Определение параметров рабочей среды и трубопровода

Лабораторная работа № 4

 

Сужающие устройства

 

Исполнители:

студенты гр.6493 М.Н. Бикбулатов

А.К. Пронин

 

Руководитель:

Старший преподаватель Е.В. Иванова

 

 

Томск -2013

Введение

 

Цель работы заключается в изучении конструкции стандартных сужающих устройств, исследование влияния параметров рабочей среды на номинальный перепад давления при измерении расхода жидкости методом переменного перепада давления и максимальный измеряемый расход.

Задачей лабораторной работы является изучение конструкции и способов установки сужающих устройств, исследование влияния параметров рабочей среды на выбор типа сужающего устройства и на номинальный перепад давления на нем и максимальный измеряемый расход.

Сужающие устройства

 

Сужающие устройства предназначены для создания перепада давления, который является функцией расхода. Сужающие устройства входят в состав комплекта расходомера переменного перепада давления (РППД).

В состав РППД входят следующие основные элементы:

1) Первичный измерительный преобразователь - СУ.

2) Соединительное устройство - импульсные линии, передающие АР от СУ к дифманометру - расходомеру.

3) Измерительный прибор (преобразователь), предназначенный для измерения расхода (преобразования АР в другую форму сигнала, удобную для дальнейшей передачи на ИП).

РППД пригодны для измерения расхода при соблюдении следующих условий измерения:

1)Характер движения среды в прямых участках трубопровода до и после СУ должен быть установившемся.

2) Среда должна быть однофазной и фазовое состояние потока не должно применяться при его течении через СУ.

3) Во внутренней полости прямых участков трубопроводом ли и мосле СУ не должны скапливаться осадки в виде пыли, песка, металлических предметов и других видов загрязнений.

4) На поверхностях СУ не должны образовываться отложения, изменяющие его конструктивные размеры и геометрию.

В качестве стандартных СУ (первичных преобразователей) используются диафрагмы, сопла ИСА 1932, трубы Вентури.

Название диафрагма происходит от греческого слова diaphragma, что означает перегородка.

При измерении расхода методом переменного перепада давления решающее влияние на точность измерения оказывают правильный выбор места установки сужающего устройства и аккуратность и тщательность

осуществления врезки. Сужающее устройство можно устанавливать только на прямом участке трубопровода независимо от положения этого участка в пространстве. При выборе места установки сужающего устройства необходимо иметь в виду, что измеряемый поток в этом месте должен целиком заполнить сечение трубопровода.

К основным конструктивным факторам трубопровода, влияющим на погрешности измерения расхода, относятся: отклонение действительного диаметра участков от расчетных значений, овальность трубопроводов, дефекты прямых участков трубопроводов, длина прямых участков до и после сужающего устройства.

Действительный внутренний диаметр участка трубопровода перед сужающим устройством определяют как среднее арифметическое результатов измерений в двух поперечных сечениях: непосредственно у сужающего устройства и на расстоянии 2 D20 от него, причем в каждом из сечений не менее, чем в 4 диаметральных направлениях. Результаты отдельных измерений должны отличаться от среднего значения не более чем на 0,3%. Внутренний диаметр участка трубопровода на длине 2 D20 за сужающим устройством может отличаться от внутреннего диаметра участка трубопровода перед сужающим устройством не более чем на ±2 %. Прямой участок трубопровода перед сужающим устройством должен иметь круглое сечение на длине не менее 2 D20. Результаты отдельных измерений диаметра на этой длине в любых различных плоскостях должны отличаться не более, чем на 0,3 % среднего диаметра. До установки сужающего устройства следует проверить его соответствие диаметру трубопровода, а также овальность трубопровода, которую определяют измерением двух его взаимно перпендикулярных диаметров. Одновременно необходимо путем осмотра убедиться в отсутствии шероховатости внутренних стенок трубопровода.

В России нормализованы два основных способа отбора перепада давлений на диафрагмах: угловой и фланцевый. Широкое применение их объясняется тем, что изготовление и монтаж диафрагм значительно проще, чем других типов сужающих устройств.

На остальных типах сужающих устройств применяется только угловой способ отбора (рис.1, а). Перепад давления при этом способе отбора, являющемся наиболее распространенным, следует измерять через отдельные цилиндрические отверстия либо через две кольцевые камеры, каждая из которых соединена с внутренней полостью трубопровода кольцевой щелью (сплошной или прерывистой) или группой равномерно распределенных по окружности отверстий. При измерении через отдельные отверстия наилучшие результаты обеспечивает установка устройства в обойму. Кольцевая камера выполняется либо непосредственно в теле сужающего устройства, либо в каждом фланце (между которыми оно зажимается), либо в специальной промежуточной детали - корпусе, в этом случае диафрагма называется камерной. При малых давлениях кольцевая камера может быть образована также полостью 1рубки, согнутой вокруг трубопровода в виде кольца или прямоугольника.

Перепад давления при фланцевом способе отбора (рис. 1, б) следует измерять через отдельные цилиндрические отверстия одного диаметра, оси

которых находятся на равных расстояниях 25,4 мм от плоскостей поверхности диафрагмы.

