Курс лекций для студентов специальности 092108 Теплогазоснабжение и вентиляция
 Скачать 4.93 Mb.
|
|
- измерительный преобразователь давления ; ЗК - запорный клапан ; УК - уравнительный клапан ; СК - спусковой клапан ; ДК - дренажный клапан ; КС - конденсационный сосуд ; ЖД - жидкость 203 В соответс твии с рис . 3.41 подключение импульсных трубок к объекту производится в средней его части при измерении давления ж идких сред и сверху - при измерении газовых сред , а также с соблюдением уклона трубок в сторону , обеспечивающую удаление газов ( уклон вниз ) или конденсата ( уклон вверх ) в измеряемую среду В этих же целях необходимо размещать ИПД для жидких сред ниже уровня отбора давления , а для газовых сред - выше этого уровня Если такие условия труднов ыполнимы , то в соединительных линиях предусматривают газосборники со спусковыми клапанами ( эту функцию в ряде случаев могут выполнять уравнительные клапаны ) или конденсатосборники с дренажными клапанами ( вентилями ) для периодического удаления побочной среды Соединительные трубки должны быть защищены от переменных воздействий внеш них источников тепла или холода ( за исключением естественного постоянного теплообмена с окружающей средой ). При измерении давления водяного пара с использованием соединительных трубок невозможно избежать образования двухфазной среды в процессе охлаждения пара и передачи его давления через трубки на удалённый ИПД Поэтому здесь ставится задача резкого перехода от пара к конденсату , который выполняет функцию несжимаемой передающей разделительной средой С этой целью передача давления осуществляется либо через трубку с сифоном U- образной или кольцевой формы , в котором скапливается охлаждающийся конденсат , играющий роль водяного затвора , или через трубку с уравнительным конденсационным сосудом , который поддерживает постоянный уровень конденсата в системе передачи давления пара Здесь необходимо отметить , что особенно важно поддержание постоянства и равенства уровней конденсата в соединительных трубках при измерении перепада давления пара и жидкости дифференциальными манометрами Что касается способов уменьшения влияния тряски и вибраций на работу приборов , то в этом случае можно рекомендовать применение амортизаторов в виде различного рода пружин или соответс твующих мягких прокладок 204 На мес те измерения манометры лучше всего устанавливать таким образом , чтобы на них не действовало добавочное давление с толба жидкости , в противном случае необходимо вводить правку или градуировать их с включением этого добавочного давления , о чем тогда необходимо делать соответс твующую надпись на шкале прибора Если прибор будет расположен выше измеряемого пространс тва , то здесь также необходимо учитывать влияние столба жидкос ти , т к показания прибора в этом случае будут занижены При измерении пульсирующего давления необходимо перед прибором устанавливать дроссель в виде диафрагмы с небольш им отверстием В тех случаях , когда необходимо измерить быс тропеременные давления , целесообразно применять электрические методы измерения При выборе места измерения давления , или так называемого места отбора импульса , необходимо , чтобы в пространстве , где предполагается измерять давление , отсутствовали возмущения течения жидкости Таким образом , при измерении давления движущихся сред необходимо , чтобы приспособления для отбора импульса не вызывали возмущений течения потока Особенно важно , чтобы края отверстия со стороны протекающей среды не были выступающими , т к малейшие выступы или заусеницы могут привести к неправильному замеру давления В ряде установок , где приходится измерять давление или разрежение газовоздушных потоков , несущих большое количес тво взвешенных твердых частиц , необходимо производить отбор импульса в таком месте газохода или трубопровода , где концентрация взвешенных твердых частиц наименьшая На вертикальных трубопроводах следует предпочитать участки с нисходящим потоком среды , а на их горизонтальных участках наилучшим местом отбора является верхняя часть трубопровода Это позволяет исключить попадание твердых час тиц в импульсные трубки и сами приборы 205 Контрольные вопросы 1. Объясните физическую сущность давления Какие виды давления вам известны ? 