14-2. Стандартные сужающие устройства

Всесторонние исследования сужающих устройств дали возможность нормализовать диафрагмы, сопла и сопла Вентури, что позволило изготовлять и применять их в комплекте с дифманометрами для измерения расхода и количества жидкостей, газов и паров в горизонтальных, наклонных и вертикальных круглых трубопроводах по результатам расчета без индивидуальной градуировки. При изготовлении и установке стандартных сужающих устройств в трубопроводах должны соблюдаться определенные требования, основные из которых рассматриваются ниже 1.

Диафрагма. Стандартная диафрагма может применяться без градуировки в трубопроводах диаметром при

одновременном соблюдении условия Диафрагма является наиболее простой конструкцией из числа сужающих устройств.

Стандартная диафрагма схематически показана на рис, 14-2-1. Она представляет собой тонкий диск, имеющий круглое отверстие диаметром центр которого совпадает с центром сечения трубы. Отверстие диафрагмы цилиндрической формы со стороны входа потока имеет прямоугольную кромку. Длина цилиндрического отверстия а должна находиться в пределах а при длина должна равняться примерно При толщине диафрагмы цилиндрическое отверстие должно выполняться с коническим расширением к выходу потока (рис.

14-2-1, а). Угол наклона, образующий конус к оси диафрагмы, должен лежать в пределах от 30 до 45°. В тех случаях, когда толщина можно изготовлять диафрагму и без конического расширения со стороны выхода потока (рис. 14-2-1, б), что имеет место обычно для больших диаметров трубопроводов и при небольших давлениях среды.

Рис. 14-2-1. Стандартная диафрагма (стрелкой показано направление потока). а — с коническим расширением к выходу потока; б - без конического расширения со стороны выхода потока.

Толщина стандартной диафрагмы не должна превышать . В большинстве случаев при применении диафрагм нецелесообразно иметь толщину ее менее и больше Наименьшая необходимая толщина диска при перепаде давления должна определяться расчетным путем, исходя из условий механической прочности диафрагмы [61].

Шероховатость поверхностей диафрагмы должна соответствовать классам чистоты, указанным на рис. 14-2-1. На входной и выходной кромках отверстия диафрагмы не должно быть зазубрин, заусенцев и т. п. Особое внимание при изготовлении диафрагмы должно быть обращено на обработку входной кромки: она должна быть острой и не должна иметь закруглений, царапин и т. п. Точность выполнения входной кромки диафрагмы должна увеличиваться с уменьшением диаметра отверстия . У диафрагм, диаметр отверстия которых не превышает острота кромки должна быть такой, чтобы падающий на нее луч света не давал отражения. Если то луч света может отражаться, но кромка не должна иметь заметного невооруженным глазом притупления.

Отбор давлений можно осуществлять при помощи отдельных цилиндрических отверстий в обойме (рис. 14-2-2), кольцевых камер, каждая из которых соединяется с внутренней полостью

трубопровода группой равномерно расположенных по окружности прямоугольных отверстий (рис. 14-2-3).

Диафрагмы с кольцевыми камерами более удобны в эксплуатации, особенно при наличии местных возмущений потока или в тех случаях, когда поток не вполне симметричен благодаря наличию изгибов трубопровода или других препятствий. Следует также отметить, что кольцевые камеры, способствующие выравниванию давления, позволяют более точно измерять перепад давления при меньших длинах прямых участков, чем отдельные отверстия.

Рис. 14-2-2.

Диафрагма в обойме с отдельными отверстиями.

Рис. 14-2-3. Диафрагма с кольцевыми камерами.

Отбор давлений можно также осуществлять при помощи кольцевых камер, образованных полостью двух трубок, согнутых вокруг трубопровода в кольцо или прямоугольник. Такой способ рекомендуется применять при давлениях среды в трубопроводах с условным диаметром

Диафрагма с отбором давлений с помощью двух отдельных отверстий в трубопроводе или «теле» каждого из фланцев (см. рис. 14-2-1, б) может быть использована в трубопроводах с условным диаметром от 450 до при рабочих давлениях и температурах, соответствующих условным давлениям до

Для обеспечения выравнивания давления в кольцевой камере диафрагмы необходимо, чтобы площадь диаметрального сечения камеры, определенная по одну сторону от оси трубопровода, была не менее половины площади группы отверстий, соединяющих камеру с внутренней полостью трубопровода.

Таким образом для кольцевой камеры, выполненной по схеме рис. 14-2-3,

где число отверстий; площадь одного отверстия, которая должна быть не менее

Определяя ширину кольцевой щели с при наличии прокладки у камерной диафрагмы, необходимо учитывать сжимаемость прокладки. Если кольцевая камера соединяется с внутренней полостью трубопровода группой отверстий при наличии кольцевой щели, обусловленной установкой прокладки, то при определении необходимой площади площадь щели, остающейся после сжатия прокладки, должна учитываться, если ширина этой щели превышает

Для кольцевой камеры, выполненной из согнутых вокруг трубопровода трубок, площадь определяется по формуле

где внутренний диаметр трубки, образующий кольцо или прямоугольник.

