Расходомеры переменного перепада давления. Принцип работы расходомеров переменного перепада давления основан на том, что с изменением расхода вещества изменяется перепад давления

 

Принцип работы расходомеров переменного перепада давления основан на том, что с изменением расхода вещества изменяется перепад давления, создаваемый сужающий поток устройством, установленным в трубопроводе (рис. 9.1).

Расходомер переменного перепада давления с сужающим устройством состоит из установленного на трубопроводе сужающего устройства (СУ) 1, соединительных трубок 2 и измерителя перепада давления, например U -образного дифманометра 3. При прохождении вещества через СУ средняя скорость потока увеличивается (рис. 9.1, б); часть потенциальной энергии давления переходит в кинетическую.

В результате этого статическое давление потока после СУ уменьшается, что вызывает перепад давления на нем (рис. 9.1, в). Сжатие потока начинается перед СУ за сечением 1-1 и достигает наибольшей величины на некотором расстоянии от СУ в сечении 2-2, затем струя расширяется до полного сечения трубопровода. Статическое давление потока около стенки трубопровода при подходе к СУ

Рис. 1.

 

возрастает, что обусловлено подпором, и понижается до минимума в месте наибольшего сужения струи. Далее, по мере расширения струи давление потока около стенок повышается, но не достигает прежнего значения на величину потери, обусловленной завихрениями, ударом и трением (сечение 3-3).

Перепад давления на СУ зависит от расхода протекающего вещества и может служить мерой расхода.

Для установления зависимости расхода вещества от перепада давления на СУ запишем закон сохранения энергии, и уравнение неразрывности струи для сечений 1-1 и 2-2:

(2)

(3)

где P ’₁ и P ’₂ - абсолютные статические давления в сечениях 1-1 и 2-2, Па; и W - средние скорости потока в этих же сечениях; A ₁ и А ₂ - площади сечений потоков; ρ - плотность вещества. Введем безразмерные величины: - модуль СУ; μ = A ₂/ A ₀ - коэффициент сужения струи (где А ₀ - площадь отверстия СУ, d - диаметр СУ, D – диаметр трубопровода). Совместное решение уравнений (2) и (3) дает:

 

. (4)

Обычно перепад давление измеряют не в сечениях А - А и В - В (т. е. не ), а непосредственно до и после сужающего устройства, а именно D P = P ₁ - P ₂. Соотношение между указанными перепадами устанавливается с помощью поправочного коэффициента y, т.е.

.

Тогда уравнение (4) примет вид.

, (5)

где Р ₁ и Р ₂ - перепад давления непосредственно у торцов СУ, Па.

Объемный расход Q равен

или

Введем обозначение . Эта величина учитывает расхождение теоретического и действительного расходов вещества, протекающего по трубопроводу, и называется коэффициентом расхода. Тогда объемный расход выразится:

(6)

При измерении расхода сжимаемых веществ в уравнение (6) следует вводить поправочный коэффициент, учитывающий расширение вещества.

Коэффициент расхода зависит от геометрической формы и размеров СУ, от физических свойств вещества и скорости потока. Для удобства практического применения формулы (6) ρ выражается в кг/м³. Вместо секундного расхода пользуются часовым; площадь СУ выражают через внутренний диаметр трубопровода D, мм при рабочей температуре t °С. При этих условиях основная рабочая формула, примет вид

 

(7)

где Δ Р = (Р ₁ - Р ₂); К - поправочный множитель на изменение внутреннего диаметра трубопровода при отклонении температуры от 20°С.

Диаметр отверстия СУ при температуре его изготовления (20 °С) находят по равенству:

.