5. Специальные сужающие устройства

К применяемым специальным сужающим устройствам отно­сятся диафрагмы: а) с входным конусом; б) с двойным конусом; в) двойные; г) прямоугольные. Первые три типа диафрагм применяют для измерения расходов при малых числах Рейнольдса, а прямоугольные — для измерения расходов воздуха (продуктов горения) в прямоугольных каналах. Применение перечисленных сужающих устройств возможно только при их предварительной индивидуальной градуировке. В табл. 2 приведены области применения наиболее распространенных сужающих устройств, а на рис. 7 — их основные размеры.

Наиболее простой формой сужающего устройства для малых чисел Рейнольдса является диафрагма с входным конусом (рис. 7, а). Минимальный допустимый диаметр трубопровода для диафрагм с входным конусом составляет, мм: 12,5 для гладких, 25 для сварных и битуминизированных труб и 50 для труб, покры­тых ржавчиной. Длина прямого участка трубопровода перед диаф­рагмой (2035) D, но не менее 12D. После диафрагмы длина пря­мого участка трубопровода не менее 5D.

Двойная диафрагма (рис. 7, в) представляет собой две стан­дартные диафрагмы с разными диаметрами сужающих отверстий. Диафрагмы располагают на расстоянии (0,20,8) D друг от друга. Диаметр отверстия d₁ первой по ходу потока диафрагмы больше диаметра отверстия второй, основной, диафрагмы d . Отбор дав­ления производится у передней плоскости первой диафрагмы и задней плоскости второй диафрагмы. Расход рассчитывается по диаметру основной диафрагмы. Диаметр отверстия первой по ходу потока диафрагмы определяется в зависимости от диаметра основ­ной диафрагмы в соответствии с нижеуказанными соотношениями:

d/D 0,3 0,35 0,4 0,45 0,5 0,55 0,6 0,65 0,7 0,75 0,8 d₁/D 0,515 0,596 0,667 0,73 0,787 0,837 0,88 0,914 0,943 0,965 0,98

2

7

Наиболее часто при испытании и исследовании используют пря­моугольные диафрагмы (рис. 7). Основные данные для их расчета приведены в табл. 3. При установке прямоугольной диафрагмы давление отбирают на расстоянии 0,03 D_экв до и после диафрагмы. Массовый расход для прямоугольной диафрагмы, кг/ч, ; (6)

объемный расход, м , (7) где f₂₀ — площадь отверстия диафрагмы при 20 °С.

3

6. Расходомер вентури для открытых лотков.

Метод основан на преобразовании потенциальной энергии положения уровня контролируемой среды в кинетическую энергию потока при постоянстве потенциальных энергий давления, обеспечиваемых наличием свободной, открытой в атмосферу поверхности. Метод применим для определения расхода жидкостей, протекающих по открытым лоткам и каналам. В основе расходомера Вентури лежит уравнение Бернулли, записанное в виде

(8)

В расходомерах Вентури боковые сужения канала или соответствующая профилировка дна приводят к увеличению скорости потока и соответственно к понижению уровня.

На рис. 8 приведена эпюра энергетических уровней, соответствующая изображённому под ней горизонтальному сечению канала. Расход жидкости определяется в соответствии с обозначенными на рисунке 8 параметрами по уравнению (8) и условию неразрывности потока

: (9)

, (10)

где k – эмпирически определяемый коэффициент, охватывающий все неучтённые факторы (трение, сужение струи и т.п.).

Расходомеры Вентури часто применяют для расходов жидкостей (например, сточных вод, в системах охлаждения, для определения расходов на гидростанциях). В отличие от диафрагм соотношение площадей сечений m (b₂h₂/b₁h₁), а также площадь суженного участка сечения b₂h₂ непостоянны и зависят от измеряемых величин h₁ и h₂.

Рис. 8. Эпюра распределения энергии в канале Вентури с плоским дном; внизу – сечение канала: 2 – линия уровня жидкости, 3 – остаточная потеря уровня, Н – энергетический уровень.

