Для отримання порівняних результатів вимірювань об'ємна витрата газу або пари призводять до стандартних умов.

Прилади, що вимірюють витрату речовини, називають витратомірами.Прилади, що вимірюють кількість речовини, що протікає через даний переріз трубопроводу за деякий проміжок часу, називають лічильниками кількості.При цьому кількість речовини визначається як різниця двох послідовних показань лічильника на початку та наприкінці цього проміжку часу. Покази лічильника виражаються в одиницях обсягу, рідше – в одиницях маси. Прилад, що одночасно вимірює витрату та кількість речовини, називають витратоміром з лічильником. Витратомір вимірює поточне значення витрати, а лічильник виконує інтегрування поточних значень витрати.

Останнім часом кордон між лічильниками та витратомірами практично зникає. Витратоміри оснащують засобами для визначення кількості рідини або газу, а лічильники - засобами для визначення витрати, що дозволяє об'єднати лічильники та витратоміри в одну групу приладів - витратоміри.

Пристрій (діафрагма, сопло, напірна трубка), що безпосередньо сприймає вимірювана витрата і перетворює його в іншу величину, зручну для вимірювання (наприклад, перепад тиску), називають перетворювачем витрати.

Принцип дії витратомірів цієї групи заснований на залежності перепаду тиску, що створюється нерухомим пристроєм, що встановлюється в трубопроводі від витрати речовини.

При вимірюванні витрати методом змінного перепаду тиску в трубопроводі, яким протікає середовище, встановлюють звужувальний пристрій(СУ), що створює місцеве звуження потоку. Через переход частини потенційної енергії потоку в кінетичну середня швидкість потоку в звуженому перерізі підвищується. В результаті статичний тиск у цьому перерізі стає меншим за статичний тиск перед СУ. Різниця цих тисків тим більше, чим більше витрата середовища, і, отже, вона може служити мірою витрати.Перепад тиску на СУ (рис. 78, а)дорівнює

де - тиск на вході в пристрій, що звужує; - Тиск на виході з нього.

Вимірювання витрати речовини методом змінного перепаду тиску можливе при дотриманні умов:

1) потік речовини заповнює весь поперечний переріз трубопроводу;

2) потік речовини у трубопроводі є практично встановленим;

3) фазовий стан речовини, що протікає через СУ, не змінюється (рідина не випаровується; гази, розчинені в рідині, не десорбуються; пара не конденсується).

Мал. 5.78. Витратоміри змінного перепаду тиску:

а- Структура потоку проходить через діафрагму; б -розподіл статичного тиску рпоблизу діафрагми за довжиною трубопроводу; / - Звужуючий пристрій (діафрагма); 2 - Імпульсні трубки; 3 — -Образний дифманометр; - перетин потоку речовини, в якому не позначається вплив діафрагми, що обурює; - Перетин потоку речовини в місці його найбільшого стиснення; в - сопло; г -сопло Вентурі

Як звужувальні пристрої для вимірювання витрати рідин, газів, пари широко застосовуються стандартні звужувальні пристрої. До них відносять стандартну діафрагму, сопло ІСА 1932, трубу Вентурі та сопло Вентурі.

СоплоІСА 1932 (далі - сопло) - СУ з круглим отвором, що має на вході плавно звужується ділянку з профілем, утвореним двома дугами, що сполучаються, переходить в циліндричну ділянку на виході, званий горловиною (рис. 78, в).

Витратомірна труба Вентурі(далі - труба Вентурі) - СУ з круглим отвором, що має на вході конічний звужується ділянку, що переходить в циліндричний ділянку, з'єднаний на виході з конічною частиною, що розширюється, званої дифузором.

Вентурі— труба Вентурі з вхідною ділянкою, що звужується, у вигляді сопла ІСА 1932 (рис. 78, г).

Ці найбільш вивчені засоби вимірювання витрати та кількості рідин, газу та пари можуть застосовуватися за будь-яких тисків і температур вимірюваного середовища.

Встановимо діафрагму у трубопроводі так, щоб центр її отвору знаходився на осі трубопроводу (рис. 78, а).Звуження потоку речовини починається до діафрагми, на деякій відстані за діафрагмою потік досягає свого мінімального перерізу. Потім потік поступово розширюється до перерізу. На рис. 78, бзображено розподіл тисків уздовж стінки трубопроводу (суцільна лінія), а також розподіл тисків по осі трубопроводу (штрихпунктирна лінія). Тиск потоку біля стінок трубопроводу після СУ не досягає свого колишнього значення на величину - безповоротної втрати, обумовленої завихрення, ударом і тертям (витрачається значна частина енергії).

