Основні теоретичні положення необхідні для виконання роботи. Опис засобів вимірювання, які застосовуються в роботі

Одиниці вимірювання Кількість газу – це об’єм (в одиницях вимірювання – л, м³) або маса газу (в кг, т), що пройшла через трубопровід і накопичується у визначених ємностях або використовується в технологічному процесі. Витрата – це кількість речовини, що протікає через поперечний переріз трубопровіду за одиницю часу в момент вимірювання. Витрату рідин і газів визначають в м³/год, м³/хв, л/хв, т/добу, кг/год.

Прилади для вимірювання кількості речовини називають лічильниками кількості, а прилади, які вимірюють витрату речовини, – витратомірами.

Прилади для вимірювання кількості і витрати широко застосовуються у промисловості, оскільки поряд з контролем за ходом технологічних процесів, необхідно визначати витрату газоподібного і рідкого палива, водяної пари, стиснутого повітря, технічної води, складання матеріальних балансів, обліково-розрахункових операцій.

Витратомірами змінного перепаду тиску називають прилади, принцип роботи яких базується на залежності витрати від перепаду тиску на нерухомому пристрої, який встановлений у трубопроводі, або на самому елементі трубопроводу.

Витратоміри, щонайменше, складаються з трьох частин:

1) перетворювач витрати, на якому створюється перепад тиску в залежності від витрати;

2) з’єднувальний пристій, який передає перепад тиску від перетворювача до вимірювального приладу;

3) диференційний манометр, який вимірює перепад тиску, утворений на перетворювачі витрати, і градуйований, зазвичай, в одиницях витрати.

Витратоміри змінного перепаду тиску поділяються на шість само­стій­них груп в залежності від будови і принципу дії їх перетворювачів витрати.

1) Витратоміри із звужуючим пристроєм: базуються на залеж­ності ви­трати від перепаду тиску, який утворюється в потоці на звужуючому пристрої внаслідок перетворення частини потенціальної енергії потоку в кінетичну.

2) Витратоміри з гідравлічним опором: базуються на залежності витрати від перепаду тиску, який утворюється на гідравлічному опорі.

3) Відцентрові витратоміри: базуються на залежності витрати потоку від перепаду тиску, який утворюється на заокруглені трубопроводу в результаті дії відцен­трової сили в потоці.

4) Витратоміри з напірним пристроєм: базуються на залежності витрати від перепаду тиску, який утворюється напірним пристроєм внаслідок місцевого переходу кінетичної енергії струменю в потенціальну.

5) Витратоміри з напірним підсилювачем: базуються на залежності витрати від перепаду тиску, який утворюється напірним підсилювачем, як внаслідок переходу кінетичної енергії струменя в потенціальну, так і внаслідок часткового переходу потенціальної енергії в кінетичну.

6) Струменеві витратоміри: базуються на залежності витрати від перепаду тиску, який утворюється за удару струменя.

Найбільш поширеними серед перерахованих приладів є витратоміри із звужуючим пристроєм [1].

Для вимірювання витрати газу у трубопроводі на шляху потоку встановлюють звужуючий пристрій. В потоці газу, який протікає через зву­жу­ючий пристрій створюється перепад тис­ку. Таким чином, вимірюючи перепад тис­ку дифманометром і знаючи залежність між перепадом тиску і витратою визна­чають витрату газу.

Під час протікання газу через діафрагму (рис. 1.1, а) внаслідок переходу части­ни потенціальної енергії в кінетичну, середня швидкість потоку у звуженні збільшується. В результаті цього статичний тиск потоку за діафрагмою (р₂) стає меншим, ніж перед нею (р₁). На (рис. 1.1, б) зображено зміну тиску під час проходження газу через діафрагму. Позначимо через А-А¢ той переріз трубопроводу, починаючи з якого буде відчутним вплив діафрагми на характер потоку. В цьому перерізі потік починає звужуватися, відриватися від стінок трубопроводу, як наслідок, середня швидкість потоку (рис. 1.1, в) почне збільшуватись. Внаслідок інерції струмінь продовжує звужуватися і на деякій відстані після діафрагми. Тому місце найбільшого звуження струменя буде зна­ходитися в перерізі В-В¢. Відстань від перерізу А-А¢ до діафрагми не перевищує діаметра трубопроводу D, а відстань від перерізу В-В¢ до заднього торця діафрагми приблизно дорівнює 0,5´D.

На ділянці від перерізу А-А¢ до перерізу В-В¢ (рис. 1.1) середня швидкість потоку зросте від до . Відповідно зростає і кінетична енергія струменя. Це збільшення швидкості і кінетичної енергії може здійснюватися тільки за раху­нок зменшення потенціальної енергії та, як наслідок, спаду тиску від р_А до р_В. Далі струмінь починає поступово розширюватися і в перерізі С-С¢ знову до­ся­гає стінок трубопроводу. Цей процес буде супроводжуватися поступовим змен­шенням швидкості потоку і частковим відновленням початкового тиску.

В перерізі С-С¢ швидкість дорівнюватиме початковій , (якщо вважати, що густина середовища не змінилась), але тиск р_С буде меншим, ніж р_А, вна­слідок значної втрати енергії в застійних зонах Е, що знаходяться за діаф­раг­мою. Струмінь, що рухається з великою швидкістю буде захоплювати прилеглі частинки із застійних зон Е, що зумовлює деякий спад тиску в цих зонах. Це при­зведе до часткового зворотнього руху середовища від перерізу С-С¢ до перерізу В-В¢. В застійних зонах виникають сильні вихороутвореня і втрати енергії. За­лишкові втрати тиску (р_А – р_С) складають для діафрагм від 40 до 90 % від перепаду тиску р_А – р_В і зменшуються із збільшенням відносного перерізу отво­ру діафрагми m =(d/D)². Безпосередньо в отворі діафрагми втрати енергії на тертя і удари складають не більше 2 % від перепаду тиску р_А– р_В.