Число отверстий, соединяющих каждую кольцевую камеру с полостью трубопровода (рис. 14-2-3), должно быть не менее 4. Диаметр отверстия или ширина кольцевой щели, соединяющих камеру с трубопроводом, и диаметр отдельного отверстия (размер с) не должны превышать при а при должны находиться в пределах Нижний предел размера с, равный допускается только для

Кроме того, должны соблюдаться следующие условия: для чистых жидкостей и газов при измерении перепада давления через отдельные отверстия и кольцевые камеры 1 с для паров, влажных газов и жидкостей, которые могут испаряться в соединительных (импульсных) линиях, при измерении перепада давления через кольцевые камеры, 1 с а при измерении через отдельные отверстия Обычно диаметр отдельного отверстия выполняют не менее для чистых жидкостей и газов и не менее в остальных случаях. Следует отметить, что при совместное удовлетворение указанных выше требований при изготовлении диафрагм с отдельными отверстиями затруднительно. Поэтому в таких случаях лучше применять камерные диафрагмы.

Внутреннюю кромку отверстия (в кольцевой камере, обойме, фланце или трубопроводе) рекомендуется закруглять по радиусу, не превышающему 0,1 с, кроме того, кромка должна быть без заусенцев. Толщина I стенки корпуса кольцевой камеры (рис. 14-2-3) или длина цилиндрической части отдельного отверстия (рис. 14-2-2) должна быть не менее 2 с.

Отклонение действительного диаметра отверстия диафрагмы от среднего значения, определенное не менее чем в четырех равно отстоящих друг от друга диаметральных направлениях, не должно превышать 0,05% При допускается отклонение в 0,1% Указанные допуски на диаметр проходного отверстия диафрагмы остаются в силе для сопл и сопл Вентури, рассматриваемых ниже. При этом для них диаметр должен определяться в начале и в конце цилиндрической части отверстия. Внутренний диаметр корпуса кольцевой камеры (рис. 14-2-3) или обоймы (рис. 14-2-2) должен быть равен (с допустимым отклонением диаметру трубопровода, принятому для расчета диафрагмы, сопла или сопла Вентури.

Стандартные диафрагмы с кольцевыми камерами типа (рис. 14-2-3), предназначенные для трубопроводов с условными проходами и рабочих давлений и температур, соответствующих условным давлениям до должны изготовляться по ГОСТ 14321-73.

Рис. 14-2-4. Стандартная диафрагма с кольцевыми камерами в патрубках со сварным соединением.

Диафрагмы бескамерные, предназначенные для трубопроводов с условными проходами , на условные давления до изготовляют по ГОСТ 14322-69.

На рис. 14-2-4 показан пример конструктивного выполнения стандартной диафрагмы с кольцевыми камерами в патрубках со сварным соединением, внутренний диаметр которых принимается равным внутреннему диаметру трубопровода. Сварные соединения с измерительными диафрагмами, применяемые для неагрессивных сред, предназначены для рабочих давлений и температур, соответствующих условным давлениям от 100 до Кольцевые камеры соединяются с внутренними полостями

патрубков с помощью восьми прямоугольных отверстии, равномерно распределенных по окружности.

Диафрагмы этого типа широко применяются на тепловых электрических стйнциях высокого давления, например, для измерения расхода питательной воды парогенераторов. Сварная конструкция диафрагм может быть использована на атомных электрических станциях и на других промышленных предприятиях.

Сопло. Стандартное сопло, схематически показанное на рис. 14-2-5, может применяться без градуировки в трубопроводах диаметром при одновременном соблюдении условия Профильная часть отверстия сопла со стороны входа потока должна быть выполнена с плавным сопряжением дуг радиусами

Рис. 14-2-5. Стандартное сопло. а — для ; б - для Размеры:

Дуга, проведенная радиусом должна сопрягаться с выходной цилиндрической частью сопла. У сопла (рис. 14-2-5, б) дуга, проведенная радиусом доходит только до точки на торце сопла, лежащей на диаметре Отклонение радиусов дуг от номинальных значений не должно превышать 10% при 0,25 и 3% при

На выходе цилиндрическая часть отверстия сопла должна заканчиваться расточкой предохраняющей выходную кромку от повреждений. Выходная кромка должна быть острой и не должка иметь закруглений, фасок, заусенцев и т. п. Шероховатость рабочих поверхностей сопла должна соответствовать классам чистоты, указанным на рис. 14-2-5. Значения любых двух диаметров, полученные при измерении в плоскости, перпендикулярной к оси сопла, не должны отличаться от среднего значения более чем на 0,1%.

Измерение перепада давления в сопле может производиться через две кольцевые камеры или через отдельные цилиндрические отверстия. Отбор давлений через кольцевые камеры, как отмечалось выше, более предпочтителен, чем отбор давлений через отдельные отверстия. Требования, предъявляемые к устройству кольцевых камер и выполнению отверстий (размер с) для отбора давлений, те же, что и для диафрагм. Поэтому при изготовлении кольцевых камер или отдельных отверстий необходимо руководствоваться указаниями, изложенными выше при рассмотрении диафрагм.

