Диаграмма давление расход

Измерение расхода по перепаду давлений на сужающем устройстве

Расходомеры переменного перепада давления

Для получения сравнимых результатов измерений объемный расход газа или пара приводят к стандартным условиям.

Приборы, измеряющие расход вещества, называют расходомерами. Приборы, измеряющие количество вещества, протекающее через данное сечение трубопровода за некоторый промежуток времени, называют счетчиками количества. При этом количество вещества определяется как разность двух последовательных показаний счетчика в начале и конце этого промежутка времени. Показания счетчика выражаются в единицах объема, реже — в единицах массы. Прибор, одновременно измеряющий расход и количество вещества, называют расходомером со счетчиком. Расходомер измеряет текущее значение расхода, а счетчик выполняет интегрирование текущих значений расхода.

В последнее время граница между счетчиками и расходомерами практически исчезает. Расходомеры оснащают средствами для определения количества жидкости или газа, а счетчики — средствами для определения расхода, что позволяет объединить счетчики и расходомеры в одну группу приборов — расходомеры.

Устройство (диафрагма, сопло, напорная трубка), непосредственно воспринимающее измеряемый расход и преобразующее его в другую величину, удобную для измерения (например, в перепад давления), называют преобразователем расхода.

Принцип действия расходомеров этой группы основан на зависимости перепада давления, создаваемого неподвижным устройством, устанавливаемым в трубопроводе, от расхода вещества.

При измерении расхода методом переменного перепада давления в трубопроводе, по которому протекает среда, устанавливают сужающее устройство (СУ), создающее местное сужение потока. Из-за перехода части потенциальной энергии потока в кинетическую средняя скорость потока в суженном сечении повышается. В результате статическое давление в этом сечении становится меньше статического давления перед СУ. Разность этих давлений тем больше, чем больше расход протекающей среды, и, следовательно, она может служить мерой расхода. Перепад давления на СУ (рис. 78, а) равен

где — давление на входе в сужающее устройство; — давление на выходе из него.

Измерение расхода вещества методом переменного перепада давления возможно при соблюдении условий:

1) поток вещества заполняет все поперечное сечение трубопровода;

2) поток вещества в трубопроводе является практически установившимся;

3) фазовое состояние вещества, протекающего через СУ, не изменяется (жидкость не испаряется; газы, растворенные в жидкости, не десорбируются; пар не конденсируется).

Рис.5.78. Расходомеры переменного перепада давления:

а — структура потока проходящего через диафрагму; б — распределение статического давления р вблизи диафрагмы по длине трубопровода; / — сужающее устройство (диафрагма); 2 — импульсные трубки; 3 — -образный дифманометр; — сечение потока вещества, в котором не сказывается возмущающее воздействие диафрагмы; — сечение потока вещества в месте его наибольшего сжатия; в — сопло; г — сопло Вентури

В качестве сужающих устройств для измерения расхода жидкостей, газов, пара широко применяются стандартные сужающие устройства. К ним относят стандартную диафрагму, сопло ИСА 1932, трубу Вентури и сопло Вентури.

Стандартная диафрагма (далее — диафрагма) — диск с круглым отверстием, имеющий острую прямоугольную входную кромку.

Сопло ИСА 1932 (далее — сопло) — СУ с круглым отверстием, имеющее на входе плавно сужающийся участок с профилем, образованным двумя сопрягающимися дугами, переходящий в цилиндрический участок на выходе, называемый горловиной (рис. 78, в).

Расходомерная труба Вентури (далее — труба Вентури) — СУ с круглым отверстием, имеющее на входе конический сужающийся участок, переходящий в цилиндрический участок, соединенный на выходе с расширяющейся конической частью, называемой диффузором.

Вентури — труба Вентури с сужающимся входным участком в виде сопла ИСА 1932 (рис. 78, г).

Эти наиболее изученные средства измерения расхода и количества жидкостей, газа и пара могут применяться при любых давлениях и температурах измеряемой среды.

Читать еще: Датчик давления йокогама

Установим диафрагму в трубопроводе так, чтобы центр ее отверстия находился на оси трубопровода (рис. 78, а). Сужение потока вещества начинается до диафрагмы, на некотором расстоянии за диафрагмой поток достигает своего минимального сечения. Затем поток постепенно расширяется до полного сечения. На рис. 78, б изображено распределение давлений вдоль стенки трубопровода (сплошная линия), а также распределение давлений по оси трубопровода (штрихпунктирная линия). Давление потока около стенок трубопровода после СУ не достигает своего прежнего значения на величину — безвозвратной потери, обусловленной завихрениями, ударом и трением (затрачивается значительная часть энергии).

Отбор статических давлений и возможен с помощью соединительных импульсных трубок 2, вставленных в отверстия, расположенные до и после диафрагмы / (рис. 78, а), а измерение перепада давления возможно с помощью какого-нибудь измерителя перепада давления (в данном случае -образного дифманометра 3).

