АППАРАТЫ ХИМИЧЕСКОЙ ТЕХНОЛОГИИ

Измерение скорости и расхода жидкости в трубопроводах

В любом сечении горизонтального трубопровода, по которому про­текает жидкость, общее давление (р) равно сумме статического (рст.) и / yw2 \

Динамического J давлений:

Р = Рст. + (1-84)

При изменении сечения трубопровода соответственно изменяется скорость протекания жидкости, а следовательно, и числовые значения статического и динамического давлений.

Измеряя давление жидкости, можно из уравнения (1—84) найти скорость ее протекания; зная скорость движения и внутренний диаметр трубы, определяют расход жидкости.

Манометры. Для измерения разности между давлением внутри трубы (сосуда) и окружающей атмосферы применяют манометры.

Приборы, при помощи которых измеряют давления меньше атмо­сферного, называются вакуумметрами, а приборы, служащие для измерения избыточного давления и разрежения,—м ановакуум- метрами.

По конструкции манометры бывают жидкостные и пружинные.

Жидкостные манометры представляют собой U-образную трубку, заполненную жидкостью (водой, спиртом, ртутью), один конец которой присоединяют к сосуду, в котором измеряют давление. Величина давления определяется по разности уровней жидкости в коленах мано­метра. Жидкостный манометр, заполненный жидкостью, давление которой измеряется, называется пьезометром.

В пружинных манометрах давление измеряется трубчатой пружиной овального сечения, закрытой с одного конца. Под действием внутреннего давления пружина изги­бается; отклонение закрытого конца пружины передается на стрелку, ука­зывающую давление на шкале прибо­ра. Пружинные манометры отличаются прочностью, компактностью и позво­ляют измерять значительно большие давления, чем жидкостные; максималь­ное давление, измеряемое последними, обычно не превышает 1 ати.

Манометр может измерять либо общее давление, если сечение его при­емной трубки расположено перпендику­лярно оси потока, либо только стати­ческое давление, если приемная трубка присоединена непосредственно через отверстие в стенке трубопровода.

Для более точного измерения незначительных колебаний статиче­ского давления манометр присоединяют к трубопроводу через пьезо­метрическое кольц о—кольцевую трубку, соединенную с тру­бопроводом через несколько отверстий, расположенных по окружности трубопровода.

Для измерения скоростного или динамического давления применяют дифференциальный манометр (рис. 22), у которого одно колено трубки служит для измерения общего давления, а другое—стати­ческого в одном и том же сечении трубопровода, либо оба колена

Служат для измерения статического давления в двух разных сечениях тру­бопровода. По разности давлений определяют динамическое давление. Обозначим:

/гы— высота столба рабочей жидкости в трубке манометра в мм\ їм — удельный вес рабочей жидкости в кгс/м3-,

То — удельный вес среды над рабочей жидкостью в трубке манометра в кгс/м3-,

У — удельный вес жидкости или газа, протекающего по трубопроводу, в кгс/м3-,

W — скорость протекания жидкости по трубопроводу в м/сек. Тогда динамическое давление в данном сечении трубопровода опреде­ляется равенством

Мїм— Yo) 1000

Или

MYm-Yo) 10007

Пневмометрические трубки. Динамическое давление как разность между общим и статическим давлением определяют при помощи пневмометрических трубок, к числу которых относится

____________ _ трубка Пито—Прандтля (рис. 23). Она

3 - j±R ~Г - / состоит из двух концентрических тру\ бок, причем внутренняя имеет цен­тральное отверстие и измеряет общее давление, а наружная имеет отверстие на боковой поверхности и измеряет только статический напор. Обе трубки соединены с дифференциальным мано­метром, который показывает динами­ческий напор в данном месте сечения трубопровода.

Скорость, измеренная пневмоме - трической трубкой, является мест­ной скоростью потока в той точке, где установлена трубка. Обычно трубку устанавливают по оси трубопро­вода и измеряют максимальную (осевую) скорость потока. Расход жидкости определяют по формуле

(1—86)

Где d—внутренний диаметр трубопровода в м\

H—динамический напор в м столба жидкости, трубопроводу;

©—коэффициент, выражающий отношение средней скорости потока к максимальной (осевой). Приближенно можно принять, что при ламинарном движении ср=^0,5 и при турбулентном ср=0,50+0,82.

Обычно пневмометрическими трубками измеряют динамическсе давление при скоростях потока, меньших 5 м/сек.