2. В каких единицах измеряется давление ? Взаимосвязь между этими единицами 3. Проведите классификацию средств измерения давления 4. Перечислите известные вам жидкостные приборы для измерения давления Запишите расчетные формулы для чашечного манометра 5. Какие поправки необходимо вводить к показаниям жидкостных приборов давления ? Запишите формулы для их расчета 6. Какие типы упругих чувствительных элементов используются в приборах давления ? 7. Перечислите основные характеристики упругих чувствительных элементов 8. Покажите схематично конструкцию манометра с трубчатой пружиной Как проводят расчет трубчатых пружин ? 9. Перечислите электроконтактные приборы давления и укажите их назначение 10. Для чего предназначаются дифференциальные манометры ? Какие их типы вам известны ? 11. Приведите формулы расчета поплавкового дифманометра 12. Какими достоинствами и недос татками обладают дифманометры различных типов ? 13. Чем отличаются преобразователи давления от измерителей ? Какие современные преобразователи давления вам известны ? 14. Перечислите основные методы установки приборов давления Для чего используются жидкостные и мембранные разделители ? 206 4. ИЗМЕРЕНИЕРАСХОДОВСРЕДИКОЛИЧЕСТВАТЕПЛА Измерение материальных и энергетических потоков в различных отраслях промышленности связано с необходимос тью их контроля , учета и управления для правильного ведения технологических процессов Количество вещества , проходящее через различные сечения трубопроводов и каналов , должно определяться наряду с другими технологическими параметрами , т к практически для всех технологических процессов этот параметр играет роль управляющего параметра и используется при коммерческом учете энергоносителей При измерениях , связанных с учетом количества жидкости , газа и пара , приходится определять количество вещества , проходящее за единицу времени или за какой - то промежуток времени Это количество вещества выражают обычно в единицах объема или массы , единицами объема являются кубический метр , литр , а массы - килограмм и тонна Приборы , измеряющие количество вещества , протекающее через данное сечение трубопровода за некоторый промежуток времени ( смену , сутки и т д .), называют счетчиками количества При этом количество вещества определяется как разность между двумя последовательными показаниями прибора в начале и конце этого промежутка Показания счетчика могут выражаться в единицах объема или в единицах массы Приборы , измеряющие количество вещества , проходящее через данное сечение трубопровода в единицу времени ( секунду , минуту , час и т д .), называют расходомерами Если расходомер снабжен интегрирующим устройством со счетчиком , то он выполняет функцию счетчика Измерения количества вещества связано с определением объемного расхода (Q 0 ), выражаемого в единицах объема за единицу времени , и массового расхода (Q M ), выражаемого в единицах массы за единицу времени 207 Для получения сравнимых результатов при измерении объемного расхода газа , последний должен быть приведен к нормальным условиям ( температура t Н = 20 0 С ; давление р Н = 101325 Па ; относительная влажность φ Н = 0). В зависимости от принципа дейс твия , наиболее часто применяемые в народном хозяйстве расходомеры и счетчики жидкос ти , газа и пара могут быть классифицированы следующим образом : 1. Расходомеры переменногоперепададавления Принцип действия этой группы расходомеров основан на зависимости перепада давления , создаваемого неподвиж ным устройс твом , устанавливаемым в трубопроводе , от расхода вещества К расходомерам переменного перепада давления относятся расходомеры : − с сужающим устройством ( принцип действия основан на зависимости перепада давления , образующегося в сужающем устройстве в результате частичного перехода потенциальной энергии потока в кинетическую , от расхода ); − с гидравлическим сопротивлением ( принцип дейс твия основан на зависимости перепада давления , образующегося на гидравлическом сопротивлении , от расхода ); − с напорным устройством ( принцип дейс твия основан на зависимости перепада давления , создаваемого напорным устройством в результате перехода кинетической энергии струи в потенциальную , от расхода ); − центробежные ( принцип действия основан на зависимости давления , образующегося на закруглении трубопровода в результате действия центробежных сил в потоке , от расхода ); − струйные ( принцип дейс твия основан на зависимости перепада давления , образующегося при ударе струи , от расхода ) и др 2. Расходомеры переменногоуровня. Принцип действия этих приборов основан на изменении уровня жидкости в сосуде при ее свободном истечении через отверстие в дне или боковой стенке сосуда 208 3. Расходомеры обтекания У этих приборов перемещение тела , воспринимающего динамическое давление обтекающего его потока , зависит от расхода вещества К расходомерам обтекания относятся расходомеры постоянного перепада давления ( ротаметры , поплавковые , пружинные ), поплавково - пружинные и с поворотной лопас тью 4. Тахометрические расходомеры Принцип дейс твия их основан на зависимости скорости движения тела , установленного в трубопроводе , от расхода вещества В эту группу входят : − камерные расходомеры с одним или несколькими подвижными элементами , отмеривающими при своем движении определенные объемы жидкости или газа ; к ним относятся шестеренчатые ( с вращающимися шестернями ), лопастные ( с лопастями , совершающими сложное вращательно - поступательное движение ), роторные ( с вращающимися роторами ) винтовые ( с роторами винтовой формы ), поршневые и др .; − турбинные с вращающейся крыльчаткой ; − шариковые с движущимся шариком 5. Электромагнитные расходомеры. Принцип действия этих приборов основан на взаимодействии расхода движущейся жидкости с магнитным полем , создаваемым вокруг трубопровода 6. Акустические расходомеры В приборах этого типа создается зависимый от расхода акустический эффект в потоке ; к этой группе приборов относятся ультразвуковые расходомеры , использующие звуковые колебания частотой свыше 20 кГц 7. Вихревые расходомеры Принцип их действ ия основан на зависимости частоты колебаний , возникающих в потоке , в процессе вихреобразования от расхода Кроме перечисленных расходомеров и счетчиков существуют другие приборы , основанные на других зависимостях ( например , тепловые , оптические , ионизационные , меточные , и др .), а также парциальные , которые 209 позволяют с помощью небольшого расходомера или счетчика количества контролировать потоки в трубопроводах больших диаметров Рассмотрим принципы действия и устройство некоторых из перечисленных выше приборов измерения расхода 4.1. Измерениескоростейирасходовнапорнымитрубками Напорные трубки применяются для измерения скорости потоков жидких и газообразных сред при экспериментальных исследованиях , в лабораторных и в производственных условиях Специальные напорные трубки применяют , кроме того , для измерения скорости полета летающ их аппаратов и т д Измерение скорости движения жидкости или газа напорным трубками сводится к измерению динамического давления ( скоростного напора ), которое равно разности полного Р П и статического Р С давлений и связано со скоростью соотношением , получаемым из уравнения Бернулли : 2 2 П V P P P С ⋅ = − = ∆ ρ , (4.1) откуда ρ P V ∆ ⋅ = 2 , (4.2) где V – скорость течения измеряемой среды, м/с; ρ – плотность измеряемой среды, кг/м 3 ; ∆Р – перепад давлений, Па. Таким образом, для определения динамического давления, равного измеренному перепаду давления, а следовательно, и скорости в данной точке потока необходимо измерить разность полного и статического давлений. Измерение данного давления может быть осуществлено напорной трубкой с отверстием на лобовом ее конце (в критической точке), установленной навстречу движению потока, а статическое давление - через одно или несколько отверстий в стенке трубопровода (см. рис. 4.1). 210 Рис. 4.1 - Схема измерения динамического давления Рис. 4.2 - Комбинированная напорная трубка Пито Так для определения скорости в данной точке потока, необходимо измерить только перепад давления, подключив обе трубки к микроманометру или жидкостному дифманометру. В уравнения (4.1) и (4.2) входит плотнос ть среды, которая для рабочих условий должна быть определена с максимально возможной точностью. Этот метод впервые был применен в 1732 году Пито для измерения скорости воды, поэтому такую напорную трубку, схематично показанную на рис. 4.2, называют трубкой Пито. Развитие этого метода измерения скоростей потока привело к созданию комбинированных напорных трубок, снабженных отверстиями для приема как полного, так и статического давлений. В нас тоящее время применяют различные конс трукции напорных трубок для лабораторных и промышленных измерений скоростей потока. Однако, необходимо иметь в виду, что динамическое давление не может быть измерено абсолютно точно, т.