локольные дифманометры рассчитаны на давление до 0,25 МПа, мембранные — до 0,25 МПа и 1 МПа и сильфонные — до 32 МПа.
Колокольные компенсационные дифманометры. Разновидно сти колокольных компенсационных дифманометров с унифици рованными преобразователями: ДКО-Э1 с электрическим линей ным выходным сигналом, ДКО-Э2 с электрическим квадрати ческим выходным сигналом. Избыточное давление 0,25 МПа. Устройство перечисленных дифманометров аналогично устрой ству дифманометра ДКО, но в компенсационных дифманометрах колокол передает свое усилие Т-образному рычагу унифициро ванного силового преобразователя.
Мембранные компенсационные дифманометры. Элемент, вос принимающий перепад давления, — резинотканевая мембрана 12 (рис. 101), которая укреплена между фланцами 11 и 13. Ее жест кий центр состоит из двух плоских 8 и двух конусных 9 дисков, стянутых штоком 16 и гайками 15. При этом достигается необ ходимая прочность при односторонней перегрузке. Две плоские пружинные подвески 14, скрепленные со штоком 16, предотвра щают провисание мембраны под действием своего веса, но не мешают ее осевому перемещению, которое с помощью ленточной тяги 7 вызывает поворот выводного коленчатого рычага 6, уплот-
Рис. 101. Компенсационный дифманометр с вялой мем браной ДМ-Э и ДМ-П
237
|
ненного одногофровой ме |
|||
|
таллической мембраной 5. |
|||
|
Две упругие вертикальные |
|||
|
ленты не позволяют рыча |
|||
|
гу 6 перемещаться вдоль |
|||
|
своей оси при изменении |
|||
|
давления |
действующе |
||
|
го на мембрану, но не пре |
|||
|
пятствуют |
его повороту. |
||
|
Верхний конец коленчато |
|||
|
го рычага 6 соединен с |
|||
|
Т-образным рычагом пнев |
|||
|
матического (см. рис. |
99) |
||
|
или |
электрического |
(см. |
|
|
рис. |
100) унифицирован |
||
|
ного преобразователя 1. В |
|||
|
паз колодки 2 преобразо |
|||
|
вателя входит выступ ко |
|||
|
лодки 3 дифманометра, и |
|||
|
обе колодки соединяются |
|||
|
конусным болтом 4. От |
|||
|
верстия, |
закрываемые |
||
|
пробками 10 и 17, служат |
|||
|
для |
слива |
конденсата и |
|
Рис. 102. Сильфонный дифманометр с пневма- |
продувки Дифманометра И |
|||
тической компенсацией ДС-П |
ИМПУЛЬСНЫХ трубок. На |
|||
|
рисунке 18-20 — рукоят |
|||
ки игольчатых клапанов. Разновидности мембранных компенса ционных дифманометров: ДМ-П1 и ДМ-П2 — с пневматическим линейным преобразователем, ДМ-Э1 и ДМ-Э2 — с электрическим линейным преобразователем, ДМ-ЭР1 и ДМ-ЭР2 — с электричес ким квадратическим преобразователем. Дифманометры ДМ-П1, ДМ-Э1 и ДМ-ЭР1 рассчитаны на предельное давление 0,25 МПа и Аршах» равный 0,1, 0,16, 0,25, 0,40, 0,63 и 1,0 кПа. Дифманометры ДМ-П2, ДМ-Э2 и ДМ-ЭР2 рассчитаны на давление до 1 МПа и Аршах* равный 1,0,1,6, 2,5, 4,0 и 6,3 кПа. Приведенная предельная погрешность выходного пневматического (0,02-0,1 МПа) или элек трического (0-5 мА) сигнала ±(1ч-1,5) % . Дифманометры предна значены для измерения расхода газа.
