Общие положения, классификация
Основаны на зависимости перепада давления, создаваемого устройством, установленным в трубопроводе, или же самим элементом трубопровода, от расхода газа, протекающего через это устройство.
В состав расходомера входят: преобразователь расхода, создающий перепад давления, дифференциальный манометр, измеряющий этот перепад, и соединительные трубки между преобразователем и дифманометром. В зависимости от принципа действия преобразователя расхода данные расходомеры подразделяются на шесть самостоятельных групп, внутри которых имеются конструктивные разновидности преобразователей (рис. 8.1).
1. Принцип действия расходомеров с гидравлическим сопротивлением основан на зависимости перепада давления, создаваемого гидравлическим сопротивлением, от расхода газа. Режим потока в таком сопротивлении стремятся создать ламинарным, с тем чтобы перепад давления был пропорционален расходу. Применяются подобные расходомеры преимущественно для измерения малых расходов, когда сопротивлением является одна или несколько капиллярных трубок (рис. 8.1, у). Для больших расходов применяют иногда сопротивление с шариковой (рис. 8.1, ф) или другой набивкой.
2. Центробежные расходомеры созданы на основе зависимости перепада давления, образующегося в закруглении трубопровода в результате действия центробежной силы в потоке, от расхода газа. В качестве преобразователя применяется колено (рис. 8.1, х) или кольцевой участок трубы (рис. 8.1, ц). Чаще они используются для измерения воды и реже — газа.
3. Расходомеры с напорным устройством, в котором создается перепад давления в зависимости от расхода в результате местного перехода кинетической энергии струи в потенциальную. На рис. 8.1, ч показан преобразователь, состоящий из трубки Пито и трубки для отбора статического давления, а на рис. 8.1, ш — преобразователь с дифференциальной трубкой Пито, в которой имеются отверстия для отбора полного и статического давления. Кроме этих преобразователей, служащих для измерения местной скорости, встречаются преобразователи с осредняющими напорными трубками. Обычно усреднение полного давления ведется по диаметру (рис. 8.1, щ) или по радиусу, а при сильно деформированном потоке — по двум перпендикулярным диаметрам. В соответствующих трубках имеется ряд отверстий для приема полного давления. Использование осредняющих напорных трубок особенно целесообразно для измерения расхода газа в трубопроводах большого диаметра. Вышеуказанные расходомеры в настоящее время применяют в системе ОАО «Газпром» и во Франции. Основным преимуществом данного метода измерения является простота изготовления и поверки преобразователя, возможность демонтажа и монтажа преобразователя без остановки трубопровода. Кроме того, предложены кольцевая вставка (рис. 8.1, э) для усреднения давления по кольцевой площади и напорное поворотное крыло с двумя отверстиями (рис. 8.1, ю), ориентированными различным образом к потоку.
Рис. 8.1. Первичные преобразователи расходомеров переменного перепада давления.
4. Расходомеры с напорным усилителем имеют преобразователь расхода, в котором сочетаются напорное и суживающее устройства. Перепад давления в них создается как в результате местного перехода кинетической энергии струи в потенциальную, так и частичного перехода потенциальной энергии в кинетическую. Соответствующие преобразователи показаны: на рис. 8.1, я (сочетание диафрагмы и трубки Пито), на рис 8.1, α. (комбинация трубок Пито и Вентури) и на рис. 8.1, β (сдвоенная трубка Вентури). Напорные усилители применяются в основном при небольших скоростях газовых потоков, когда перепад давления, создаваемый напорными трубками, недостаточен.
5. Расходомеры ударно-струйные основаны на принципе измерения перепада давления, возникающего в процессе удара струи о твердое тело непосредственно или через слой измеряемого вещества. Они применяются для измерения малых расходов жидкости и газа.
6. Расходомеры с суживающими устройствами — важнейшие среди расходомеров переменного перепада давления. Они уже давно нашли применение в качестве основных промышленных приборов для измерения расхода газа, жидкостей и пара. Объясняется это следующими достоинствами этих расходомеров:
- исключительная универсальность. Они пригодны для измерения расхода любых однофазных, а в известной мере и двухфазных сред. Кроме того, их можно использовать для измерения расходов самых различных значений в трубах практически любого диаметра и при любых давлениях и температурах;
- отсутствие потребности в поверочных стендах при применении стандартных суживающих устройств, устанавливаемых в трубах диаметром более 50 мм;
- простота комплектации и низкая стоимость расходомера, так как индивидуально изготавливается только суживающее устройство, все остальные комплектующие выпускаются заводами серийно и в достаточных количествах.
