Методические указания к практическим занятиям 2004 (стр. 6 из 15)

Практическое занятие 3

Тема: Расчет диафрагмы для изменения расхода вещества

Цель практического занятия – освоить методику расчета диафрагмы для измерения расходов газа, жидкости и пара.

3.1. Основные сведения об измерении расхода с помощью сужающих устройств

Количество жидкости, газа или пара, проходящее через данное сечение трубопровода в единицу времени, называют расходом этого вещества. В зависимости от того, в каких единицах измеряется, различают объемный

и массовый расходы. Количество вещества измеряют счетчиками, а расход – расходомерами. В химической промышленности применяют расходомеры переменного перепада давления, постоянного перепада давления, переменного уровня и электромагнитные.

В настоящее время из всего парка существующих расходометров около 80% составляют расходометры переменного перепада давления. Их работа основана на том, что с изменением расхода вещества изменяется перепад давления на установленном в трубопроводе сужающем устройстве. В качестве нормальных сужающих дроссельных устройств применяют диафрагмы, сопла и сопла Вентури.

Комплект расходометра переменного перепада давления состоит из сужающего устройства, соединительных импульсных трубок и какого-либо измерителя перепада давления, например дифманометра.

Измерение расхода вещества этим методом возможно при соблюдении следующих условий:

а) поток заполняет все поперечное сечение трубопровода;

б) поток является практически установившимся;

в) фазовое состояние вещества при прохождении через сужающее устройство не изменяется.

Зависимость между перепадом давления на снижающем устройстве и расходом вещества определяется уравнением

, (3.1)

где

– объемный расход, ;

– площадь отверстия диафрагмы, ;

– перепад давления непосредственно у торцов диафрагмы, ;

r - плотность вещества,

;

a - Коэффициент расхода, который учитывает расхождение теоретического и действительного расходов вещества, протекающего по трубопроводу.

Для удобства практического применения формулы (3.1) вместо секундного расхода пользуются часовым и площадь отверстия сужающего устройства

выражают в при рабочей температуре t. При этих условиях основана рабочая формула для F принимает вид:

, (3.2)

где

– диаметр отверстия диафрагмы при рабочей температуре;

, .

При расчетах, связанных с измерением расхода методом переменного перепада давления, обычно приходится решать две задачи.

1. Известны диаметр трубопровода

, диаметр сужающего устройства , перепад давления и параметры вещества. Требуется определить расход протекающего вещества. В этом случае расход рассчитывают по основным формулам и соответствующим таблицам и графикам.

2. Заданы максимальные и минимальные ожидаемые расходы, диаметр и материал трубопровода и параметры контролируемой среды. Требуется определить диаметр отверстия сужающего устройства.

3.2. Расчет диафрагмы для измерения расхода

Методика и порядок расчета расходомеров переменного перепада давления и стандартных (нормализованных) сужающих устройств этих расходомеров регламентированы руководящим нормативным документом «Правила измерения расхода газов и жидкостей стандартными устройствами РД 50-213-80».

Для расчета диафрагмы задают измеряемую среду и ее параметры (температуру, давление, плотность, вязкость, агрессивность к материалу диафрагмы); максимальный и минимальный расходы; диаметр, материал трубопровода и диафрагмы; допустимую потерю давления на диафрагме при максимальном расходе; тип дифманометра; ряд перепадов давления, на которые изготавливают дифманометры; указывают единицы выражения шкалы вторичного прибора дифманометра (объемные или массовые).

Расчет выполняют в такой последовательности. Сначала определяют диаметр трубопровода при рабочей температуре, число Рейнольдса при минимальном расходе и вспомогательную величину

, используемую при вычислении произведения модуля диафрагмы на ее коэффициент расхода . Затем методом перебора для каждого перепада давления из ряда чисел, на которые изготавливают дифманометры, находят произведение . Далее, исходя из заданного диаметра трубопровода, определяют коэффициент расхода и ее модуль , вычисляют граничное число Рейнольдса и диаметр отверстия диафрагмы. В заключение рассчитывают потерю давления на диафрагме и проводят проверочный расчет максимального расхода.

При расчете диафрагмы согласно данной методики используют следующие формулы.

1. При рабочей температуре

вещества значение диаметра трубопровода

, (3.3)

где

- рабочая температура вещества в трубопроводе, ;

- средний коэффициент линейного теплового расширения материала трубопровода в интервале от до , ;