Сильфонные компенсационные дифманометры. На рис. 102 изображена схема двухсильфонного компенсационного дифмано метра типа ДС-П с пневматическим унифицированным преоб разователем. На этом рисунке обозначено через: 1 и 16 — сильфо ны, воспринимающие перепад давления; 2 и 15 — днища сильфо нов; 3 — мембрана, уплотняющая выводной рычаг 13; 4 — колод ка, прижимающая мембрану 3 к основанию 14; 5 — сильфон обрат ной связи; 6 — пневмоусилитель; 7 — заслонка; 8 — сопло; 9 — Т-образный рычаг; 10 — коленчатый рычаг; 11 — рычаг; 12 —
238
траверса; 17 — корпус дифманометра; 18 — сильфон температур ной компенсации; 19 — упругие ленты.
Сильфонный блок дифманометра очень похож на изображен ный на рис. 96, но в нем отсутствуют противодействующие пру жины, а шток, соединяющий днища сильфонов 2 и 15, с помощью приваренной к нему упругой стальной лентой соединен с вывод ным рычагом 13. Две стальные ленты 19, укрепленные на основа нии 14 и траверсе 12, с которой соединен рычаг 13, удерживают его от осевого перемещения при воздействии на мембрану 3 рабочего давления. Точно так же устроен и сильфонный блок компенсаци онного дифманометра ДС-Э с электрическим унифицированным преобразователем.
В зависимости от предельных перепадов давления имеется не сколько модификаций двухсильфонных дифманометров: ДСП-3, ДС-ЭЗ и ДС-ЭРЗ (с квадратическим преобразователем) на преде лы — 4, 6,3, 10, 16 и 25 кПа; ДСП-4, ДС-Э4 и ДС-ЭР4 на преде лы — 25, 40, 63,100 и 250 кПа и ДС-П5 и ДС-Э5 на пределы — 0,4 и 6,3 МПа. У дифманометров на предел 4 кПа класс точности 1 и 1,5, а у остальных — 0,6 и 1. Предельное избыточное давление 40 МПа. Для измерения расхода азотной кислоты, водного раствора сер ной кислоты, аммиака, водорода, кислорода, аммиака с фтористы ми соединениями, сульфата аммония и оксидов азота имеются сильфонные дифманометры с пневматической компенсацией, у которых сильфоны и детали, соприкасающиеся с измеряемым ве ществом, изготовлены из специальных материалов. Их измеритель ные блоки выполняют в двух вариантах: на давление до 0,4 МПа и на давление до 32 МПа. Первые имеют не два, а лишь один силь фон, воспринимающий изменяемый перепад давления. Жесткий центр сильфона связан ленточной тягой с выводным рычагом. Для уплотнения служит одногофровая металлическая мембрана.
Г л а в а 11
ИЗМЕРЕНИЕ РАСХОДА ДВУХФАЗНЫХ ВЕЩЕСТВ
11.1. ХАРАКТЕРИСТИКА ДВУХФАЗНЫХ ПОТОКОВ
Двухфазные вещества могут быть трех типов: смесь жидкости
итвердой фазы, смесь газа и твердой фазы и смесь жидкости
сгазом или паром. К первым из них относятся различные гидро смеси или пульпы. Они встречаются часто. Гидротранспорт пере мещает по трубам каменный угол и торф, мелкоизмельченную руду
игорные породы, каолин и целлюлозу, калийные и кальциниро ванные соли, строительные растворы и бетонные смеси, древесную
ибумажную массу, различные шламы, песок, грунт и многие дру гие материалы. Смесь газа с твердой фазой имеет место при дви жении по трубам пылеугольного топлива и при пневмотранспор те муки, цемента и других подобных веществ. Газонасыщенная нефть и влажный пар — примеры двухфазной смеси третьего типа.
Измерение расхода двухфазных веществ имеет свои особенно сти и трудности, связанные с негомогенностью состава смеси, раз личием скоростей отдельных фаз, а также их концентрацией и структурой*.