Сопло (рис. 78, в) конструктивно изготовляется в виде насадки с круглым концентрическим отверстием, имеющим плавно сужающуюся часть на входе и развитую часть на выходе. Профиль сопла обеспечивает практически полное сжатие потока вещества и поэтому площадь цилиндрического отверстия сопла может быть принята равной минимальному сечению потока, т. е. . Характер распределения статического давления в сопле по длине трубопровода такой же, как и у диафрагмы. Такой же и отбор давлений и до и после сопла, как и у диафрагмы.

Сопло Вентури (рис. 78, г) конструктивно состоит из цилиндрического входного участка; плавно сужающейся части, переходящей в короткий цилиндрический участок; из расширяющейся конической части — диффузора. Сопло Вентури благодаря диффузору обладает меньшей потерей давления, чем диафрагма и сопло. Характер распределения статического давления в сопле Вентури по длине трубопровода такой же, как и у диафрагмы и сопла. Отбор давлений и осуществляется с помощью двух кольцевых камер, каждая из которых соединяется с внутренней полостью сопла Вентури группой равномерно расположенных по окружности отверстий.

Теперь уравнение объемного расхода для несжимаемой жидкости принимает вид:

С учетом введения поправочного коэффициента е, учитывающего расширение измеряемой среды, окончательно перепишем уравнение:

Для несжимаемой жидкости поправочный коэффициент е равен единице, при измерении расхода сжимаемых сред (газа, пара) поправочный коэффициент и определяется по специальным номограммам.

Построение диаграмм расходов и перепадов давления

Рассчитанные значения расходов и полезных сводим в таблицу. Строим диаграммы зависимости расходов и полезных перепадов давления от времени цикла.

Рисунок 3.1 – Диаграмма зависимости расхода от времени

Рисунок 3.2 – Диаграмма зависимости полезного перепада давления от времени

Таблица 3.1 – Расходы и полезные перепады давления гидросистеме

От насоса жидкость поступает через регулятор расхода РР1 к распределитель РН1, включается электромагнит ЭМ1 и происходит выдвижение штока гидроцилиндра пока не сработает конечный выключатель КВ2, в этот момент срабатывает ЭМ2(распределитель РН1 становится в нейтральном положении) и ЭМ3 на распределителе РН2, поворот вала поворотного гидродвигателя Д1 – поперечная подача.

Срабатывает конечный выключатель КВ4, в этот момент срабатывает ЭМ4(распределитель РН2 становится в нейтральном положении) и ЭМ2 на распределителе РН1, происходит втягивание штока гидроцилиндра ГЦ пока не срабатывает КВ1. Срабатывает ЭМ1(распределитель РН1 становится в нейтральном положении) и ЭМ5, происходит вертикальная подача – поворот вала гидродвигателя пока не сработает КВ6.

Срабатывает ЭМ6 – РН3 в нейтральном положении, ЭМ1 – выдвижение штока, пока не сработает КВ2.

Срабатывает ЭМ2 – РН1 в нейтральном положении, ЭМ4 – поперечная подача, пока не сработает КВ3.

Срабатывает ЭМ3 – РН2 в нейтральном положении, ЭМ2 – втягивание штока, пока не сработает КВ1.

Читать еще: Гидравлика что такое давление

Срабатывает ЭМ1 – РН1 в нейтральном положении, ЭМ6 – вертикальная подача, пока не сработает КВ5.

В нагнетающей магистрали и на сливе установлены фильтры – грубой и тонкой очистки соответственно, обеспечивающие требуемую степень очистки рабочей жидкости от механических загрязнений.

В линии нагнетания после насоса установлен предохранительный клапан непрямого действия с электромагнитной разгрузкой, настроенный на предельное давление и предохраняющий гидросистему от перегрузок и сливающий излишки рабочей жидкости в бак. Применение данного аппарата обеспечивает возможность остановки привода в любой момент времени.

Для настройки гидроаппаратуры на заданное давление в систему включён манометр, который благодаря соответствующему переходнику позволяет настраивать аппараты в требуемых точках гидросистемы.

Рисунок 4.1 – Схема гидравлическая плоскошлифовального станка

Рабочим жидкостям станочных гидроприводов должны быть присущи хорошие смазочные и антикоррозионные свойства, малое изменение вязкости в широком диапазоне температур, большой модуль упругости, химическая стабильность, сопротивляемость вспениванию, совместимость с материалами гидросистемы, малая плотность, малая способность к растворению воздуха, хорошая теплопроводность, низкое давление их паров и высокая температура кипения, возможно меньший коэффициент теплового расширения, негигроскопичность и незначительная взаимная растворимость с водой, большая удельная теплоёмкость, нетоксичность и отсутствие резкого запаха, прозрачность и наличие соответствующей окраски. Жидкость должна иметь также низкую стоимость и производиться в достаточном количестве. Наиболее подходящей жидкостью является минеральное масло.

