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

При угле Р= 50° достигается хорошая пропорциональность меж­ ду qQи Л в пределах десятикратного диапазона измерения расхода.

Еще лучшая пропорциональность (линейная шкала в преде­ лах от 10 до 100 % ) получается при отверстии» изображенном на рис. 123, в. Каждая из боковых стенок этого отверстия образова­ на четвертой частью окружности, имеющей диаметр d. Уравне­ ние расхода для этого отверстия имеет вид

да = <х[(2/ 3)bj2gha/2 - xd5/2].

Значения коэффициента % в зависимости от отношения h/d приведены ниже:

Ширина любого отверстия в верхней части должна быть не менее 5 мм.

Теперь определим форму отверстия истечения для получения линейной шкалы, т. е. зададимся зависимостью

q0 = kh9

где k = tfmax/^max — постоянный коэффициент.

Подставив значение qQв первое уравнение, получим выраже­ ние

л

J aXyjh - ydy = kh/ <j2g,

о

являющееся частным случаем уравнения Абеля. Его решение дает искомую зависимость между х и у в виде

х = су[у,

282

где с = yfek / (an)Jg и, следовательно, k = a n cjg / y[2.

Подставив это значение k в уравнение расхода qQ= kh, получим

q0 = acn^2gh/yf2.

Профиль отверстия, построенный по этому уравнению, близок

кпрофилю, изображенному на рис. 123, в, но осуществить его при малых значениях у нельзя, потому что по мере приближения у

кнулю ширина отверстия х стремится к бесконечности. В связи с этим небольшую нижнюю часть отверстия делают прямоуголь­ ной формы. Несколько разновидностей таких отверстий истече­ ния показаны на рис. 124. Прежде всего было предложено отвер­ стие, изображенное на рис. 124, а, получившее название профиля Сутро. В нем отсечены нижние концы криволинейной части, и

снизу добавлена заштрихованная прямоугольная площадь, заме­ няющая отсеченную часть. Уравнение измерения имеет вид [10]

qQ= aby[2gah,

где а и b — высота и ширина прямоугольной части соответствен­ но; h — высота уровня жидкости от плоскости отсчета, которая согласно [19] находится на расстоянии е = а /3 от нижней кромки отверстия.

Рис. 124. Отверстия истечения, обеспечивающие пропорциональность между qQи h (за исключением начальной части шкалы)

283

Подставляя в это уравнение gmax и Лтах вместо диЛ, определя­ ем а при выбранном значении 6. Зависимость ширины х от вы­ соты у криволинейной части профиля согласно [11, 13, 19] опре­ деляется уравнением

х = 6(1 - 2 arctgyjh/а / я).

Предложены [8] и другие уравнения для определения профи­ ля криволинейной части.

Иногда для упрощения изготовления применяют несиммет­ ричный профиль Сутро (рис. 124, б) с одной криволинейной кром­ кой. Кроме того, находят применение отверстия истечения, пока­ занные на рис. 124, б и г, у которых взамен отсеченной нижней части добавлены заштрихованные площадки не вниз, а вбок (рис. 124, в) или вверх (рис. 124, г).

Применение отверстий, показанных на рис. 124, с нижней пря­ моугольной частью вместо отверстия по теоретическому уравне­ нию приводит к появлению погрешности измерения расхода Aq =

= (<7р ~ #т)/<7о> гДе <7р — расход жидкости через прямоугольную часть реальной щели; qT— расход жидкости через нижнюю часть щели высотой а$ с идеальным профилем. На рис. 125 приведены взятые из работы [1] кривые зависимости погрешности 8^ от вы­ соты уровня жидкости Л и от отношения а$/аи высот прямо­ угольной части профиля Сутро (см. рис. 124, а и б). Наивыгод­ нейшие значения а^/ап находятся в пределах от 1 до 1,05, т. е. при аи= (1-^-0,95)ао- Так, при ап = 0,95ар погрешность 5^ не превы­ шает ±0,5 % в пределах от 5 до 100 % gmax, а в верхней части шкалы — уменьшается до ±0,3 % . Из работы [1] следует, что для профиля на рис. 124, в наивыгоднейшее отношение 6/46д = 0,95; это сооответствует 6Д= 0,2636 и Ъ\ = 1,5266. При этом погреш­

ность 8^ не превосходит ±0,7 % в пределах шкалы от 3 до 100 % gmax, но высота нижней прямоуголь­ ной части а = а$ оказывается в два раза меньше, чем у профиля Сут­ ро. У профиля на рис. 124, г опти­ мальное отношение а$/ад = 0,3 или ад = 3,3ар. При этом погрешность

