Метод переменного перепада давления

Из применяемых в настоящее время расходомеров более 60% составляют расходомеры переменного перепада давления. Такое широкое их применение объясняется относительно низкой стоимостью, простотой конструкции, лёгкостью в эксплуатации, а также отсутствием необходимости применения дорогостоящих образцовых установок для градуировки.

Измерение расхода по этому методу основано на зависимости изменения потенциальной энергии (статического давления) вещества, протекающего через сужающее устройство в трубопроводе с изменением сечения этого трубопровода.

Сужающим устройством называется техническое устройство, которое устанавливается непосредственно в трубопроводе, имеет сквозное отверстие для создания разности давлений среды через уменьшение площади сечения трубопровода (сужения потока). В качестве сужающих устройств используют диафрагмы, сопла, сопла и трубы Вентури.

Диафрагма (рисунок 5) представляет собой тонкий диск, установленный в трубопроводе так, чтобы отверстие в диске располагалось по оси потока или концентрично внутреннему сечению трубопровода.

Рисунок 5 – Вид потока и изменение давления при прохождении потока через сужающее устройство

При измерении расхода методом переменного перепада давлений вещество, протекающее через трубопровод должно полностью заполнить все его сечение и сечение сужающего устройства; поток в трубопроводе должен быть практически установившимся; фазовое состояние веществ, при прохождении через сужающее устройство должно оставаться неизменным (жидкость не должна испаряться, пар должен оставаться перегретым и т.п.).

Сужение потока (рисунок 5) начинается до диафрагмы (сечение I-I); затем на некотором расстоянии за ней (сечение II - II) благодаря действию сил инерции поток сужается до минимального сечения (диаметр d₂), а далее постепенно расширяется до полного заполнения сечения трубопровода.

Перед диафрагмой и за нею образуются вихревые зоны, причем зона вихрей за диафрагмой больше, чем перед ней. Давление потока около стенок трубопровода несколько возрастает до величины P₁ из-за образующегося подпора перед диафрагмой и снижается до минимального значения Р₂' за диафрагмой в наиболее узком сечении потока.

Далее, по мере расширения струи, давление потока около стенки снова повышается, но уже не достигает прежнего значения. Потеря части давления Р_n определяется, главным образом, потерей энергии на трение и завихрения.

Изменение давления потока по оси трубопровода практически совпадает с изменением давления около его стенки, за исключением участка непосредственно перед диафрагмой и в диафрагме, где давление потока по оси трубы снижается.

Разность давлений ΔΡ = (Р₁′ - Р₂′) называется перепадом давления, который зависит от расхода среды, протекающей через трубопровод. По конструктивным соображениям и в связи с невозможностью практического определения зоны для измерения Р₂′ в расчет принимается перепад давления ΔР = (Р₁ - Р₂), т.е. непосредственно около стенок трубопровода до и после сужающего устройства. Компенсация разницы между (Р₁′ - Р₂') и (Р₁ - Р₂) достигается введением поправочных коэффициентов.

Теория и основные уравнения метода переменного перепада давлений одинаковы для сужающих устройств любого типа. Уравнение расхода для случая, когда в трубопроводе установлена диафрагма, и по трубопроводу протекает несжимаемая жидкость, плотность которой ρ до и после сужения остается неизменной.

Уравнение расхода для несжимаемой жидкости в объёмных (м³/с) и массовых (кг/с) единицах будут иметь вид [7]:

(9)

(10)

где – коэффициент распада, ;

S₀ – площадь отверстия сужающего устройства;

– плотность жидкости, кг/м³;

P₁ – давление потока воды перед диафрагмой;

P₂ – давление потока воды после диафрагмы.

При этом необходимо учитывать, что было принято допущение, что плотность среды при ее течении через сужающее устройство не изменяется. Это предположение справедливо для несжимаемых сред. Для газов это может привести к неточности результатов измерений.При измерении расхода сжимаемых сред (газов и паров), особенно при больших перепадах давлений в сужающем устройстве, необходимо учесть уменьшение плотности ρ, (вызвано снижением давления при прохождении через сужающее устройство).

Время прохождения газов и паров через сужающее устройство настолько незначительно, что их сжатие и последующее расширение происходят практически без обмена тепла с окружающей средой (адиабатически).

Поэтому уравнения расхода для газов и паров в объемных и массовых долях имеют вид:

(11)

(12)

где ε – поправочный множитель на расширение измеряемой среды, называемый коэффициентом расширения;

ρ₁ – плотность потока перед входом потока в отверстие сужающего устройства.

Уравнения расхода для газов и паров отличаются от уравнений расхода для несжимаемой жидкости только коэффициентом ε. Значения коэффициента расширения ε для различных сужающих устройств и разных случаев измерения можно определить по справочникам.

Дата добавления: 2015-07-19