По рекомендациям справочной литературы принимаем в качестве рабочей жидкости минеральное масло ИГП-30 ТУ101413-78, которое изготовлено из нефти и достаточной селективной очистке, содержит антиокислительную, противоизносную и противопенную присадки. Данное масло имеет следующие характеристики:

– вязкость при температуре 50 ◦ С равную 28..31 мм 2 /с;

– плотность 885 кг/м 3 ;

– температура вспыхивания 200 ◦ С;

– температура застывания -15 ◦ С.

Диаграммы изменения расхода, напора и полной энтальпии по длине трубопровода

При решении задач автоматизированного теплогидравлического расчета и проектирования трубопроводов и каналов, при анализе режимов перекачки многофазных и однофазных сред, в т. ч. аварийных режимов, при управлении режимами, при расчетно-параметрическом анализе и оптимизации формы каналов важно иметь визуальное компьютерное представление о динамике изменения параметров в различных сечениях по длине трубопровода. Для этого могут быть использованы балансовые уравнения, а также стандартные процедуры численного компьютерного решения и визуализации полученных результатов. Диаграмма изменения расходов строится на основе уравнения (2.15). Качественный вид этой диаграммы приведен на рис. 2.6.

Рис. 2.6. Диаграмма изменения расходов /-й фазы по длине трубопровода

В произвольном сечении х, по длине трубопровода, соот-

ветствующей относительной координате х = — (0 0 . Знак «-» перед расходами G- и Сф_г

учитывает, что длины отрезков на диаграмме всегда положительны.

Диаграмма напоров Я, = —(м) строится по уравне-

нию (5.34), разделенному почленно на р‘ 0) • g .

Качественный вид диаграммы напоров представлен на рис. 2.7.

В произвольном сечении х напор /- й фазы

Я = а_к—1—1- a,z равен напору во входном сечении

Я|₍, увеличенному на алгебраическую сумму (со своими знаками) напоров, связанных с работой различных действующих сил, т. е.

В данном примере диаграммы напоров (рис. 2.7) h_mexH > 0, /г, 0) = р- 0) (х) и других параметров, а также в виде

зависимостей параметров от времени в фиксированных сечениях X.

Взаимосвязь расхода жидкости с перепадом давления .

Расход вещества, протекающего по трубопроводу, определяется как произведение площади отверстия истечения (F) на среднюю скорость потока (Vc), то есть

Читать еще: Давление 150 на 100 не сбивается

Q = F ×Vc (2)

Пользуясь уравнением Бернулли и условием неразрывности струи, можно установить зависимость между расходом жидкости и перепадом давления на сужающем устройстве:

(3)

(4)

α – коэффициент расхода,

d– диаметр отверстия (м),

P1 – давление до сужающего устройства,

P2 – давление после сужающего устройства ,

ε – поправочный коэффициент, учитывающий расширение измеряемой среды,

ρ – плотность измеряемой среды в рабочих условиях (кг/м3).

— поправочный коэффициент, учитывающий расширение сужающего устройства в зависимости от температуры измеряемой среды (в диапазоне температур от -20 до +60 можно принимать Kt=1).

На практике перепад давления Р1-Р2 принято выражать высотой столба жидкости (даже если он измеряется не жидкостным манометром), то есть

( 5)

Р1-Р2 – измеряемый перепад давления (Н/м2)

Н – высота столба жидкости, заполняющей дифманометр (м)

ρ’ – плотность рабочей жидкости в дифманометре (кг/м3)

ρ» – плотность среды, находящейся над рабочей жидкостью (кг/м3)

g– ускорение силы тяжести (м/с2)

Тогда уравнения (3) и (4) перепишутся соответственно

( 6 )

и ( 7 )

Где:

Значения коэффициента А даются в таблицах в зависимости от заполнителя жидкостного диффманометра.

Коэффициент расхода αопределяется для различных типов сужающих устройств путем обработки большого числа тщательно поставленных опытов. Можно использовать полученные ранее опытным путем значенияα(по графикам и таблицам). Это допустимо лишь при соблюдении гидродинамического подобия потоков, которое обусловлено значениямичисла Рейнольдса Re,учитывающего физические свойства потока. Зависимость коэффициента расхода отReтем сильнее, чем меньшеRe.С возрастаниемReзависимость становится все меньше, а при достаточно больших значенияхReкоэффициент расхода не зависит от него.

Минимальное значение числа Рейнольдса, начиная от которого коэффициент расхода при дальнейшем увеличении Reне меняет своего значения, называется предельным числом РейнольдсаRe пред.

Величина предельного числа Рейнольдса зависит от типа сужающего устройства и величины m .

, где :

d– диаметр сужающего устройства.

D– диаметр трубопровода.

Характер зависимости коэффициента расхода от Re и mпоказан на рис.2,3 . Таким образом, исходный коэффициент расхода для данного сужающего устройства является величиной постоянной только при условииRe Re пред.