Курсовая 30-62 ТИП. Расчет сужающего устройства

• Название: Расчет сужающего устройства
• Дата: 20.06.2022
• Размер: 2.76 Mb.
• Имя файла: Курсовая 30-62 ТИП.docx
• Тип: Курсовая; #606148
• страница: 6 из 9

2.3 Расходомеры с напорным устройством

Напорное устройство-преобразователь расхода жидкости (газа), в котором создается перепад давления, зависящий от динамического давления в одной или нескольких точках поперечного сечения потока.

Расходомер с напорным устройством – это расходомер переменного перепада давления, принцип действия которого основан на помещении в трубопровод Г-образной трубки (трубка Пито), направленной изгибом на поток. Трубка воспринимает полное давление в трубопроводе равного сумме динамического (зависит от скорости потока) и статического давления трубопровода.

Недостатком данного метода является то, что он применим только в трубопроводах большого диаметра.

Расходомер с напорным усилителем- расходомер переменного перепада давления, в котором сочетаются напорное и сужающее устройства. Перепад давления создается напорным усилителем как в результате перехода кинетической энергии струи в потенциальную, так и в результате перехода потенциальной энергии струи в кинетическую.

Чаще всего комбинируют: диафрагму с трубкой Пито (рисунок), а так же трубку Пито с трубкой Вентури, Это делается при небольших скоростях газовых потоков, если перепад давления очень маленький (действия одной трубки Пито не достаточно).

Расходомеры ударно-струйные основаны на принципе измерения перепада давления, возникающего в процессе удара струи о твердое тело непосредственно или через слой измеряемого вещества. Они применяются для измерения малых расходов жидкости и газа.

Наибольшее распространение среди методов измерения расхода получил метод переменного перепада давлений (или дроссельный метод). Данный метод измерения применим для измерения расхода жидких и газообразных сред, протекающих по трубопроводу круглого сечения диаметром от 50 мм до 1000 мм при условии полного заполнения сечения измеряемой средой постоянной вязкости и плотности.

Достоинством данного метода измерения является сравнительная простота и компактность измерительных устройств, точность измерения физической величины, возможность дистанционной передачи данных. Недостаток - влияние точности установки сужающего устройства на качество измерения, необходимость периодической ревизии сужающих устройств, необходимость введения поправок на температуру и давление измеряемой среды.

Принцип измерения основан на изменении потенциальной энергии вещества при протекании через искусственное суженное проходное сечение трубопровода.

Расходомерный комплекс состоит из сужающего устройства, которое устанавливается непосредственно на трубопроводе и предназначено для местного сжатия струи, дифференциального манометра, предназначенного для измерения разности давлений среды до и после сужающего устройства, и соединительных импульсных линий, связывающих между собой сужающее устройство и дифманометр. Поток при протекании через сужающее устройство увеличивает скорость, поэтому на выходе сужающего устройства давление уменьшается. Перепад давления P1 - P2 зависит от расхода среды.

В качестве сужающего устройства используются диафрагмы, сопла и сопла Вентури, для изготовление их требуется механичекая обработка. В зависимости от конструкции и метода отбора импульсов диафрагмы подразделяются на камерные и бескамерные. Диафрагма состоит из диска с отверстием и корпусов кольцевых камер, а также уплотнительных прокладок для герметичности соединения их между собой.

Диаметр отверстия диска определяется расчетным путем в зависимости от диаметра трубопровода, предполагаемого максимального измеренного расхода протекающей среды, от характеристик измеряемой среды - давление, температура, динамическая вязкость и прочее.

Камера, расположенная до сужения потока, называется плюсовой, после - минусовой. Соответствующие отметки наносятся на корпуса камер при изготовлении.

Достоинствами диафрагм являются простота изготовления по сравнению с соплами, возможность измерения расхода в трубопроводе с диаметром от 50 мм, высокая точность измерения.