Дроссельные приборы. Для измерения расхода по перепаду давле­ний наиболее часто применяют дроссельные приборы, к чис­лу которых относятся: диафрагмы, сопла и трубы Вентури. Принцип действия этих приборов основан на измерении внезапного перепада дав? лений в трубе, создаваемого путем сужения сечения потока. При этом
вследствие изменения скорости часть статического давления в трубе перед прибором переходит в скоростной напор непосредственно за ним.

Перепад давлений в дроссельном приборе измеряют при помощи дифференциального манометра и расчетным путем определяют расход

Жидкости, протекающей через прибор.

Мерная диафрагма (рис.24) представляет собой тонкий диск с отверстием круглого сечения, центр которого лежит на оси трубы.

Мерное сопло (рис. 25) является насадком, имеющим плавно закругленный вход и цилиндрический выход.

Мерные сопла и диафраг­мы присоединяют к трубопро­воду через кольцевые камеры а, соединенные с внутренним пространством трубопровода отверстиями, равномерно рас­положенными по окружности, или двумя каналами б.

Диафрагмы и сопла нор­мализованы, и измерение при их помощи расхода жидкости производят по установленным правилам.

Коэффициент расхода этих приборов зависит от величин критерия Re и отношения диа­метра отверстия d к диаметру трубопровода D.

Как видно из графика (рис. 26), при определенном числовом значении отношения критерия Рейнольдса к диа­метру трубы, большем некоторой предельной величины (ReD пред.), коэффициент расхода остается постоянным."

Труба Вентури (рис. 27) представляет собой трубу с по­степенным сужением сечения и последующим увеличением его до пер­
воначального размера. Вследствие такой формы трубы потеря давления в ней не превышает 15% от перепада давления. Поэтому трубу Вентури применяют в тех случаях, когда большие потери давления недопустимы.

Расход жидкости, протека-

Пьезометрическое ющей через дроссельный прибор,

Определяется при совместном ре­шении уравнения Бернулли и уравнения расхода.

По уравнению Бернулли для двух близко расположенных се­чений fx и f2 (см. рис. 27)

Р2 of

__ -4-------

Y ^

Или

H-

(А>

Y 4

P2 — статический напор в сечениях ft и f2 в м\

Y Y

Ш, w\

~ и - gj—скоростной напор в тех же сечениях в м\

У—удельный вес жидкости в трубопроводе в кгс/м'3.

По условию сплошности потока fxw1-=f2w2 откуда

Где є — поправочный коэффициент, учитывающий конструкцию диа­фрагмы;

D — диаметр отверстия диафрагмы. Подставляя значение w1 в уравнение (А), получим

D V

1—є5

Отсюда скорость потока в сечении диафрагмы: Шо= 1 / л м/сек

Dy- Dx

~ d 1 Так как практически отношение - j - равно от — до - ^

Но пренебречь величиной є2 (y-^-j как близкой к нулю. Тогда

W2 = ]/ 2gH м/сек

Расход жидкости в трубопроводе при этих условиях определяется1 равенством

Усек. = Iі -^J - VWl мУсек

Где jx — коэффициент расхода, учитывающий трение в отверстии диа­фрагмы и сжатие струи в ней.

То *мож-

Выражая диаметр отверстия диафрагмы d в миллиметрах и под­ставляя в уравнение расхода вместо h его значение из уравнения (1—85), получим

I/ -„ ТА'г l/~ 2g^M (їм — Yo) з,

Сек. = Iх 4.10е у ------------ ЇЩ^------- М/СЄК

ИЛИ

Vw « 0,01252^2 |/^(Тм-То) жзМс (1-87)

А расход жидкости, выраженный в кгс/час, соответственно:

G4ac = 0,01252^2 V Т^м(Тм-То) (1—88)

Для определения расхода сжимаемой жидкости (газа или пара) при больших перепадах давления в формулу (1—88) вводят поправоч­ный коэффициент є, учитывающий изменение плотности газа или пара.

Значение этого коэффициента определяют по номограммам, соста­вленным по опытным данным[5].

При проведении точных измерений учитывают также тепловое рас­ширение дроссельного прибора, для чего вводят в формулы коэффициент

Kt= 1+2(3 (/ — 20)

Где р — коэффициент линейного расширения материала прибора; t — температура в °С.

Соответственно формула (1—88) может быть преобразована в общем случае следующим образом:

G='Cjxe'K<daV^J же/час (1—89)

Или для определения объемного расхода

= мЧчас (1—90)

Где С = 0,04436 при заполнении трубки дифференциального манометра ртутью, над которой находится вода; С = 0,0461, если над ртутью находится газ или воздух.