Відбір статичних тисків та можливий за допомогою сполучних імпульсних трубок 2, вставлених в отвори, розташовані до та після діафрагми / (рис. 78, а),а вимір перепаду тиску можливий за допомогою якогось вимірювача перепаду тиску (в даному випадку -подібного дифманометра 3).

Сопло (рис. 78, в)конструктивно виготовляється у вигляді насадки з круглим концентричним отвором, що має плавно звужується частина на вході і розвинену частину на виході. Профіль сопла забезпечує практично повне стиснення потоку речовини і тому площа циліндричного отвору сопла може бути прийнята рівною мінімальному перерізу потоку, тобто. Характер розподілу статичного тиску в соплі по довжині трубопроводу такий самий, як і у діафрагми. Такий і відбір тисків і до і після сопла, як і у діафрагми.

Сопло Вентурі (рис. 78, г)конструктивно складається з циліндричної вхідної ділянки; плавно звужуваної частини, що переходить у коротку циліндричну ділянку; з конічної частини, що розширюється, — дифузора. Сопло Вентурі завдяки дифузору має меншу втрату тиску, ніж діафрагма та сопло. Характер розподілу статичного тиску в соплі Вентурі по довжині трубопроводу такий самий, як і у діафрагми та сопла. Відбір тисків здійснюється за допомогою двох кільцевих камер, кожна з яких з'єднується з внутрішньою порожниною сопла Вентурі групою рівномірно розташованих по колу отворів.

Тепер рівняння об'ємної витрати для стисканої рідини набуває вигляду:

З урахуванням введення поправочного коефіцієнта е, що враховує розширення вимірюваного середовища, остаточно перепишемо рівняння:

Для стисканої рідини поправочний коефіцієнт дорівнює одиниці, при вимірюванні витрати стисливих середовищ (газу, пари) поправочний коефіцієнт і визначається за спеціальними номограмами.

Стандартні пристрої звуження можуть застосовуватися в комплекті з дифманометрами для вимірювання витрати і кількості рідин, газів і пари в круглих трубопроводах (за будь-якого їх розташування).

При необхідності використання пристроїв, що звужують, на трубопроводах малого діаметра вони повинні піддаватися індивідуальному градуювання, тобто.

Експериментальне визначення залежності

Найпоширенішими є вісім варіантів типів СУ: діафрагми з кутовим, фланцевим та трирадіусним способами відбору тиску, сопла ІСА 1932, труби Вентурі з обробленою та необробленою конічною частиною короткі та довгі, сопла Вентурі короткі та довгі. Стандартні діафрагми застосовуються при дотриманні умови 0,2 та сопла Вен-

тури - при. Конкретний тип пристрою звуження вибирається при розрахунку в залежності від умов застосування, необхідної точності, допустимої втрати тиску.

Для дотримання геометричної подібності СУ повинні бути виготовлені відповідно до вимог стосовно найбільш поширених пристроїв, що звужують - діафрагм, зображених на рис. 12.4. Торці діафрагми мають бути плоскими та паралельними один одному. Шорсткість торця в межах D повинна бути не більше, вихідний торець повинен мати шорсткість у межах 0,01 мм. Якщо діафрагма служить для вимірювання витрати потоку в обох напрямках, то обидва торці повинні оброблятися з шорсткістю не більше, конічне розширення в цьому випадку відсутнє і кромки з обох сторін повинні бути гострими з радіусом закруглення не більше 0,05 мм. Якщо радіус заокруглення вбирається у 0,0004d, то поправочний множник на неостроту вхідний кромки приймається рівним одиниці. Примм ця умова виконується. Шорсткість поверхні отвору не повинна перевищувати

Мал. 12.4. Способи відбору тиску:

а – через окремі отвори; б – з кільцевих камер (кутові методи); в - через отвори у фланцях (фланцевий метод при l1 = l2 = 25,4 мм, трирадіусний - при l1 = D та l2 = 0,5D)

Товщина діафрагми Е повинна перебувати в межах до 0,05D, товщина визначається за умови відсутності деформації під впливом Δpв за певної межі плинності матеріалу. Якщо дійсна товщина діафрагми менша за розрахункову, то до похибки визначення коефіцієнта закінчення (12.18) додається похибка δЕ.

Довжина циліндричної частини отвору діафрагми повинна бути в межах від 0,005D до 0,02D, якщо товщина перевищує останню цифру, то з боку вихідного торця робиться конічна поверхня з кутом конусності 45 ± 15°.