284

и уменьшает возможность засорения. Иметь высоту а < 2 мм не рекомендуется, а при измерении расхода сырой нефти, содержа­ щей кусковой парафин, эта высота должна быть не менее 15 мм. Но при увеличении отсекаемых частей профиля а0 и Ьвозрастает погрешность 5^, а также высота отверстия истечения. При малых расходах полезно осуществлять уменьшение а0 (в допустимых пределах) и соответствующее увеличение Ь, но при больших рас­ ходах надо увеличивать ар, чтобы предотвратить слишком боль­ шое увеличение Ъ. При определении площади присоединяемой части нередко исходят из равенства присоединяемой и отсекае­ мой площадей, но логичнее исходить из равенства расходов через них [6] при средней высоте уровня Л.

Допуски на изготовление отверстий истечения, показанных на рис. 124, должны быть жесткими. Так, допуск на ширину х щели должен быть не более ±(0,01^-0,05) мм. Материал щели должен быть антикоррозийным и твердым. Рекомендуется листовая не­ ржавеющая сталь с высокой чистотой обработки.

Коэффициенты расхода отверстий истечения. При выводе всех предыдущих уравнений коэффициент расхода а предполагался постоянным. На самом деле он зависит от ширины отверстия истечения, его профиля, степени стесненности жидкости при ее подходе к отверстию, высоты уровня жидкости, ее вязкости и со­ стояния входной кромки. Особенно значительна зависимость а от ширины щели. Чем меньше эта ширина, тем больше а. Так, в профиле Сутро (см. рис. 124, а) при высоте нижней прямоуголь­ ной части я = 6,1 мм и уменьшении ее ширины Ъот 150-180 мм до 40 мм коэффициент а возрастал от 0,58-0,61 до 0,68-0,70 [19], а у прямоугольного отверстия (см. рис. 123, я) при уменьшении ширины Ьот 16 до 3 мм, коэффициент а возрастал [4, 12] от 0,64 до 0,75. Увеличение степени стесненности потока и вязкости также приводит к возрастанию а. При больших значениях высоты уровня h коэффициент а в большинстве случаев сохраняется почти неиз­ менным. С уменьшением же h иногда наблюдается понижение коэффициента а, сменяющееся в дальнейшем его повышением. При очень малых h коэффициент а, как правило больше, чем при больших Л.

Для ориентировочных оценок значения коэффициента расхо­ да а у щелевых расходомеров предложена [4] кривая (рис. 126)

285

погрешность определения а по этой кривой достигает 3,5-4,5 % . Таким образом, для обеспечения точного измерения расхода надо определять а экспериментально. Точность такого определения будет зависеть от точности образцовых средств для измерения расхода жидкости и достаточного числа опытов.

13.4. УСТРОЙСТВА РАСХОДОМЕРОВ

Измерение уровня h как в щелевых, так и в других расходоме­ рах переменного уровня можно производить разными способа­ ми. Наиболее простой — визуальный по шкале у профиля отвер­ стия истечения или у уровнемерного стекла.

На рис. 127 показана треугольная насадка 1 на трубу 2 с уров­ немером стержневого типа 3. Эта насадка [024] и является водо­ сливом. При угле в вершине насадки 50° зависимость между рас­ ходом и уровнем близка к линейной с точностью ±2 % по отно­ шению к 75 % предела измеряемого расхода в диапазоне 1:10. Для трубы диаметром 400 мм при уровне воды 75 % (300 мм) рас­ ход будет 400 м3/ч.

Для получения указанных выше значений нижний конец стержневого датчика уровня должен быть установлен выше дни­ ща насадки. Уровнемеры могут быть различных типов.

Расход показанного щелевого расходомера с насадкой связан с уровнем h следующей зависимостью:

д0 = — a j2 gh U5(5b - 4Л0,466), 15

где а — коэффициент расхода, зависящий от числа Re, а = 0,6-*- -4-0,85 (см. рис. 126); g — ускорение силы тяжести; Ъ— ширина насадки; Нтах — высота установки уровнемера.

В ЗАО «Взлет» (Санкт-Петербург) производится для учета рас­ хода жидкостей прибор «Взлет РСЛ» с уровнемером для безна­ порных трубоприводов, открытых каналов и лотков. Их основ­ ные технические характеристики следующие:

чика, .................................................................................................................................... до 200

286