Измерения расхода

  Оглавление.

                                                                                    стр.

     Задание…………………………………………………………………………. 2          

     Оглавление……………………………………………………………………... 3     

1. Введение………………………………………………………………………...4
2. Описание принципа измерения расхода по методу переменного               перепада давления……………………………………………………………..  6
3. Расчет и выбор сужающего устройства ………………………………………9
4. Разработка и описание схемы измерения расхода с обоснованием               выбора необходимых приборов и оборудования ……………………………12
5. Выбранные элементы и составные части диафрагмы свести в таблицу….. 18
6. Приборы, необходимые для измерения расхода свести в таблицу……….  19
7. Заключение…………………………………………………………………….  20
8. Список литературы……………………………………………………………  21

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

1. Введение.

     В химических производствах измеряют количество и расход веществ не только для контроля результатов производства, но и для управления типологическим процессом.

     Количество вещества выражают  в единицах объема или массы. Основной единицей объема принят кубический метр (м³), основной единицей массы килограмм (кг).

     Количество жидкости с равной  степенью точности можно измерять  объемным и массовым методами, так как плотность жидкости при определенной температуре является величиной постоянной для данной жидкости. При переходе от объемных единиц к массовым необходимо учитывать температуру и теряемой жидкости, так как плотность жидкости зависит от температуры. Зависимость плотности жидкости от температуры приближенно выражается формулой;

p_t=p₂₀/(1-β(20-t)) ,

  Значения  плотности воды и других жидкостей в зависимости от температуры приведены в справочной литературе.

  Количество  газа измеряют исключительно объемным методом. Для получения сравнимых  результатов измерений необходимо объем газа привести к следующим нормальным условиям: температура 20 °С (293,15 К), давление 101 325 Па (760 мм рт. ст.), относительная влажность φ = 0. Для пересчета объема сухого газа к объему V_н в указанных условиях используют формулу;

  V_н = V*р/р_н*Т_н/ТК

  При переходе от объёмных единиц к массовым необходимо привести к нормальным условиям плотность газа. Плотность сухого газа при нормальных условиях;

ρ_{н =} ρ_рр_нТК/(рТ_н), 

 где, 

ρ_р - плотность сухого газа в рабочем состояние при данных значениях р и Т. 

   Плотность газовой смеси при нормальных условиях определяют, исходя из ее состава, по формуле;                   

ρ_н = (υ₁р_н1 + υ₂р_н2 + … + υ_nр_нn)/100 ,

  Коэффициент сжимаемости К равен отношению  плотности ρ_н , подсчитанной по законам идеального газа, к действительной плотности газа в рабочем состоянии при данных р и Т. Значения коэффициента К для наиболее употребительных газов можно определить по экспериментальным графикам.          

  Для газовых смесей коэффициент сжимаемости К_см определяют по экспериментальным данным или рассчитывают по формуле;

К_см = (υ₁ К₁ + υ₂ К₂ + … + υ_nр_н К_n)/100 ,

где К₁, К₂, …,К_n – коэффициенты сжимаемости отдельных компонентов, входящих в газовую смесь.                                                                                                                При отсутствии экспериментальных данных по сжимаемости ^Н какого-либо газа коэффициент К приближенно определяют на основании закона соответственных состояний. На плотность газа заметно влияет влагосодержание. Плотность влажного газа в рабочем состоянии определяют по формуле;

ρ_{вг =} ρ_сг +  ρ_вп = ρ_сг + φρ_нп ,

       Остальные обозначения соответствуют принятым выше. Значения параметров, входящих в приведенные формулы, берут из соответствующей справочной литературы.

     Для твердых сыпучих тел пользуются  понятием насыпной или объемной массы. Насыпная масса твердого сыпучего материала не имеет для данного вещества постоянного значения; она зависит от гранулометрического состава сыпучего материала, т.е. от размеров частиц и количественного содержания частиц различных размеров в общей массе сыпучего материала. В связи с этим для получения более точных результатов количество сыпучего материала определяют взвешиванием. Приборы, измеряющие количество вещества, называют счетчиками. Счетчики измеряют протекающий через них объем вещества за любой промежуток времени: сутки, месяц и т.п. Количество вещества при этом определяют как разность показаний счетчика. Счетчики, как правило, являются приборами прямого измерения, и отсчет по их шкале дает измеряемую величину без дополнительных вычислений. Подвижные элементы счетчика соединяются со счетным механизмом.

  Расходом  вещества называется количество вещества, проходящего через данное сечение канала в единицу времени. Массовый расход измеряют в килограммах на секунду, а объемный - в кубических метрах на секунду. Приборы, измеряющие расход, называют расходомерами. Эти приборы могут быть снабжены счетчиками (интеграторами), тогда их называют расходомерами со счетчиком. Такие расходомеры позволяют измерять одновременно расход и количество.

  В зависимости от принятого метода измерения наиболее распространены расходомеры:

    переменного перепада давлений, основанные на зависимости от расхода перепада давлений в сужающем устройстве вследствие частичного перехода потенциальной энергии потока в кинетическую;

      скоростного напора для измерения расхода по динамическому напору потока с помощью пневмометрических трубок;

      переменного уровня, основанные  на зависимости от расхода  высоты уровня жидкости в сосуде  при свободном истечении ее  через отверстие в дне или боковой стенке сосуда;

       постоянного перепада давлений, основанные на зависимости от  расхода вещества вертикального  перемещения тела (поплавка), измеряющего при этом площадь сечения проходного отверстия прибора таким образом, что перепад давлений по обе стороны поплавка остаётся постоянным. 
 