Відбір тисків р1 і р2 при кутовому способі здійснюється через окремі циліндричні отвори (рис. 12.4, а), або з двох кільцевих камер, кожна з яких з'єднується з внутрішньою порожниною трубопроводу кільцевою щілиною або групою рівномірно розподілених по колу отворів (рис. 12.4). б). Конструкція добірних пристроїв для діафрагм та сопл однакова. Звужувальні пристрої з кільцевими камерами зручніші в експлуатації, особливо за наявності місцевих збурень потоку, оскільки кільцеві камери забезпечують вирівнювання тиску по колу труби, що дозволяє більш точно вимірювати перепад тиску при скорочених прямих ділянках трубопроводу

При фланцевому та трирадіусному способах відбору тиску перепад вимірюється через окремі циліндричні отвори, розташовані на відстані у першому випадку
мм, а в другому від площин діафрагми (рис. 12.4, в). Коефіцієнт закінчення залежить від способу відбору тиску.

При установці звужувальних пристроїв необхідно дотримуватися ряду умов, що впливають на похибку вимірювань.

Звужуючий пристрій у трубопроводі повинен розташовуватися перпендикулярно до осі трубопроводу. Для діафрагм неперпендикулярність має перевищувати 1°. Вісь пристрою, що звужує, повинна збігатися з віссю трубопроводу. Зміщення осі отвору пристрою звуження щодо осі трубопроводу не повинно перевищувати Якщо зміщення осі перевищує зазначене значення, але менше, то до похибки коефіцієнта закінчення (12.18) додають δех = 0,3%. Якщо зміщення осі перевищує зазначене граничне значення, то встановлення СУ не допускається.

Ділянка трубопроводу довжиною 2D до і після звужувального пристрою має бути циліндричною, гладкою, на ньому не повинно бути ніяких уступів, а також помітних оку наростів і нерівностей від заклепок, зварювальних швів тощо. Трубопровід вважається циліндричним, якщо відхилення діаметра не перевищує його середнього значення. В іншому випадку, якщо на відстані lh до СУ висота уступу h задовольняє двом умовам

то похибки коефіцієнта закінчення додають δh = 0,2%.

Важливою умовою є необхідність забезпечення течії потоку, що встановився, перед входом в звужуючий пристрій і після нього. Такий потік забезпечується наявністю прямих ділянок трубопроводу певної довжини до і після пристрою. На цих ділянках не повинні встановлюватись жодні пристрої, які можуть спотворити гідродинаміку потоку на вході або виході пристрою, що звужує. Довжина цих ділянок повинна бути такою, щоб спотворення потоку, що вносяться колінами, вентилями, трійниками, змогли згладитися до підходу потоку до пристрою, що звужує. При цьому необхідно мати на увазі, що більш істотне значення мають спотворення потоку перед пристроєм, що звужує, і значно менше - за ним, тому засувки

Таблиця 12.2

Найменші відносні довжини лінійної ділянки до діафрагми

№	Найменування місцевого опору	Коефіцієнти			Р
		ак	До	ск	0,2	0,3	0,4	0,5	0,6	0,7	0,75	0,8
1	Засувка, рівнопрохідний кульовий кран	11,5	82	6,7	12	12	12	13	15	19	24	30
2	Корковий кран	14,5	30,5	2,0	16	18	20	23	26	30	І	34
3	Запірний кран, вентиль	17,5	64,5	4,1	18	18	19	22	26	а	38	44
4	Заслінка	21,0	38,5	1,4	25	29	32	36	40	45	4/	50
5	Конфузор	5,0	114	6,8	5	5	6	6	У	16	11	зи
6	Симетричне різке звуження	30,0	0,0	0,0	30	30	30	30	30	30	30	30
7	Дифузор	16,0	185	7,2	16	16	17	18	21	31	40	Е4
8	Симетричне різке розширення	47,5	54,5	1,8	51	54	58	64	70	77	80	84
9	Поодиноке коліно	10,0	113	5,2	10	11	11	14	18	28	36	46

і вентилі, що особливо регулюють, рекомендується встановлювати після СУ. Довжина Lк прямої ділянки перед пристроєм, що звужує, залежить від відносного діаметра β, діаметра трубопроводу D і виду місцевого опору, розташованого до прямої ділянки,

Постійні коефіцієнти, які від виду місцевого опору. Їхня величина та найменші значення Lк1/D для дев'яти типів місцевих опорів наведені в табл. 12.2.

