубки Вентури поместить в зонд трубку Далла, то можно повысить коэффициент усиления.

Ударно-струйные преобразователи расхода. Перепад давле­ ния возникает в таких преобразователях в процессе удара струи. Они применяются для измерения лишь малых расходов и рас­ сматриваются в гл. 2.

5.4. ОСРЕДНЯЮЩИЕ НАПОРНЫЕ ТРУБКИ ОНТ — ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ СКОРОСТНОГО НАПОРА, ОСРЕДНЯЮЩИЕ ПСНО

В последние годы широкое применение для измерения расхо­ да газа и жидкости получили осредняющие напорные трубки ОНТ, или иначе преобразователи скоростного напора ПСНО.

По ОНТ и ПСНО уже выпущен ряд нормативных документов, рассматривающих различные аспекты применения этих трубок.

Первые разработки и исследования этих средств измерения рас­ хода выполнялись в нашей стране. Подавляющее большинство публикаций по ОНТ имеется в русской научно-технической лите­ ратуре. Но широкому применению их способствовало появление зарубежного варианта этой трубки, получившей название Annubar.

158

Отечественные разработки ОНТ. Первые осредняющие напор­ ные трубки были консольного типа. Так, еще в 1962 г. в журнале «Водоснабжение и санитарная техника» № 4 была опубликована статья, в которой сообщалось об исследовании эпюры скоростей в трубе диаметром D = 207 мм с помощью трубки длиной D/2 и диаметром d - 20 мм. Трубка имела три приемных отверстия. Затем в сборнике трудов ВНИИпромгаз были опубликованы основные параметры разработан­ ной в институте консольной труб­ ки со щелевыми отверстиями на лобовой и тыльной сторонах (рис. 55). Результаты исследова­ ния трубки были доложены на 2-й Всесоюзной конференции по измерению расхода и опубликова­ ны в ее трудах (1967).

159

Другая конструкция ОНТ разработана для измерения расхода сильно запыленного газа (4-6 г/м3) при температуре 300 °С. Труб­ ка по конструкции близка к современным ОНТ (рис. 56). На лобовой стороне расположен ряд отверстий для приема полного давления» а на тыльной стороне — одно отверстие» соединенное с отдельной трубкой для отбора давления на тыльной стороне (как у трубок Annubar)

Одновременно в Одесском политехническом институте (ОПИ) под руководством А. И. Грабовского и К. Ф. Иванова велась разработка ОНТ для измерения расхода воды. О больших масш­ табах работ и достижениях сотрудников ОПИ свидетельствуют два факта. Ими опубликовано много научно-исследовательских работ по ОНТ, в частности за рубежом, что значительно больше, чем во всех остальных странах вместе взятых.

На рис. 57 показана осредняющая трубка, разработанная в ОПИ. При этом отбор статического давления в трубопроводе про­ изводится через отдельное отверстие, расположенное перед ОНТ на расстоянии 0,075D=fc0,025Z) под углом (3 = 15-г-165° к ней. Это обеспечивает весьма близкое к единице значение коэффициента расхода а (преобразования) ОНТ. По данным ВНИИР, для тру­ бок ОПИ он лежит в пределах 0,9915-0,9955. Его погрешность ба = 1,2 % в пределах чисел Рейнольдса Re от 1,8 •105 до 108 при относительной шероховатости трубопровода Rm/D < 25 ■ 10“4. Работами ОПИ установлено, что коэффициент а сохраняет наи­ большую стабильность, если площадь внутреннего поперечного сечения ОНТ не меньше 80 % от площади всех отверстий на ло-

Рис. 57. Осредняющая напорная трубка:

1 — фланец; 2 — осредняющая трубка; 3 — за­ глушка

160

бовой стороне трубки. Отсюда следует уравнение для определе­ ния наибольшего допустимого числа п этих отверстий:

п - 0,8df / d%,

где dB — внутренний диаметр трубки; d0 — диаметр каждого отверстия.

Так как толщина стенки трубки б = 0 ,ld B, то и наружный ди­ аметр dH= l,2dB, а минимальное значение dHопределяется из ус­ ловия прочности трубки, и оно тем больше, чем больше внутренний диаметр трубопровода О и скорость v (точнее, gu2). Для стальных трубок с пределом текучести материала а = 1,93 * 108 Па (сталь 1Х18Н9Т) ОПИ дает формулу для определения внутреннего диа­ метра осредняющей трубки dB:

dT = 4-10””4UD

■i[СТт ](1 -Т ])4

где [стт] (Па); Т ] (dB/dT).

Считая р = 998,2 кг/м3 (для воды при t = 20 °С) и к] = 0,8, найдем

dT = 1,66 •10"2 vD/[v],

где [у] (м/с).

Отсюда следует для воды при о, равной 1, 1,5, 2, 2,5 и 3 м/с, получим соответственно (dT/0 , равное 0,017, 0,025, 0,033, 0,041 и 0,05. Для газа при р = 10 кг/м2 эти же значения dT/ 0 будут при v, равной 10, 15, 20, 25 и 30 м /с соответственно. Для газа же при р= 40 кг/м 3 и о, равной 10, 15, 20, 25 и 30 м /с, получим dT/0 , равное 0,033, 0,05, 0,066, 0,082 и 0,102 соответственно. ОПИ реко­ мендует, во всяком случае для воды, иметь dT/ 0 < 0,05, чтобы избежать существенной деформации поля скоростей.

Оба конца ОНТ укрепляются в стенке трубопровода, а в ее середине помещена пробка, через которую проходит импульсная трубка, имеющая наружный диаметр dH< 0,05dB и два отверстия на своих концах для отбора давлений из каждой половины ОНТ.

Диаметр отверстий d0 выбирают тем больше, чем больше dT. В методике ВНИИР 1992 г. указано, что d0 должно быть не боль­ ше 5 мм, а минимальный размер зависит от вероятности засоре­ ния и желаемых динамических характеристик.

Число отверстий п на лобовой стороне зависит от отношения (dB/d 0)2. В трубке ОПИ принято п = 8. Это требует, чтобы было (dB/d 0) ^ Ю. Центры отверстий располагаются на расстояниях 0,3541)/2, 0,616-0/2, 0,7910/2 и 0,9350/2 в обе стороны от середи­ ны трубки. По мере приближения к периферии расстояния меж­ ду отверстиями уменьшаются, потому что они размещаются в се­ редине равновеликих по площади кольцевых участков.

161

11 П. П. Кремлевский