Принцип действия вышеуказанных расходомеров основан на зависимости перепада давления, создаваемого суживающим устройством, в результате которого происходит преобразование части потенциальной энергии потока в кинетическую, от расхода газа. Имеется много разновидностей суживающих устройств. Так, на рис. 8.1, а, б показаны стандартные диафрагмы, на рис. 8.1, в — стандартное сопло, на рис. 8.1, г, д, е — диафрагмы для измерения загрязненных веществ — сегментная, эксцентричная и кольцевая. На следующих семи позициях рис. 8.1 показаны суживающие, применяемые при малых числах Рейнольдса (для веществ с большой вязкостью); так, на рис. 8.1, ж, з, и изображены диафрагмы: соответственно двойная, с входным конусом, с двойным конусом, а на рис. 8.1, к, л, м, н — сопла: соответственно «полукруга», «четверть круга», комбинированное и цилиндрическое. На рис. 8.1, о изображена диафрагма с переменной площадью отверстия, автоматически компенсирующая влияние изменения давления и температуры вещества. На рис. 8.1, п, р, с, т приведены расходомерные трубы — соответственно труба Вентури, сопло Вентури, труба Долла и сопло Вентури с двойным сужением. Для них характерна очень малая потеря давления.
Суживающие устройства служат для создания перепада давления и работают в комплекте с дифманометрами или другими преобразователями, измеряющими создаваемый перепад давления в единицах расхода. Суживающие устройства разделяются на стандартные и нестандартные. К стандартным СУ (рис. 8.1) отнесены диафрагмы (а, б), сопло (в), труба и сопло Вентури (п, р); к нестандартным — двойная диафрагма (ж), сопла «четверть круга» (к) и «полукруга» (л); труба Долла (с) и другие. Стандартные СУ изготавливаются и устанавливаются согласно требованиям без индивидуальной калибровки, проверяются только геометрические размеры. Нестандартные СУ требуют индивидуальной калибровки.
Стандартные суживающие устройства — диафрагмы. На рис. 8.2 показано поперечное сечение диафрагмы (буквенные обозначения составных частей и геометрических размеров рисунка будут использованы далее в настоящем разделе).
Рис.8.2. Стандартная диафрагма
Конструкция и требования:
- торцы диафрагмы А и В должны быть плоскими и параллельны друг другу. Неплоскостность входного А и выходного В торцов определяют у диафрагмы, извлеченной из трубопровода. Диафрагму считают плоской, если наклон прямой линии, связывающей две любые точки ее торцовой поверхности А (В), относительно плоскости, перпендикулярной к ее оси, менее 0,005 (0,3°);
- при разработке, изготовлении и применении конструкции узла крепления диафрагмы необходимо учитывать возможность ее деформации от воздействия перепада давления или напряжений, возникших при сборке фланцев. Под воздействием этих факторов перекос диафрагмы в рабочих условиях не должен превышать величины 0,01 (0,6°);
- шероховатость Ra поверхности входного торца диафрагмы должна быть не более или равна 10 -4 d, в пределах круга диаметром D, концентричного отверстию диафрагмы. Шероховатость поверхности выходного торца диафрагмы должна быть Rа -4 d. Угол наклона F образующего конуса должен быть 45°±15;
- входная кромка G и выходные кромки Н и I не должны иметь притуплений и заусенцев, заметных невооруженным глазом. Входная кромка G должна быть острой, т. е. радиус ее закругления должен быть не более 0,05 мм. Это требование проверяют или внешним осмотром невооруженным глазом по отсутствию светового луча от входной кромки (в этом случае радиус принимают равным 0,05 мм), или непосредственным измерением;
- за значение диаметра d цилиндрической части отверстия принимают среднее значение результатов не менее четырех измеренных диаметров, расположенных под равными углами с отклонением ±5°. При этом погрешность измерительного инструмента должна быть не более 0,02 %. Отверстие диафрагмы должно быть цилиндрическим, а его ось должна быть перпендикулярна к входному торцу диафрагмы в пределах ±0,5°. Результаты отдельных измерений диаметра отверстия не должны отличаться от среднего значения более чем на 0,05 %. Шероховатость поверхности Ra отверстия не должна быть более 10 -5 d.
Существует два основных способа отбора перепада давлений на диафрагмах: фланцевый и угловой. При фланцевом креплении диафрагм отверстия для отбора давления могут быть сделаны в трубопроводе или во фланцах (рис. 8.3).
Рис. 8.3. Расположение отверствий для трехрадиусного (а) и фланцевого (б) способов отбора давления.
Диафрагмы с фланцевым и трехрадиусным отбором давления применяют при следующих условиях:
где β — относительный диаметр, равный d/D, Re — число Рейнольдса.
Номинальное расстояние l1 (рис. 8.3, а) до оси отверстия для отбора давления перед диафрагмой равно D и может находиться в пределах от 0,9D до 1,1D.