На рис. 14-2-6 показан пример конструктивного выполнения стандартного сопла с кольцевыми камерами в патрубках со сварным соединением, внутренний диаметр которых должен быть равен

внутреннему диаметру трубопровода. Сварные соединения этого типа с измерительными соплами, применяемые для неагрессивных сред, предназначены для рабочих давлений и температур, соответствующих условным давлениям от Кольцевые камеры соединяются с внутренними полостями патрубков с помощью восьми прямоугольных отверстий, равномерно распределенных по окружности.

Рис. 14-2-6. Стандартное сопло с кольцевыми камерами в патрубках со сварным соединением .

Сварные соединения с измерительными соплами широко применяются на тепловых электрических станциях для измерения расхода перегретого водяного пара высокого давления.

Сопла этого типа могут быть использованы также на атомных электрических станциях и в других отраслях промышленности.

Сопло менее чувствительно к загрязнению и коррозии. Загрязнение или незначительное изменение входного профиля сужающего устройства в процессе эксплуатации влияет на коэффициент расхода сопла в значительно меньшей степени, чем на коэффициент расхода диафрагмы. При одних и тех же значениях и перепадах давления сопло позволяет измерять больший расход вещества, чем диафрагма. Кроме того, при измерении расхода пара и газа сопло обеспечивает более высокую точность измерения по сравнению с диафрагмой.

Рис. 14-2-7. Стандартное сопло Вентури для (верхняя половина — короткое, нижняя половина — длинное).

Сопло Вентури. Из числа существующих форм труб Вентури нормализована труба с входной частью, выполненной так же, как и стандартное сопло. Поэтому сужающее устройство этого типа получило название стандартное сопло Вентури. Оно может быть изготовлено с длинным и коротким диффузором (конусом). У длинного сопла Вентури диффузор на выходе имеет диаметр, равный диаметру трубопровода (рис. 14-2-7, нижняя часть). Короткое сопло Вентури имеет диаметр на выходе у диффузора меньше диаметра трубопровода (рис. 14-2-7, верхняя часть). Сопло Вентури, профили которого показаны на рис. 14-2-7, может применяться без градуировки для измерения расхода различных сред в трубопроводах Диаметром при одновременном соблюдении условия

Входная часть сопла Вентури при выполняется по рис. 14-2-5, а., а при по рис. 14-2-5, б. Выходная Цилиндрическая часть сопла Вентури, как видно из рис, 14-2-7,

соединена с диффузором, угол конусности которого должен удовлетворять условию . У сопла Вентури с коротким диффузором длина его I должна быть не менее

Отбор давлений должен производиться через кольцевые камеры. Длина (рис. 14-2-7) должна находиться в пределах Необходимая длина внутри этих пределов берется в зависимости от размеров кольцевой камеры для отбора давления Эта камера соединяется с внутренней цилиндрической полостью сопла Вентури при помощи отверстий, равномерно расположенных по окружности. Число отверстий должно быть не меньше четырех. Диаметр этих отверстий не должен превышать и не быть меньше

Рис. 14-2-8. Потеря давления в сужающем устройстве. 1 - диафрагма; 2 — сопло; 3 — короткое сопло Веитури любое значение); 4 — длинное сопло Вентури длинное сопло Вентури .

Кольцевая камера для отбора давления соединяется с внутренней полостью трубы с помощью кольцевой щели или группы отверстий, равномерно расположенных по окружности. Требования, предъявляемые к устройству кольцевых камер для отбора давлений, те же, что и для диафрагм.

Потеря давления. При выборе сужающего устройства следует считаться с потерей давления измеряемой среды, так как давление за сужающим устройством, как видно из рис. 14-1-1, полностью не восстанавливается. Потерю давления измеряемой среды, протекающей через сужающее устройство, определяют как разность статических давлений, измеренных в двух ближайших поперечных сечениях, в которых как до, так и после сужающего устройства не наблюдается его влияния на характер потока. Потеря давления в сужающем устройстве обычно выражается в долях или процентах перепада давления

Зависимость потери давления от и типа сужающего устройства в долях от перепада давления приведена на рис. 14-2-8. Из графика видно, что при одном и том же значении потеря давления в диафрагме больше, чем в сопле. Однако следует отметить, что при равных перепадах давления для одного и того же расхода среды значение для диафрагмы больше, чем для сопла, поэтому практически потеря давления при использовании диафрагм и сопл приблизительно одинакова.

У сопла Вентури главным образом благодаря наличию на выходе диффузора, способствующего более полному восстановлению потенциальной энергии потока, потеря давления значительно меньше, чем у диафрагмы и сопла. Сопло Вентури рекомендуется

применять в тех случаях, когда в промышленных установках при измерении расхода вещества большие потери давления недопустимы. Потеря давления в коротком сопле Вентури сравнительно небольшая, если выходной диаметр диффузора составляет не менее