Так, для виду місцевого опору «Засувка, повнопрохідний кульовий кран» при, Довжина прямої ділянки L2 після звужувального пристрою залежить тільки від числа і при = 0,8 Допускається зменшення довжини прямих ділянок перед СУ до величини, що викликає додаткову похибку δL, яка не перевищить ±1%. Похибка підсумовується значенням δс0 і розраховується за формулою

де відношення дійсної довжини прямої ділянки до розрахункової. Похибка відповідає

Допускається скорочення довжини лінійної ділянки після СУ вдвічі, але при цьому додаткова похибка до коефіцієнта закінчення становитиме

Необхідно, щоб контрольоване середовище заповнювало весь поперечний переріз трубопроводу, причому фазовий стан речовини не повинен змінюватися при проходженні через пристрій, що звужує. Конденсат, пил, гази або опади, що виділяються з контрольованого середовища, не повинні накопичуватися поблизу пристрою, що звужує.

Дифманометр підключається до пристрою, що звужує, двома сполучними лініями (імпульсними трубками) внутрішнім діаметром не менше 8 мм. Допускається довжина з'єднувальних ліній до 50 м, однак через можливість виникнення великої динамічної похибки не рекомендується використовувати лінії довжиною понад 15 м.

Для правильного вимірювання витрати перепад тиску на вході дифманометра повинен дорівнювати перепаду тиску, що розвивається пристроєм, що звужує, тобто. перепад від пристрою, що звужує, до дифманометра повинен передаватися без спотворення.

Це можливо у випадку, якщо тиск, створюваний стовпом середовища в обох трубах, буде однаковим. У реальних умовах це рівність може порушуватися. Наприклад, при вимірюванні витрати газу причиною цього може бути накопичення конденсату в неоднаковій кількості в сполучних лініях, а при вимірюванні витрати рідини, навпаки, накопичення газових бульбашок, що виділяються. Щоб уникнути цього, з'єднувальні лінії повинні бути або вертикальними, або похилими з ухилом не менше 1:10, причому на кінцях похилих ділянок повинні бути конденсато-або газозбірники. Крім того, обидві імпульсні трубки слід розташовувати поруч, щоб уникнути неоднакового нагріву або охолодження їх, що може призвести до неоднакової щільності рідини, що заповнює їх, і, отже, до додаткової похибки. При вимірі витрати пари важливо забезпечити рівність та сталість рівнів конденсату в обох імпульсних трубках, що досягається застосуванням зрівняльних судин.

До одного пристрою, що звужує, може бути підключено кілька дифманометрів. При цьому допускається підключення з'єднувальних ліній одного дифманометра до з'єднувальних ліній іншого.

При вимірюванні витрати рідини дифманометр рекомендується встановлювати нижче пристрою, що звужує 1, що виключає попадання в сполучні лінії і дифманометр газу, який може виділитися з протікає рідини (рис. 12.5, а).

Мал. 12.5. Схема з'єднувальних ліній при вимірюванні витрати рідини з установкою дифматометра нижче (і) і вище (б) пристрою, що звужує:

1 - пристрій, що звужує; 2 – запірні вентилі; 3 - продувний вентиль; 4 – газозбірники;

5 - розділові судини

Для горизонтальних і похилих трубопроводів з'єднувальні лінії повинні підключатися через запірні вентилі 2 до нижньої половини труби (але не в нижній частині), щоб уникнути попадання в лінії газу або опадів з трубопроводу. Якщо дифманометр все ж таки встановлюється вище звужувального пристрою (рис. 12.5 б), то в найвищих точках з'єднувальних ліній необхідно встановлювати газозбірники 4 з продувними вентилями. Якщо сполучна лінія складається з окремих ділянок (наприклад, при обході будь-якої перешкоди), то газозбірники встановлюються у найвищій точці кожної ділянки. При встановленні дифманометра вище звужуючого пристрою трубки поблизу останнього прокладаються з U-подібним вигином, що опускається нижче трубопроводу не менше ніж на 0,7 м для зменшення можливості попадання газу з труби в сполучні лінії. Продування з'єднувальних ліній здійснюється через вентилі 3.

При вимірюванні витрати агресивних середовищ у з'єднувальних лініях можливо ближче до звужувального пристрою встановлюються розділові судини 5. Сполучні лінії між роздільною судиною і дифманометром, частково і сама посудина заповнені нейтральною рідиною, щільність якої більша за щільність агресивного середовища. Решта судини та лінії до пристрою, що звужує, заповнені контрольованим середовищем. Отже, поверхня розділу контрольованого середовища та розділової рідини знаходиться всередині судини, причому рівні розділу в обох судинах повинні бути однаковими.