Номинальное расстояние l1 до оси отверстия для отбора давления за диафрагмой равно 0,5D. Расстояния l1 и l2 измеряют от входного торца диафрагмы.
Для диафрагмы с фланцевым отбором давления (рис. 8.3, б) номинальное расстояние l1 и l2 от отверстия для отбора давлений до входного и выходного торцов диафрагмы равно 25,4 мм и должно, не вызывая изменения коэффициента истечения, находиться в следующих пределах:
- 25,4±0,5 мм при одновременном выполнении условий β>0,6 и D 0,6, но 150 мм≤D≤1000 мм.
Диаметр отверстий для отбора давления должен быть не более 0,13D и не более 13 мм. Отверстия для отбора давления перед СУ и за ним должны отличаться друг от друга не более чем на 0,1 мм, кромки их должны быть заподлицо с внутренней поверхностью ИТ и, насколько возможно, острыми. Оси отверстия для отбора давления и ИТ должны пересекаться под прямым углом в пределах ±3°.
Диафрагмы с угловым отбором давления (рис. 8.4, а, б) применяют при следующих условиях:
5000≤Re≤10 8 при 0,2≤β≤0,45;
10000≤Re≤10 8 при β>0,45.
Расстояние между осями отверстий для отбора давления и соответствующими торцами диафрагмы равно половине диаметра или половине ширины самих отверстий. В месте выхода во внутреннюю полость ИТ отверстие должно касаться торца диафрагмы. Отбор давления может быть проведен как через отдельные отверстия, так и через кольцевые щели. Отдельные отверстия для отбора давления могут быть выполнены как в трубопроводе, так и в его фланцах. Местом отбора давления при наличии кольцевой щели является отверстие в корпусе кольцевой камеры.
Рис. 8.4. Диафрагма с камерным и точечным угловым отборомдавления:
1 — корпус кольцевой камеры; 2 — ось диска диафрагмы; 3 — диск диафрагмы; 4 — отверстия для отбора давления.
Значения наименьшего диаметра отдельных отверстий (или ширины кольцевых щелей) а определяются требованиями предотвращения засорения и обеспечения удовлетворительных динамических характеристик. Эти значения находят из условий: 0,005D≤а≤0,03D при β≤0,65; 0,01D≤а≤0,02D при β>0,65. Независимо от значения β значение а должно удовлетворять следующим требованиям:
- для жидкостей и газов
- для паров и сжиженных газов в случае применения отдельных отверстий для отбора давления
Кольцевые щели выполняют сплошными или прерывистыми по всему периметру поперечного сечения ИТ.
Внутренний диаметр b корпуса кольцевой камеры должен быть равен (или более) внутреннему диаметру ИТ и находиться в пределах:
Длина корпуса с кольцевой камеры перед диском диафрагмы и длина с′ за диафрагмой должна быть не более 0,65D, толщина f стенки камеры должна быть равна или более 2а. Площадь сечения gh кольцевой камеры должна быть равна (или более) половине общей площади щели, соединяющей эту камеру с внутренней полостью ИТ.
Отверстия для отбора давления из кольцевых камер к соединительным линиям измерительных приборов выполняют в стенке корпуса камеры. В месте выхода из стенки отверстие должно иметь круглое сечение j 4–10 мм.
В этом же разделе:
© 2007–2021 «ГК «Газовик». Все права защищены.
Использование материалов сайта без разрешения владельца запрещено и будет преследоваться по закону.
Источник
Способы отбора давления у диафрагм
ГОСТ 8.586.2-2005
(ИСО 5167-2:2003)
Государственная система обеспечения единства измерений
ИЗМЕРЕНИЕ РАСХОДА И КОЛИЧЕСТВА ЖИДКОСТЕЙ И ГАЗОВ
С ПОМОЩЬЮ СТАНДАРТНЫХ СУЖАЮЩИХ УСТРОЙСТВ
Диафрагмы.
Технические требования
State system for ensuring the iniformity of measurements. Measurement
of liquids and gases flow rate and quantity by means of orifice instruments.
Part 2. Orifice plates. Technical requirements
Дата введения 2007-01-01
Цели, основные принципы и основной порядок проведения работ по межгосударственной стандартизации установлены ГОСТ 1.0-92 «Межгосударственная система стандартизации. Основные положения» и ГОСТ 1.2-97 «Межгосударственная система стандартизации. Стандарты межгосударственные, правила и рекомендации по межгосударственной стандартизации. Порядок разработки, принятия, применения, обновления и отмены»
Сведения о стандарте
1 ПОДГОТОВЛЕН Обществом с ограниченной ответственностью «Отраслевой метрологический центр Газметрология» (ООО «ОМЦ Газметрология»), Федеральным государственным унитарным предприятием «Всероссийский научно-исследовательский институт расходометрии» (ФГУП «ВНИИР»), государственным предприятием «Всеукраинский государственный научно-производственный центр стандартизации, метрологии, сертификации и защиты прав потребителей» Госпотребстандарта Украины (Укрметртестстандарт), Национальным университетом «Львовская политехника»
2 ВНЕСЕН Федеральным агентством по техническому регулированию и метрологии Российской Федерации
3 ПРИНЯТ Межгосударственным советом по стандартизации, метрологии и сертификации (протокол N 28 от 9 декабря 2005 г.)