1. Описание экспериментальной установки для измерения расхода с помощью ротаметра

Экспериментальная установка для измерения расхода с помощью ротаметра (рис. 9) состоит из подводящего трубопровода 1, по которому подаётся жидкость, вентиля 2, с помощью которого регулируется расход жидкости, мерного бака 3, ротаметра 4 и отводящего трубопровода с вентилем 5.

Рис. 9 – Схема экспериментальной установки для измерения расхода с помощью ротаметра

Порядок проведения первого эксперимента

1. Закрыть отводящий вентиль 5 бака.

2. Открыть вентилем 2 подачу жидкости в мерный бак.

3. Замерить секундомером время заполнения бака.

4. Сделать отметку на ротаметре.

5. Закрыть вентиль 2 и открыть отводящий вентиль 5. Слить жидкость из мерного бака.

6. Повторить опыт 5…7 раз с увеличением расхода жидкости.

7. Результаты проведения эксперимента занести в таблицу 4.

Таблица 4.

№ Опыта	Объём бака V, м3	Время t, с	Расход Q, м3/с
1

2. Описание экспериментальной установки для измерения расхода с помощью трубки Вентури

Рис. 10 - Схема экспериментальной установки для измерения расхода с помощью трубки Вентури

Экспериментальная установка для измерения расхода с помощью трубки Вентури (рис. 10) состоит из подводящего трубопровода 1, по которому подаётся жидкость, вентиля 2, с помощью которого регулируется расход жидкости, расходомера 3 (трубка Вентури), манометров М1 и М2, мерного бака 4 и отводящего трубопровода с вентилем 5.

Порядок проведения второго эксперимента

1. Закрыть отводящий вентиль 5 бака.

2. Открыть вентилем 2 подачу жидкости в мерный бак.

3. Замерить показания манометров М1 и М2.

4. Замерить секундомером время заполнения мерного бака.

5. Закрыть вентиль 2 и открыть отводящий вентиль 5. Слить жидкость из мерного бака.

6. Повторить опыт 5…7 раз с увеличением расхода жидкости.

7. Результаты проведения эксперимента занести в таблицу 5.

8. Расход жидкости Q вычислить по формуле

, где - разность энергетических уровней, м;

- разность показаний манометров М1 и М2, Па; µ = 0,82 – коэффициент сужения (для маловязких жидкостей); ρ = 10³ кг / м³ – плотность воды; S – площадь поперечного сечения в суженной части трубки Вентури, м².

2. Провести сравнительный анализ двух экспериментов. Сделать вывод о проделанной работе.

Таблица 5.

№ Опыта	Показания манометров		Объём бака V, м3	Время t, с	Расход Q, м3/с
	М1, Па	М2, Па
1
2

Контрольные вопросы

1. Назовите средства, с помощью которых можно измерить расход жидкостей, газов.

2. Какие расходомеры относятся к тахометрическим?

3. Описание устройства турбинных преобразователей расхода.

4. Описание устройства шариковых преобразователей расхода.

5. Принцип действия ротаметров.

6. Какие устройства относятся к расходомерам переменного перепада давления?

7. Какие устройства относятся к специальным сужающим устройствам?

8. Метод определения расхода по разности уровней (трубка Вентури).

Список литературы

1. Эстеркин Р.И., Иссерлин А.С., Певзнер М.И. Теплотехнические измерения при сжигании газового и жидкого топлива: Справочное руководство. – 2-е изд., перераб. И доп. – Л. : Недра, 1981.- 424 с.

2. Иванова Г.М. Теплотехнические измерения и приборы: Учебник для вузов/ Г.М. Иванов, Н.Д. Кузнецов, В.С. Чистяков. – М.: Энергоатомиздат, 1984. – 232 с.

3. Измерения в промышленности. Справ. Изд. Под. Ред. П. Профоса. Пер. с нем. М., «Металлургия», 1980, 648 с.

4. Чугаев Р.Р. Гидравлика: Учебник для вузов. – 4-е изд., доп. и перераб. – Л.: Энергоиздат. Ленингр. Отд-ние, 1982. – 672 с., ил.