Роздільна рідина вибирається таким чином, щоб вона хімічно не взаємодіяла з контрольованим середовищем, не змішувалася з нею, не давала відкладень і не була агресивною по відношенню до матеріалу судин, сполучних ліній та дифманометра. Найчастіше в якості розділової рідини використовуються вода, мінеральні олії, гліцерин, водогліцеринові суміші.

При вимірі витрати газу дифманометр рекомендується встановлювати вище звужувального пристрою, щоб конденсат, що утворився в сполучних лініях, міг стікати в трубопровід (рис. 12.6 а). Сполучні лінії потрібно підключати через запірні вентилі 2 до верхньої половини пристрою, що звужує, їх прокладку бажано проводити вертикально. Якщо вертикальна прокладка з'єднувальних ліній неможлива, то їх слід прокладати з нахилом у бік трубопроводу або конденсатозбірників 4. Подібні вимоги повинні виконуватися і при розташуванні дифманометра нижче пристрою, що звужує (рис. 12.6, б). При вимірюванні витрати агресивного газу до сполучних ліній повинні включатися розділові судини.

Мал. 12.6. Схема з'єднувальних ліній при вимірюванні витрати газу з установкою дифманометра вище (я) і нижче (б) пристрою, що звужує:

1 - пристрій, що звужує; 2 – запірні вентилі; 3 - продувний вентиль; 4 - конденсатозбірник

Мал. 12.7. Схема, що пояснює призначення зрівняльних конденсаційних судин при вимірі витрати пари:

а-в - стадії вимірювання різниці тисків

При вимірі витрати перегрітої водяної пари неізольовані сполучні лінії виявляються заповненими конденсатом. Рівень конденсату та його температура в обох лініях повинні бути однаковими за будь-якої витрати.

Для стабілізації верхніх рівнів конденсату в обох сполучних лініях поблизу пристрою, що звужує, встановлюються зрівняльні конденсаційні судини. Призначення зрівняльних судин можна пояснити за допомогою рис. 12.7. Припустимо, що за відсутності зрівняльних судин і деякі витрати пара рівень конденсату в обох імпульсних трубках однаковий. При збільшенні витрати на пристрої, що звужує, збільшується перепад тиску, що змушує нижню мембранну коробку стискатися, а верхню розтягуватися (рис. 12.7, б). Через зміну обсягів коробок у нижню, «плюсову» камеру дифманометра буде затікати конденсат з «плюсової» імпульсної трубки, що призведе до зниження рівня в ній на величину h. З верхньої, «мінусової» камери дифманометра конденсат виштовхуватиметься в імпульсну трубку і паропровід, але висота стовпа конденсату залишиться незмінною. Різниця рівнів конденсату, що утворилася, створює перепад тиску hρg, що зменшує перепад тиску в звужувальному пристрої. Отже, на дифманометр діятиме перепад, тобто. показання витратоміра будуть заниженими. Неважко помітити, що абсолютна похибка виміру зростатиме зі збільшенням змін витрати.

Вочевидь, що похибка можна знизити зменшенням h. Для цього на кінцях імпульсних трубок встановлюють зрівняльні конденсаційні судини (рис. 12.8) – горизонтально розташовані циліндри великого перерізу. Так як переріз цих судин велике, витікання з них конденсату мало змінить його рівень, так що перепад Δpд, що вимірюється дифманометром, можна вважати рівним перепаду в звужувальному пристрої.

Мал. 12.8. Схема з'єднувальних ліній при вимірюванні витрати пари з установкою дифманометра нижче (а) і вище (б) пристрою, що звужує:

1 - пристрій, що звужує; 2 – зрівняльні судини; 3, 4 - запірні та продувальні вентилі;

Витратоміри змінного перепадускладаються з пристроїв, що утворюють місцеве звуження у трубопроводі (звужувальні пристрої) та диференціальних манометрів перепаду тиску.

Принцип дії пристроїв, що звужують, полягає в наступному: при протіканні потоку рідини, газу або пари в звуженому перерізі трубопроводу частина потенційної енергії тиску переходить в кінетичну. Середня швидкість потоку збільшується, в результаті чого в пристрої, що звужує створюється перепад тиску, величина якого залежить від витрати речовини.

Звужувальні пристрої поділяються на дві групи: нормалізовані та ненормалізовані. До першої групи належать діафрагми, сопла, труби Вентурі. Діафрагми та сопла встановлюють у трубопроводах круглого перерізу діаметром не менше 50 мм, а трубу Вентурі - у трубопроводі діаметром не менше 100 мм.