Среди недостатков можно отметить влияние на точность измерения правильности установки диафрагм и монтажа соединительных линий. Основным требованием к месту установки является определенная длина прямых участков до и после диафрагмы, определяемая в зависимости от диаметра отверстия диска и трубопровода, а также полное заполнение проходящим потоком сечения трубопровода. Необходимо также учесть, что входной торец должен быть строго перпендикулярен оси трубопровода.

Дифференциальные манометры, используемые для измерения созданного диафрагмой перепада давления, классифицируются в зависимости от конструктивных особенностей, принципа действия и типа преобразования сигнала. Наибольшее применение получили дифманометры с тензорезистивным преобразователями. Их достоинствами являются высокая точность измерения, возможность дальнейшей передачи унифицированного токового сигнала для обработки в системах контроля и регулирования, относительная простота монтажа, обслуживания и эксплуатации.

Схемы стандартных сужающих устройств:

а) диафрагмы;

б) стандартные сопла;

в) сопла Вентури;

г) трубы Вентури.



Рисунок 5 - Схема установки автоматического контроля расхода растворов и пульпы с помощью трубы Вентури
В трубопровод встраивается так называемая труба Вентури представляющая собой трубу с плавным переходом от широко сечения к суженному, рисунок 5. Перепад давления между широкой и суженной частью трубопровода передается через разделительные устройства и импульсные трубки дифференциальному манометру, а отсюда на самопишущий и интегрирующий прибор.

Разделительные устройства состоят в основном из эластичных резиновых мешков, служащих перегородками, препятствующими проникновению раствора или пульпы в импульсные трубки, подводящие давление к дифференциальному манометру.

Дифференциальный манометр принадлежит к так называемому поплавковому типу. Перемещение поплавка передается посредством

индукционной телеметрической системы вторичному самопишущему прибору, устанавливаемому обычно на щите контроля. Описание индукционной телеметрической системы приводится в специальных руководствах по автоматизации контроля.

Самопишущий прибор регистрирует мгновенные значения расхода пульпы. В него встроен интегратор для учета количества пульпы за определенный период времени. Результаты учета, выраженные в тоннах, снимаются со счетчика.

Приведём пример движения потока несжимаемой жидкости через сужающее устройство - диафрагму, которая с помощью фланцев устанавливается в трубопроводе, где в направлении стрелки движется поток измеряемой среды.



Рисунок 6 - Схема установленной диафрагмы в кольцевой камере.

1–диафрагма; 2 – кольцевая камера; 3– прокладка; 4 – труба
Стрелки показывают направление жидкости/газа. Оттенками цвета выделено изменение давления.

На рисунке 6 приведена диаграмма распределения давления и скорости в трубопроводе до и после сужающего устройства. Поскольку диаметр d проходного сечения сужающего устройства меньше внутреннего диаметра D трубопровода, возникает явление сжатия потока, в результате чего его скорость v возрастает, а статическое давление Р падает. После сечения А струя сужается и, следовательно, средняя скорость потока возрастает. Вследствие инерции струя продолжает сужаться и на некотором расстоянии после диафрагмы, место наибольшего сужения находится в сечении В. Увеличение скорости на участке А-В сопровождается уменьшением статического давления от первоначального значения р_адо минимального значения р_b.

После сечения В начинается расширение струи, которое заканчивается в сечении С. Этот процесс сопровождается уменьшением скорости и увеличением статического давления. В сечении С скорость примет первоначальное значение (как в сечении А), но давление р_сбудет меньше первоначального на р_п, называемое потерей давления в сужающем устройстве. Наличие потери давления вызвано потерей энергии потока в мертвых зонах, находящихся до и за диафрагмой, из-за сильного вихреобразования в них. Для определения общей зависимости между расходом и перепадом давления предположим, что жидкость несжимаема (т.е. плотность жидкости не изменяется при прохождении через сужающее устройство), отсутствует теплообмен с окружающей средой, трубопровод горизонтален, нет потерь на сопротивление СУ, поле скоростей равномерное, рисунок 7.



Рисунок 7 - Диаграмма распределения давления и скорости потока

Таким образом, измеряя перепад давления дифференциальным манометром и зная зависимость между перепадом давления и расходом, можно измерить расход.