Работа 5 измерение расхода воды с помощью диафрагмы

Доц. И.М.Нафиков

Среди разнообразных методов измерения расхода жидкости и газа важное место занимает измерение с помощью дроссельных расхо­домеров. Во всех этих приборах осуществляется искусственное мест­ное сужение (дросселирование) потока, что приводит к росту скорости и уменьшению давления. По измеренному перепаду давления можно с достаточной для практических целей точностью вычислить, как это показано ниже на примере диафрагмы, величину расхода. Параметры дроссельного расходомера должны подбираться таким образом, чтобы его гидравлическое сопротивление существенно не зависело от числа Рейнольдса в широком диапазоне изменения последнего.

диафрагма

к дифманометру

Рис. 1. Схема узла для измерения расхода с помощью диафрагмы

Диафрагма представляет собой сужающее устройство, основной частью которого является диск с центральным отверстием, диаметр которого меньше диаметра трубопровода (рис. 1).

57

Диск непосредственно или через кольцевые камеры зажимается между фланцами трубопровода. Образующаяся разность давлений до диафрагмы и за ней измеряется дифманометром (перепадомером). Измерение расхода жидкости с помощью дроссельных расходомеров (диафрагмы) основано на применении уравнения Бернулли и сводится к определению средней скорости потока в каком-либо сечении потока. Запишем уравнение неразрывности для широкого и узкого сечений потока:

WiSi

W2S2

(1) Z2):

wj

и уравнение Бернулли для горизонтального потока (zi Pi ^Wi _ р

(2)

Pg 2g pg 2g

где w 1 и Si - средняя скорость и площадь полного поперечного сече­ния потока до диафрагмы; w 2 и S2 - средняя скорость и площадь наи­меньшего поперечного сечения струи после диафрагмы; Ah - поте­рянный напор между сечениями 1 и 2.

Решая уравнения (1) и (2) относительно скорости в сечении 2-2,

обозначив разность пьезометрических напоров ^^ ^ = АЬ^^

pg pg пользуя уравнение расхода, получим

2g(Ah^-Ah)

Гс V

1

Si

V = S

и ис-

(3)

Входящая в формулу (3) величина АЬд может быть найдена по показаниям дифманометра. Если величиной потерь напора пренебречь (т.е. принять Ah =0) и считать, что живое сечение потока S2 прибли­зительно равно площади отверстия диафрагмы So , то выражение (3) дает возможность определить расход жидкости исходя из показания дифманометра:

Vx=So

2g Ah,

(4)

V^l у

58

Однако пренебрежение величиной Ah и сжатием струи после диафрагмы ведет к завышению расхода, т. е. Vp>V. Это завышение обычно исправляется введением поправочного коэффициента, назы­ваемого коэффициентом расхода |Хр , который находится опытным пу­тем и может приниматься в пределах |Хр = 0,60^-0,64.

С учетом этого получаем выражение

V = ЦрУт = jipSo

2gAh

» д

(5)

li-

vely

которое позволяет определить действительный расход жидкости, из­меренный с помощью диафрагмы.

Все постоянные для диафрагмы величины удобно сгруппиро­вать в одну постоянную С, тогда вместо выражения (5) будем иметь

v=cjAh;, (6)

где

С = Цр8о

2g

Гс V

(7)

Si

Значение постоянной исследуемой диафрагмы, имеющей разме­ры di=54 м, do=32,8 мм, студенты должны вычислить самостоятельно.

Цель работы: 1) ознакомление с устройством и принципом из­мерения расхода с помощью диафрагмы; 2) измерение 5-6 значений расхода при различных положениях регулирующей задвижки; 3) срав­нение полученных значений расхода с контрольными, измеренными по показаниям объемного крыльчатого водомера и секундомера; 4) построение тарировочного графика по опытным данным.

Приборы и оборудование: эспериментальная установка, диа­фрагма, дифференциальный манометр, водомер, секундомер.

59

N )

Рис. 2. Схема установки. 1 - бак, 2 - труба, 3 - водомер, 4,5,6,7 - дифференциальные маномет­ры, 8 - диафрагма, 9 - вентиль, 10 - задвижка, 11 - задвижка, 12 -электродвигатель, 13 - задвижка, 14 - центробежный насос

Описание установки

Установка для измерения расхода воды с помощью диафрагмы (рис. 2) состоит из центробежного насоса 14, бака 1, трубопроводов, регулировочных задвижек 13, 11, водомера 3, диафрагмы 8 с дифма-нометром 5.

Порядок проведения опытов

Открывается задвижка 13 и закрывается задвижка 11. При усло­вии наличия воды в баке 1 пускается насос. Полностью открывается

60

задвижка 11. Снимается первое показание дифманометра. Одновре­менно измеряется время прохождения 300-400л воды через водомер 3. Следующие измерения проводятся при меньших расходах в той же последовательности. Об изменении расхода можно судить по показа­ниям дифманометра. Регулируется расход задвижкой 11.

Обработка результатов опытов

Значения расхода воды определяют по формуле (6) с учетом вы­ражения (7). Значение коэффициента расхода принимается |Хр=0,61. Контрольное значение объемного расхода определяется из соотноше-

V ПИЯ Vj^ = —, где V - объем воды, протекающей через водомер за вре-

t

мя t.

Перевод показания дифманометра в перепад напора произво­дится по формуле

Pg

где р - плотность воды.

Результаты измерений и расчетов заносятся в таблицу:

(8)

№ п/п	Ард, ^ кгс/см	АЬдх10',м	vxlo^ 3 м	t, с	м /с	Vx10',m'/c

По найденным значениям контрольного расхода у и соответ­ствующим значениям показаний дифманометра строится тарировоч-ный график в координатах Ард,Ук (рис. 3).

61

V.

Ард

кгс/см^

4.

5.

6.

7.

10,

Рис. 3. Тарировочный график

Контрольные вопросы

Что представляет собой диафрагма?

Каков принцип измерения расхода жидкости (газа) диа­фрагмой?

Какие уравнения гидравлики использованы при выводе формулы для определения расхода с помощью дроссельных расходомеров?

Что выражает и что учитывает коэффициент расхода |Хр? Как изменяется показание дифманометра при уменьшении диаметра отверстия диафрагмы? Как изменяется в опытах расход воды? Какие методы измерения расхода вы знаете? Как измеряется значение контрольного расхода? Как с помощью тарировочного графика определить расход жидкости?

Можно ли использовать диафрагму для измерения расхода газа?

62