До другої групи звужуючих пристроїв відносяться здвоєні діафрагми, сопла з профілем розміром 1/4 кола та інші пристрої, які застосовують для вимірювання витрати в'язких рідин при малих діаметрах трубопроводів.

Діафрагми(Рис. 31) бувають камерні А - відбір імпульсів тиску за допомогою кільцевих камер і безкамерні Б - відбір імпульсів тиску за допомогою отворів (табл. 13). Товщина диска діафрагми має бути меншою за 0,1 D (D — діаметр умовного проходу трубопроводу).

Камерні діафрагмискладаються з диска, прокладки та двох кільцевих камер. Кільцеві камери вимірюють тиск до та після діафрагми. Товщина диска дорівнює 3 мм для трубопроводів діаметром D< 150 мм и 6 мм для трубопроводов диаметром 150 < D < 400 мм.

Сопла можуть застосовуватись для труб діаметром не менше 50 мм. Схема сопла представлена ​​на рис. 32. Верхня частина відповідає відбору імпульсів тиску за допомогою кільцевої камери, нижня - відбір проводиться за допомогою отворів. Випускають їх малими серіями.

Труба Вентурі має звуження, що поступово звужується, яке потім розширюється до початкового розміру. Внаслідок такої форми втрати тиску в ній менше, ніж у діафрагмах та соплах. Труба Вентурі складається з вхідного та вихідного конусів та циліндричної середньої частини (рис. 33).

Труба Вентурі називається довгою, якщо діаметр вихідного конуса дорівнює діаметру трубопроводу, і короткою, якщо він менший за діаметр трубопроводу.

Звужувальні пристрої – прості дешеві надійні засоби вимірювання витрати. Градуювальна характеристика стандартних пристроїв, що звужують, може бути визначена розрахунковим шляхом, тому відпадає необхідність у зразкових витратомірах. Звужуючий пристрій є індивідуальним для кожного витратоміра.

З перерахованих пристроїв, що звужують найбільше застосування знайшли діафрагми, тому наведемо приклади розрахунку діафрагми для вимірювання витрати води і вологого повітря (газу).

Розрахунок пристрою, що звужує, полягає у визначенні розмірів його прохідного отвору.

1. Знаходимо добуток коефіцієнта витрати а на відношення площі прохідного перерізу діафрагм до площі трубопроводу а:

2. Розраховуємо критерії Рейнольдса, що відповідають розрахунковим та мінімальним витратам:

3. За твором ста за допомогою графіка (рис. 34) визначаємо значення а та а:

4. Розраховуємо втрати тиску від встановлення діафрагми

Фактичні втрати тиску від встановлення діафрагми менші за допустиме значення.

1. Визначаємо діаметр проходу діафрагми при робочій температурі:

6. Знаходимо діаметр проходу при температурі 20 °С:

7. Перевіряємо розрахунок за формулою:

1. Визначаємо щільність вологого повітря:

2. Знаходимо орієнтовне значення твору ста, прийнявши коефіцієнт розширення е = 1:

1. Розраховуємо критерій Рейнольдса для розрахункового та мінімального витрат повітря:
2. За графіком (див. рис. 34) визначаємо орієнтовні значення а та а. Вони рівні відповідно 0,445 та 0,673.
3. Знаходимо значення коефіцієнта розширення е за графіком (рис. 36) – е = 0,975.
4. Уточнюємо значення твору а а 8 = 0,292. 0,975 = 0,287.

1. За уточненим твором а а 8 визначаємо а і а (див. рис. 34):

Отримане значення менше від допустимого.

1. Розраховуємо втрати тиску від пристрою, що звужує (див. рис. 35): AP d = 55 %;

10. Перевіряємо розрахунок за формулою

Однотипні пристрої диференціальні манометрита вторинні прилади можуть бути використані для різних умов виміру.

Витратоміриз пристроями, що звужують універсальні, вони застосовуються для вимірювання витрати практично будь-яких однофазних (іноді і двофазних) середовищ у широкому діапазоні тисків, температур, діаметрів трубопроводів.

Вступ

Автоматизація технологічних процесів є одним із вирішальних факторів підвищення продуктивності та покращення умов праці. Всі існуючі та промислові об'єкти, що будуються в тій чи іншій мірі оснащуються засобами автоматизації.

Проектами найскладніших виробництв, особливо у чорної металургії, нафтопереробці, хімії та нафтохімії, на об'єктах виробництва мінеральних добрив, енергетики та інших галузях промисловості, передбачається комплексна автоматизація низки технологічних процесів.

Засоби автоматизації застосовуються також на об'єктах житлового будівництва та соціально-побутового призначення у системах кондиціювання повітря, димовидалення, енергопостачання.

