Расходомеры переменного перепада давления. Приемущества и недостатки. Виды сужающих устройств. Статическая характеристика.

Расходомеры переменного перепададавлений. Принцип действия основан на зависимости от расхода перепада давлений, создаваемого преобразователем расхода, установленным в трубопроводе. Наиболее распространенным видом такого преобразователя является сужающее устройство. В СУ часть потенциальной энергии преобразуется в кинетическую.

Преимущества: возможность измерения расхода как жидкостей так и газов,простота конструкции и низкая стоимость,отсутствие подвижных частей и высокая надежность,возможность получения статической характеристики расчетным путем,малые затраты на поверку.

Недостатки:

нелинейная статическая характеристика,узкий динамический диапазон, 1:3погрешность около 2%,дополнительное гидравлическое сопротивление.Значительные длины прямых участков до и после расходомера.

Разновидности СУ показаны на рис.

pa-pc

vc

va

vb

A

B

C

V

p

Наиболее простым СУ является диафрагма – тонкий стальной диск с отверстием. При одном и том же расходе диафрагма создает наибольший перепад давлений, т.е. имеет наибольшую чувствительность, по сравнению с соплом и трубой Вентури. Однако диафрагма характеризуется и наибольшей потерей давления.

При прохождении сужающего устройства поток деформируется, и при этом изменяются скорости и давления в разных сечениях.

Выражением закона сохранения энергии для движущегося потока в горизонтальном трубопроводе является уравнение Бернулли:

0,60

0,62

0,64

0,66

0,68

0,70

0,72

0,74

0,76

0,78

α

104 105 106 107 lgRe

0,05

0,2

0,4

0,5

m=0,6

Reкр

,
записанное для сечения недеформированного потока (А) и сечения максимального сжатия струи (В). Решение этого уравнения совместно с уравнением неразрывности потока: S _a V _a= S _b V _b (S – площадь соответствующего сечения) – позволяет определить статическую характеристику преобразователя:

где α – коэффициент расхода,

ε- коэффициент, учитывающий изменение плотности среды при уменьшении давления в СУ. Для жидкостей ε=1, а для газов ε<1.

f – площадь отверстия диафрагмы,

K – поправка на тепловое расширение материала диафрагмы.

Коэффициент расхода зависит от многих параметров: типа и состояния сужающего устройства, способа отбора давления, числа Рейнольдса, относительного диаметра сужающего устройства m=d/D и не может быть строго определен теоретически. Поэтому его определяют экспериментально. Причем, при Re, больших некоторых значенийRe_кр, α остается постоянным. Это значение называют критическим.Для диафрагм α <1, а для сопел может достигать 1,2 при m>0,7. Измерение перепада давлений на сужающем устройстве (отбор давлеинй) возможно тремя способами: теоретическим, угловым и фланцевым. При теоретическом – отбор давлений осуществляется в сечениях А-А и В-В. Преимущества – стабильность коэффициента расхода и пологость кривой давления. Недостатки – положение сечения В-В зависит от расхода (пологость кривой давления несколько компенсирует недостаток), сложность конструкции. Применяется в США.При угловом – отбор производится в углах, образованных внутренней поверхностью трубопровода и передней и задней (по отношению к потоку) плоскостями диафрагмы. Преимущества – простота конструктивной реализации. Недостаток – крутизна зависимости давления от координаты вдоль оси трубы. Применяется в СНГ.При фланцевом – отбор производится на расстоянии 25,4 мм до и после диафрагмы. Применяется в СНГ.Коэффициент расхода диафрагм зависит от состояния передней кромки отверстия. В соответствии с ГОСТ 8.563 – 97 входная кромка диафрагмы должна быть острой, т.е. радиус закругления должен быть не более 0,05мм. Притупление особенно сильно сказывается при малых ДУ (50 – 200 мм). При больших Ду влияние притупления кромки несущественно.Коэффициент расхода зависит также от шероховатости и плоскостности входного торца диафрагмы.

Толщина диафрагмы должна быть не более 0,02D. Если необходимо толще (до 0,05D), то сзади снимают фаску под углом 45⁰