Тема Синтез дискретной системы (стр. 2 )

4. Расходомеры с напорным устройством, в котором создается перепад давления в зависимости от расхода в результате местного перехода кинетической энергии струи в потенциальную. Это преобразователь, состоящий из трубки Пито и трубки для отбора статического давления. Кроме этих преобра­зователей, служащих для измерения местной скорости, встреча­ются преобразователи с осредняющими (или интегрирующими) напорными трубками..

5. Расходомеры с напорным усилителем имеют преобразова­тель расхода, в котором сочетаются напорное и сужающее устрой­ство. Перепад давления в них создается как в результате местного перехода кинетической энергии струи в потенциальную, так и частичного перехода потенциальной энергии в кинетическую.

Напорные усилители применяются в основном при небольших скоростях газовых потоков, когда перепад давления, создаваемый напорными трубками, не достаточен.

6. Расходомеры ударно-струйные основаны на зависимости от расхода перепада давления, возникающего при ударе струи. Струя, вытекающая из суженного отверстия входной трубки, соз­дает давление р1 во внутренней полости сильфона, снаружи ко­торого действует меньшее давление р2, равное давлению уходящей жидкости в выходной трубке. Ударно-струйные расходомеры при­меняются лишь для измерения малых расходов жидкости и газа.

Наибольшее распространение из расходомеров переменного перепада давлений получили расходомеры с сужающим устройством. Причиной широкого распространения таких расходомеров являются следующие их достоинства:

§  Универсальность. Данный метод применяется для измерения расход практически любых сред: жидкостей, газа, пара. Для вязких жидкостей применяются сужающие устройства специальной формы.

§  Низкая первоначальная стоимость. Стоимость расходомера, основанного на методе переменного перепада давления, складывается, исходя из стоимости сужающего устройства, импульсных линий и датчика дифференциального давления.

§  Беспроливная методика поверки. Для периодической поверки расходомеров на СУ требуется измерить геометрические размеры сужающего устройства и поверить датчик дифференциального давления.

§  Отсутствие движущихся частей.

§  Измерение расхода в условиях высокого давления. Давление в трубопроводе может достигать 40МПа.

§  Измерение расхода в условиях высоких и низких температур. Диапазон температуры измеряемой среды лежит в пределах от -200 до +1000°С.

§  Широкий диапазон типоразмеров. Метод переменного перепада давления используется как на трубопроводах с малым диаметром условного прохода (Ду = 15 мм), так и на больших трубопроводах (Ду = 2000 мм).

Наряду с этим, расходомеры с сужающим устройством имеют недостатки, наиболее существенными из которых являются следующие:

§  Узкий динамический диапазон. Стандартный динамический диапазон сужающих устройств приблизительно 1:3. Такое ограничение связано, в первую очередь, с квадратичной зависимостью между расходом и перепадом давления на СУ. Использование высокоточных датчиков дифференциального давления позволяет увеличить динамический диапазон.

§  Высокая стоимость эксплуатации. Расходомеры на сужающих устройствах требуют периодического обслуживания: измерение геометрических размеров сужающего устройства, прочистка импульсных линий, прогрев импульсных линий, установка нуля на датчике дифференциального давления.

Рисунок 2 - Изменение давлений и средней скорости потока при прохождении потока через диафрагму: — изменение давления у стенки трубы,

— ∙ — - изменение давления в движущемся потоке (в середине трубы).

Совместное решение уравнения, выражающего закон сохранения энергии,

и уравнения неразрывности струи:

дает возможность получить зависимость между массовым или объёмным расходом и перепадом давления между сечениями А—А и В—В или перепадом давления между какими-либо другими сечениями, находящимися с разных сторон от диафрагмы. При этом трубопровод считаем горизонтальным. Для жидкостей, у которых , уравнения и принимают вид:

 

Рисунок 3 - Стандартная диафрагма: а – с точечным угловым отбором и : б – с камерным угловым отбором и .

На рисунке 3 показаны два способа отбора давлений и точечный с помощью двух отверстий, просверленных в трубопроводе (рисунок 3,а) или в специальной кольцевой обойме, и камерный (рисунок 3,б). Угол наклона у отверстий для отбора (рисунок 3, а) должен быть не более 3°, но лучше, чтобы он был равен 0; этого можно достигнуть посредством сверления отверстий в обойме, охватывающей диафрагму. Точечный отбор следует применять лишь при достаточной длине прямого участка трубопровода, когда поток осесимметричен. При недостаточной длине этого участка значительно лучше применить камерный отбор, способствующий отбору средних давлений и При трубах, имеющих мм, отбор средних значений и производится через кольцевые камеры, которые соединяются с внутренним пространством трубопровода с помощью группы равномерно распределенных по окружности отверстий, или же кольцевых щелей, находящихся непосредственно у плоскостей диафрагмы. При мм вместо кольцевых камер для получения средних значений и ограничиваются четырьмя отверстиями до и четырьмя после диафрагмы, расположенными равномерно по окружности, которые с помощью трубок соединяют в два коллектора; из этого коллектора и отбирают и . Для эффективного усреднения и надо, чтобы площадь камеры (рисунок 3, б) была не менее половины площади кольцевой щели или площади отверстий , где n — число отверстий, а f — площадь одного отверстия.

Конструкция камерной диафрагмы, показанная на рисунке 3, а, целесообразна при давлении не более 10 МПа. Для давлений до 20 МПа разработана конструкция фланцев, в которых вытачива­ются усредняющие камеры, сообщающиеся через пазы с пространствами до и после диафрагмы, которая зажимается между фланцами. При еще более высоком давлении применяют

 

линзовые уплотнения. Чаще всего при высоком давлении в трубопровод вваривают сопла, но не диафрагмы.

При измерении расхода загрязнённых жидкостей и особенно газов у стандартной диафрагмы, установленной на горизонтальной трубе, могут образовываться отложения

Во избежание этого применяют сегментные и эксцентричные диафрагмы. Сегментные диафрагмы представляют собой кольцо, в которое вварен диск с вырезанным в его нижней части сегментом или сектором. Кольцо зажимается между фланцами трубопровода. Кромка диафрагмы со стороны потока должна быть острой. Отверстия сегментной и эксцентричной диафрагм располагают в нижней части сечения трубы, а выводы импульсных трубок - в верхней части трубопровода вне пределов отверстия. Они могут применяться для измерений расхода жидкостей, из которых выделяются газы; в этом случае отверстия истечения располагают вверху. Сегментные диафрагмы могут устанавливаться на трубопроводах диаметром от 01.01.01 мм. Значение Remin 5000 - 40000 при m от 0,1 до 0,5.