Автоматизація технологічного процесу в деревообробці є також перспективною. Наприклад, автоматизація сушильної камери, де якість виробу залежить від точного та своєчасного регулювання основних параметрів.

Завдання на курсове проектування

Дана лісосушильна камера періодичної дії, що завантажується матеріалом, який переміщується навантажувачем вилкового. Процес сушіння в ній протікає періодично.

Для розрахунку САР регульованим параметром є температура сушильного агента тиск пари.

Статичні та динамічні характеристики об'єкта автоматизації

Для заданого об'єкта необхідно:

Розробити функціональну схему автоматизації, вибрати прилади та засоби автоматизації, скласти специфікації на прилади та засоби автоматизації.

Здійснити інженерний розрахунок системи автоматичного регулювання для заданого параметра.

Розробити принципову схему автоматичного регулювання для заданого параметра

Розробити загальний вигляд щита

Розробити принципову схему живлення з розрахунком та вибором апаратів управління та захисту.

Функціональна схема автоматизації

При проектуванні систем автоматизації технологічних процесів у лісовій та деревообробній промисловості всі технічні рішення щодо автоматизації верстатів, агрегатів або окремих ділянок технологічного процесу відображаються на схемах автоматизації.

Схеми автоматизації є основним технічним документом, який визначає структуру та функціональні зв'язки між технологічним процесом, приладами, засобами контролю та управління та відображає характер автоматизації технологічних процесів.

При розробці схем автоматизації технологічних процесів необхідно вирішити такі основні завдання:

збір та первинна обробка інформації;

подання інформації диспетчеру;

контроль відхилень технологічних властивостей;

автоматичне та дистанційне управління;

Розрахунок пристрою, що звужує.

Дані для розрахунку пристрою, що звужує.

Внутрішній діаметр трубопроводу D 20 мм
Абсолютний тиск p, МПа
Масова максимальна витрата пари, Q м max , кг/год
Матеріал діафрагми
До діафрагми є	Змішивши. потоки
Матеріал трубопроводу
Температура пари t, °C
Середня витрата пари Q ср (0,5¸0,7)Q м. max = 0,68Q м. max , кг/год
Мінімальна витрата Q min = (0,25 0,33) Q м = 0,31 Q м кг/год
Допустима втрата тиску р`п.д.. = (0,05¸0,1)р = 0,085 р, кПа

2. Динамічна в'язкість пари:

Поправочний множник на розширення металу До t:

Внутрішній діаметр трубопроводу: D = D 20 К t = 150 1,0029 = 150,435 мм

Залежно від максимальної контрольованої витрати пари Q м max вибирається найближче більше числа чисел ряду Q пр:

Q м max = 7000 = Q пр = 8000 кг/год

Вибране число є верхньою межею вимірювання за шкалою дифманометра-витратоміра або вимірювального приладу:

Визначаємо розрахункову допустиму втрату тиску:

р`п.д. = 0,085 × 0,784 = 0,067 МПа = 67 кПа

Визначимо допоміжну величину:

За обчисленим значенням С та заданою величиною р п.д знайдемо по номограмі шукане значення Dр н і наближене значення m:

Dр н = 100 кПа

Re гр сопла = 10,5 · 10 4

Визначимо поправочний множник e на розширення пари по номограмі, представленій у методичному посібнику:

;

10. Обчислюємо допоміжну величину ma:

11. Визначаємо модуль m та коефіцієнт витрати a за величиною ma:

12. Визначаємо втрату тиску на діафрагмі за формулою:

Визначаємо за знайденим значенням m розрахунковий діаметр отвору пристрою, що звужує в робочих умовах:

За знайденим розміром d з урахуванням коефіцієнта лінійного розширення матеріалу діафрагми Kt:

Проводиться перевірка розрахунку:

Визначаємо похибку розрахунку:

Необхідно внести виправлення до розрахунку, т. до. δ > 0,2 %. Приймаємо внутрішній діаметр трубопроводу d = 73 мм та повторюємо розрахунок:

Розрахунок та вибір регулюючого органу.

Регулюючі органи є основною частиною регуляторів. Вони призначені для зміни витрати речовини, що відводиться або підводиться до об'єкта регулювання. РО є змінними гідравлічними опорами, що встановлюються в трубопроводі. Дроселювання потоку, що протікає, здійснюється при зміні прохідного перерізу дросельного органу за допомогою затвора. Регулюючі клапани працюють нормально, якщо межі регулювання становлять від 10 до 90% від значення коефіцієнта пропускної здатності клапана. Чим більший робочий хід затвора, тим плавніше відбувається регулювання.