Из-за негомогенности структуры концентрация отдельных фаз нередко меняется по длине трубы, и поэтому измерение мгновен ного расхода имеет небольшое практическое значение. В этом слу чае лишь среднее значение расхода за некоторый интервал време ни может правильно характеризовать двухфазный поток. Мини мальный интервал осреднения зависит от структуры потока и для газожидкостных веществ может достигать в некоторых случаях 90-100 с. Далее средняя скорость тяжелой фазы, как правило, меньше скорости легкой фазы. Это серьезно усложняет определе ние как среднего расхода смеси, так и расхода его отдельных фаз и приводит к необходимости различать истинную и расходную кон центрацию фаз, а также истинную и расходную плотность смеси.
Истинная концентрация или доля одного из компонентов сме си, например тяжелого, — отношение объема VTили массы М т = = VTpT этого компонента к общему объему Vc = VT+ Vn или общей массе М с = FTpT + Глрл смеси соответственно в отрезке трубы, длина которой L должна быть достаточна, чтобы обеспечить пра вильное соотношение среднего содержания той и другой фазы. Здесь Vn — объем легкого компонента смеси, а рл и рт — плотности легкого и тяжелого компонентов. Связь между концентрациями обоих компонентов определяется уравнениями:
Фо “ 1 ~ Ло» Фт “ 1 ~ Лт>
где ф0 и срт — соответственно объемная и массовая концентрации легкого компонента; Ло и Лт — ТО же тяжелого компонента.
240
Зависимости для расходных объемной 80 и массовой 8т кон центраций тяжелого и соответственно объемной Р0 = 1 - 80 и массовой Pm = 1 - 8т концентраций легкого компонента смеси будут иметь вид:
б<> = <7о.т/(7о.с> бт = Ятт/Ятс*
Ро = Яо.л/Яо.с» Рт ““ Ятл/Яте *
где qor9 qon9 qOC9 qmr9 qmjl9 qmc — объемные и массовые расходы тяжелого, легкого компонентов и смеси соответственно.
Связь между истинными и расходными концентрациями опре деляется формулами:
бо = Ло^т/^С» |
б ^ = Лт^т/^С* |
Ро = Ч>о»л/ис; |
Pm ~ Фт^л/^с» |
где vr9 vn n vc — средние скорости тяжелого, легкого компонентов и смеси соответственно.
Так как обычно vn> vc > uT, то расходные концентрации 80 и 8т тяжелого компонента меньше истинных Т]0 и Г)т , а легкого ком понента, наоборот, больше истинных, т. е. Рс > Фо и Pm > Фт- Так, в газожидкостных потоках при значительных скоростях vc смеси скорость газа vn = (1,2^1,25)ис. Соответственно ф0 = (0,8^0,83)Ро. При малых скоростях разница между ф0 и Р0 еще больше.
Иногда концентрация тяжелого компонента задается по отно шению не ко всей смеси, а только к легкому компоненту. В этом случае будем обозначать r)'m — массовую истинную, Т1'0 — объем ную истинную, Ь'т — массовую расходную и 6'0 — объемную рас ходную концентрацию тяжелой фазы.
Истинную плотность рс смеси можно определять по уравнению
Рс = Рт — Фо (Рт ““ Рл)>
а расходную рс> р — по уравнению
Рс. р = Рт Ро(Рт — Рл)*
Вычитая последнее уравнение из предыдущего, получим рс- - рс. р= (Ро “ Фо)/(Рт “ Рп)* откуда следует, что расходная плотность Рс. р меньше истинной рс, так как Р0 > фс.
Структура двухфазного потока зависит от многих обстоя тельств: скорости потока, диаметра трубопровода, его расположе ния в пространстве и процентного содержания той или другой фазы. Это особенно резко выражено для смесей жидкости с га зом или паром (рис. 103).
Если концентрация одной из фаз мала, то получим дисперс ную или пузырьковую структуру, при которой капли жидкости (или пузырьки пара) равномерно распределены в паре (или жид кости) — рис. 103, б, з. С увеличением доли жидкости начинают ся расслоение фаз и появление раздельного течения. При верти кальной трубе жидкость все в большей степени располагается в
241
16 П. П . Кремлевский