и трехрадиусный

 

Рис. 1. Способы отбора АР

 

Обойма,камера и отверстия для измерения перепада давления должны

удовлетворять следующим требованиям. Внутренняя кромка отверстия (во

фланце, в трубопроводе, обойме или камере) не должна иметь заусенцев;

рекомендуется закруглять ее по радиусу, не превышающему 0,1 диаметра

отверстия. Ось отверстия должна образовывать с осью сужающего

устройства угол 90° для камерных диафрагм. При применении камер,

соединяющих камеру с полостью трубопровода, число отверстий в которых

должно быть не менее четырех. Площадь каждого щелевого отверстия - не

менее 12 мм².

Действительный диаметр цилиндрической части отверстия сужающего устройства определяют как среднее арифметическое измерений не менее чем в четырех равноотстоящих друг от друга диаметральных направлениях. Результаты отдельных измерений не должны отличаться от среднего значения более чем на 0,05%. На кромках отверстия диафрагмы не должно

быть зазубрин и заусенцев. Входная кромка отверстия диафрагмы должна быть острой. Она считается острой, если радиус ее закругления не превышает 0,0004.

Площадь диаметрального (продольного) сечения камеры, определенная по одну сторону от оси трубопровода, должна быть не менее 1/2 площади кольцевой щели или группы отверстий, соединяющих камеру с внутренней полостью трубопровода.

Внутренний диаметр корпуса кольцевой камеры или обоймы должен быть равен (с допустимым отклонением +1%) диаметру трубопровода. Толщина стенки корпуса камеры или длина цилиндрической части отдельного отверстия, отсчитанная от внутренней поверхности трубопровода (фланца, обоймы), должна быть не менее 2с. Толщина диска диафрагмы Е не должна превышать 0,05D. Разность значений, измеряемых в любых точках диска диафрагмы, не должна превышать допустимых норм. Длина цилиндрической части отверстия диафрагмы должна находиться в пределах 0,005, У диафрагмы толщиной более 0,02D цилиндрическое отверстие должно переходить в коническое. Угол скоса конической части отверстия диафрагмы должен быть не менее 30, но не более 45°.

Как правило, камерные диафрагмы устанавливают на трубопроводах диаметром менее 500 мм. При больших диаметрах, когда установка внутренних кольцевых камер затруднена, наиболее целесообразно отбор давлений производить с помощью наружной трубчатой обвязки, соединенной с пространством до и после диафрагмы несколькими равномерно расположенными радиальными трубками.

Диафрагмы, зажимаемые между фланцами, в которых вытачиваются камеры для отбора давлений, применяют в основном при высоком давлении измеряемой среды (более 10 МПа). В этом случае камеры сообщаются с пространствами до и после диска диафрагмы через пазы, отфрезерованные в его утолщенном ободе. При еще более высоком давлении используют линзовые уплотнения или приваривают сужающие устройства. В последнем случае лучше вместо диафрагм применять сопла, так как они более надежны (нет быстро истираемой входной кромки).

При измерении расхода газовых потоков наиболее широко применяют нормальные диафрагмы. Наличие стандартных сужающих устройств различных типов объясняется относительными эксплуатационными преимуществами и недостатками каждого из них. Так, диафрагмы технологически просты, имеют меньшие предельные числа Рейнольдса, чем другие типы сужающих устройств. Кроме того, коэффициенты расхода диафрагм менее подвержены влиянию искажения профиля скоростей и пульсаций потока. В то же время потери давления в соплах и трубах Вентури (особенно в последних) значительно меньше, чем у диафрагм. Точность измерения расхода газов с помощью сопел в области диаметров трубопроводов, меньших 300 мм, выше, чем при использовании диафрагм (в связи с большим постоянством коэффициента сжимаемости ε при применении сопел). Надежность сопел и труб Вентури, связанная с изменениями коэффициента расхода а при износе или загрязнении входного профиля сужающего устройства, значительно выше, чем у диафрагм.

Ход Лабораторной работы

Работать с диафрагмами только в перчатках!

1.С помощью линейки измерить все возможные размеры диафрагмы (диафрагма дается по заданию преподавателя индивидуально). Изобразить схематично диафрагму с размерами.

2. Определить: тип диафрагмы; материал, из которого она изготовлена; возможную измеряемую среду; диаметр проходного сечения d_;u.

3.Для заданного варианта исходных данных (ПРИЛОЖЕНИЕ 1) определить номинальный перепад давления и максимальный измеряемый расход.

4.Заполнить отчет.

ОТЧЕТ

Диафрагма тип______, материал _________, d₂₀= мм.

Измеряемая среда _____.

Температура измеряемой среды_.

Избыточное давление перед сужающим устройством.

Внутренний диаметр трубопровода

Верхний предел измерения измерительного прибора.

Материал трубопровода - сталь 12Х1МФ.

 

Определение параметров рабочей среды и трубопровода

1. Определение вязкости = (кгс-с)/м².

Значение динамической вязкости воды и водяного пара как функции абсолютного давления и температуры приведены на рис. 2 и 3.

2. Определение плотности рабочей среды в рабочих условиях = кг/м\ (ПРИЛОЖЕНИЕ 2)

3.Абсолютное давление среды перед СУ:

=, ,

 

4.Безвозвратная потеря давления (принимается 1-3 % от ): = МПа.

5.Внутренний диаметр трубопровода в рабочих условиях:

= .

Значение температурного коэффициента линейного расширения материала сужающих устройств и измерительных трубопроводов могут быть рассчитаны в зависимости от температуры по формуле:

где , , - постоянные коэффициенты, определяемые в соответствии с таблицей X.

Марка стали
12Х1МФ	10,000	9,600	-6,000
12X18Н 10T	16,206	6,571