к. ни одна конструкция трубки не позволяет производить отбор давлений с трого в одной точке потока. Поэтому в правую час ть формулы (4.2) необходимо вводить Р С Р П 211 поправочный коэффициент К Т , определяемый при тарировке различных конструкций трубок. При измерении скоростей газа, при которых 1> a V Г > 0,2 ( здесь а – скорость звука в данной среде), вместо формулы (4.2) необходимо пользоваться следующим соотношением: − − ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ = − 1 1 2 1 k k С П T p p k k R T K V , (4.3) где Т – термодинамическая температура; R – газовая постоянная; k – показатель адиабаты. Из числа существующих напорных трубок широко применяется трубка Пито с полусферической головкой наконечника, снабженная державкой (см. рис.4.2). В этой трубке полное давление потока передается через отверс тие на лобовом конце наконечника трубки, а статическое - через узкую прерывистую щель на поверхности наконечника. По каналам в теле цилиндрического наконечника и в державке трубки давления передаются к прибору, измеряющему разность давлений. На рис. 4.2 приведены также кривые, характеризующие распределение давлений по поверхности наконечника трубки с учетом влияния, оказываемого державкой (трубкой, перпендикулярной к наконечнику). Здесь кривая 1 характеризует распределение давлений вдоль образующей наконечника трубки без учета влияния, оказываемого державкой, а кривая 2характеризует распределение давлений, обусловленных влиянием державки. В лобовой (критической) точке наконечника соблюдается соотношение 1 2 2 = ∆ V Р ρ , что и обуславливает выполнение отверстия для измерения полного давления потока именно в этой точке. На поверхнос ти наконечника трубки имеется область, отвечающая отношению l/d = 3, для которой с достаточной степенью приближения можно принять р= р С , и это является обоснованием 212 выбора места щели на поверхности трубки для измерения статического давления. При применении дифференциальной трубки необходимо учитывать, что трубка с большим диаметром d наконечника может вызвать изменение распределения скоростей в потоке в том месте, где производится измерение, а при измерении скоростей газовых потоков до 25 м/с использование трубки не эффективно из-за малого перепада давления. Для определения объемного расхода потока среды необходимо знать среднюю его скорость, которая, будучи умноженной на площадь сечения трубопровода, даст количес тво вещества, протекающего через трубопровод в единицу времени. Скорость потока в различных точках его сечения неодинакова. В трубопроводе она достигает максимального значения в центральной части сечения и уменьшается по направлению к стенкам. Скорость же, измеренная с помощью напорной трубки, соответс твует местной скорости потока в той точке, где установлена трубка. Поэтому для определения средней скорости потока сечения трубопровода разбивают на пучастков с равными площадямии измеряют скорость в определенной точке каждого участка. С учетом этого объемный расход определится в соответств ии со следующим выражением: ρ СР 2 p F K Q T O ∆ ⋅ ⋅ ⋅ = , (4.4) где n p p n i i ∑ = ∆ = ∆ 1 СР - средний перепад давления по сечению трубопровода, Па; F – площадь поперечного сечения трубопровода, м 2 Пересчет объемного расхода в массовый производится по формуле: Q M = ρ · Q O , (4.5) где ρ – плотность измеряемой среды кг/м 3 Способ измерения средней скорости при помощи напорных трубок наряду со многими положительными качес твами имеет и ряд недостатков. Он 213 требует больш их затрат времени и расчетов, а также использования достаточно точных приборов для измерения динамического давления. Кроме того, для измерения газовых потоков с быстро изменяющимися скоростями и давлениями напорные трубки, обладающие значительной инерционнос тью, непригодны. |