 
 
 
 

2.Описание  принципа измерения расхода по  методу переменного перепада  давления.

 

     Наиболее распространенным методом измерения расхода жидкости, пара и газа является метод переменного перепада давлений. Измерение расхода по этому методу основано на изменении потенциальной энергии (статического давления) вещества, протекающего через местное сужение в трубопроводе.                            В измерительной технике в качестве сужающих устройств (первичных преобразователей) используют диафрагмы, сопла и сопла Вентури.

  

      Диафрагма (рис.1) представляет собой тонкий диск, установленный в трубопроводе так, чтобы отверстие в диске было концентрично внутреннему контуру сечения трубопровода.

      Сужение потока начинается до диафрагмы; затем  на некотором  расстоянии за ней  благодаря действию сил инерции  поток сужается до минимального сечения (диаметр d₂), а далее постепенно расширяется до полного сечения трубопровода. Перед диафрагмой и за ней образуются зоны с вихревым движением, причем зона вихрей за диафрагмой  больше, чем перед ней.                     

   Давление потока около стенки трубопровода несколько возрастает из-за подпора перед диафрагмой и снижается до минимума за диафрагмой в наиболее узком сечении потока. Далее по мере расширения струи давление потока около стенки снова повышается, но не достигает прежнего значения. Потеря части давления р_п определяется главным образом потерей энергии на трение и завихрения.                                                                                                               

   Изменение давления потока по оси трубопровода практически совпадает с изменением давления около его стенки, за исключением участка перед диафрагмой и непосредственно в ней, где давление потока по оси трубы снижается (штриховая линия). Разность давлений р^’₁ - р^’₂ является перепадом, зависящим от расхода протекающей через трубопровод среды.

    Характер потока и распределение  давления одинаковые во всех  типах сужающих устройств. Так как струя, протекающая через сопло, почти не отрывается от его профилированной части, потери на завихрения возникают в основном за соплом, поэтому остаточная потеря давления р_п в сопле меньше, чем в диафрагме. Еще меньше потери давления р_п в сопле Вентури, профиль которого близок к сечению потока, проходящего через сужение.

    Из трех типов сужающих устройств  наиболее часто применяют диафрагму.

     При измерении расхода по методу переменного перепада давлений протекающее вещество должно полностью заполнять все сечение трубопровода и сужающего устройства; поток в трубопроводе должен быть практически установившимся; фазовое состояние веществ не должно изменяться при прохождении их через сужающее устройство (жидкость не должна испаряться, пар должен оставаться перегретым и т.п.).

     Теория и основные уравнения  метода переменного перепада давлений одинаковы для сужающих устройств всех видов; различаются лишь некоторые коэффициенты в уравнениях, определяемые опытным путем.

    Выведем уравнение расхода для случая, когда в трубопроводе установлена диафрагма, и по трубопроводу протекает несжимаемая жидкость, плотность которой до и после сужения остается  неизменной.

   В трубопроводе два сечения  (рис.1): I - сечение, в котором еще нет влияния сужающего устройства на характер потока в трубопроводе; II - в месте наибольшего сжатия струи на некотором расстоянии за диафрагмой.

      При измерении расхода сжимаемых  сред (газов и паров), особенно при больших перепадах давления в сужающем устройстве, необходимо учитывать уменьшение плотности р вследствие понижения давления при прохождении через сужающее устройство, в результате чего массовый расход (а также объемный, отнесенный к начальному значению р) несколько уменьшается.

       Время прохождения газов и паров через сужающее устройство настолько незначительно, что их сжатие и последующее расширение происходят практически без обмена теплотой с окружающей средой, т. е. адиабатически.

  Расчет, методика выполнения измерений сужающих устройств определяется гостом ГОСТ 8563-97.

   1-трубопровод,

  2-сужающее  устройство. 

  При протекании потока через сужающее устройство, увеличивается скорость потока. На сужающем устройстве создается перепад  давлений ΔР. Перепад давлений может быть измерен дифференциальным манометром. Расход связан с перепадом давления Рис. 2.

  сечение А – течение потока на которое сужающее устройство не оказывает влияние.

  сечение В – место наибольшего сжатия струи.

  сечение С – сечение после сужающего устройства где установившиеся υ и Р.

  Давление  у стенки трубы перед диафрагмой возникает за счет уменьшения скорости в этом месте, а по оси уменьшается  и достигает значения Р^’₂ сечение В.

  По  мере расширения потока после диафрагмы  скорость потока уменьшается, а давление у стенки трубы возрастает.

  Давление  в сечении А и С не равны  А≠С,

  δ = Р^’₁ + Р^’₃    т.е. произошла потеря давления.

  Рассмотрим  уравнение описывающее этот процесс  для горизонтального участка.

  Р^’₁/ ρ + υ₁²/2 = Р^’₂/ ρ +  υ₂²/2 + ξ υ₂²/2 – уравнение Бернулли

  Р^’₁/ ρ + υ₁²/2 – описывает состояние сечения А. 
    Р^’₂/ ρ +  υ₂²/2 + ξ υ₂²/2 - описывает состояние сечения В.

  где,

   Р^’₁/ ρ – статический напор определяемый динамической энергией,