Вихідні дані для розрахунку

Внутрішній діаметр паропроводу D, мм
Абсолютний тиск пари на вході р 0 , кПа
Максимальна витрата пари G макс. , кг/год
Довжина трубопроводу до РВ, L1, м
Місцеві опори до РВ: Різкі повороти (n1 поворотів під кутом a)
Конфузор під кутом
Мінімальна витрата пари G хв, кг/год
Довжина паропроводу після РВ, L2, м
Абсолютний тиск на виході р к, кПа
Труби паропроводу – зварені з корозією
Тиск р2 після РВ: р2 = р1-(0,3?0,4) (р0-р) = р1-0,32(р0-р);

Розрахунок щільності перегрітої пари по таблиці представленої в методичному посібнику:

ρ = 3,756 кг/м 3

Динамічна в'язкість пари:

Визначимо число Рейнольдса, віднесене до діаметра трубопроводу G min . Розрахунок можна продовжити за умови Rе ³ 2000.

Визначимо коефіцієнт тертя l для даного R e:

Визначимо сумарну довжину трубопроводу:

Визначимо середню швидкість паропроводу при G max:

Визначимо втрати тиску на тертя в кПа у прямих ділянках паропроводу при Gmax:

Визначаємо втрати тиску у місцевих опорах при Gmax.

6.1. Завдання
на курсову роботу з дисципліни
«Управління, сертифікація та інноватика»
на тему: "Розрахунок вимірювального пристрою витрати середовища"

1) Розрахувати діаметр нормальної діафрагми, виготовленої зі сталі марки 1Х18Н9Т, для вимірювання масової витрати середовища методом змінного перепаду тиску відповідно до вихідних даних, зазначених у табл. 1. Номер варіанта вибирається за останньою цифрою шифру студента.

2) Виконати на аркуші формату А2 креслення вузла установки діафрагми у вимірювальному трубопроводі та схему компонування вимірювального пристрою для вимірювання перепаду тиску.

Таблиця 6.1

Вихідні дані для розрахунку

	Діаметр трубопроводу при температурі 20 ° C, D 20 мм	Абсолютний тиск середовища, p, МПа	Температура вимірюваного середовища, t, °C	Максимальна витрата середовища Q max кг/год	Середня витрата середовища, Q ср, кг/год	Допустима втрата тиску, мм вод. ст.	Вимірюване середовище	Матеріал трубопроводу

6.2. Порядок розрахунку пристрою звуження

Подаються вихідні дані за заданим варіантом:

а) вимірюване середовище – …;

б) найбільша вимірювана масова витрата, кг/год;

в) середня вимірювана масова витрата, кг/год;

г) абсолютний тиск середовища перед пристроєм, що звужує, кгс/см 2 (прийняти 1 кгс/см 2 = 0,1 МПа);

д) температура середовища перед пристроєм, що звужує, °C;

е) внутрішній діаметр вимірювального трубопроводу перед пристроєм, що звужує, при температурі 20 °C: D 20 = … мм;

ж) допустима втрата тиску при витраті, що дорівнює Q max = = мм вод. ст.;

з) матеріал трубопроводу – сталь марки …

6.2.1. Визначення відсутніх для розрахунку даних

1. Щільність середовища за робочих умов (визначається за табл. П.1 або П.2):

r = … кг/м 3 .

2. Динамічна в'язкість середовища (для води – табл. П.3, для пари – рис. П.1):

m = … кгс×с/м 2 .

3. Поправочний множник на теплове розширення матеріалу трубопроводу (рис. 2):

4. Внутрішній діаметр трубопроводу у робочих умовах:

, мм.

5. Показник адіабати (визначається для водяної пари за графіком – рис. п.3):

6.2.2. Вибір звужувального пристрою та дифманометра

6. Як звужувальний пристрій вибираємо нормальну камерну діафрагму, виготовлену зі сталі 1Х18Н9Т.

7. Для вимірювання перепаду тиску приймаємо дифманометр або перетворювач перепаду тиску (вказати тип і модель дифманометра або перетворювача перепаду тиску – див. табл. П.4, або П.5, або П.6 – на вибір).

8. Верхня межа вимірювання дифманометра (вибирається за стандартним рядом, див. рекомендації в додатку):

Q п = …, кг/год.

6.2.3. Розрахунок

9. Граничний номінальний перепад тиску дифманометра (вибирається за стандартним рядом, див. рекомендації у додатку):

= …, кгс/см2 = …, кгс/м2.

10. Допоміжна величина ma:

,