За принятие проголосовали:
Краткое наименование страны по МК (ИСО 3166) 004-97
Сокращенное наименование национального органа по стандартизации
Министерство торговли и экономического развития Республики Армения
Госстандарт Республики Беларусь
Госстандарт Республики Казахстан
Национальный институт стандартов и метрологии Кыргызской Республики
Федеральное агентство по техническому регулированию и метрологии
4 Настоящий стандарт является модифицированным по отношению к международному стандарту ИСО 5167-2:2003 «Измерение расхода среды с помощью устройств переменного перепада давления, помещенных в заполненные трубопроводы круглого сечения. Часть 2. Диафрагмы» (ISO 5167-2:2003 «Measurement of fluid flow by means of pressure differential devices inserted in circular cross-section conduits running full — Part 2: Orifice plates») путем внесения технических отклонений, объяснение которых приведено во введении к настоящему стандарту.
Наименование настоящего стандарта изменено относительно наименования указанного международного стандарта для приведения в соответствие с ГОСТ 1.5-2001 (подраздел 3.6)
5 Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 31 октября 2006 г. N 237-ст межгосударственный стандарт ГОСТ 8.586.2-2005 (ИСО 5167-2:2003) «Государственная система обеспечения единства измерений. Измерение расхода и количества жидкостей и газов с помощью стандартных сужающих устройств. Часть 2. Диафрагмы. Технические требования» введен в действие в качестве национального стандарта Российской Федерации с 1 января 2007 г.
6 ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ
Информация о введении в действие (прекращении действия) настоящего стандарта публикуется в указателе «Национальные стандарты».
Информация об изменениях к настоящему стандарту публикуется в указателе «Национальные стандарты», а текст изменений — в информационных указателях «Национальные стандарты». В случае пересмотра или отмены настоящего стандарта соответствующая информация будет опубликована в информационном указателе «Национальные стандарты»
ВНЕСЕНА поправка, опубликованная в ИУС N 6, 2007 год
Поправка внесена изготовителем базы данных
Комплекс межгосударственных стандартов ГОСТ 8.586.1-2005 — ГОСТ 8.586.5-2005 под общим наименованием «Государственная система обеспечения единства измерений. Измерение расхода и количества жидкостей и газов с помощью стандартных сужающих устройств» (далее — комплекс стандартов) состоит из следующих частей:
— Часть 1. Принцип метода измерений и общие требования;
— Часть 2. Диафрагмы. Технические требования;
— Часть 3. Сопла и сопла Вентури. Технические требования;
— Часть 4. Трубы Вентури. Технические требования;
— Часть 5. Методика выполнения измерений.
Комплекс стандартов распространяют на измерение расхода и количества жидкостей и газов методом переменного перепада давления при применении следующих типов сужающих устройств: диафрагмы, сопла ИСА 1932, эллипсного сопла*, сопла Вентури и трубы Вентури.
* В международном стандарте [3] эллипсные сопла названы соплами большого радиуса.
Комплекс стандартов устанавливает требования к геометрическим размерам и условиям применения сужающих устройств, используемых в трубопроводах круглого сечения, полностью заполненных однофазной (жидкой или газообразной) средой, скорость течения которой меньше скорости звука в этой среде.
Части 1-4 являются модифицированными по отношению к международным стандартам [1]-[4].
В первой части представлены термины и определения, условные обозначения, принцип метода измерений, установлены общие требования к условиям измерений при применении всех типов сужающих устройств.
Вторая, третья и четвертая части устанавливают технические требования к конкретным типам сужающих устройств: вторая часть — к диафрагмам, третья — к соплам ИСА 1932, эллипсным соплам и соплам Вентури, четвертая — к трубам Вентури.
В пятой части представлена методика выполнения измерений с помощью указанных выше типов сужающих устройств.
В отличие от международного стандарта [2] в настоящий стандарт введены:
— поправочные коэффициенты, учитывающие шероховатость внутренней поверхности измерительного трубопровода и притупление входной кромки диафрагмы;
— дополнительные требования к определению необходимой длины прямолинейных участков измерительных трубопроводов для широкого ряда местных сопротивлений;
— дополнительное приложение А «Классификация видов местных сопротивлений».
Использование в настоящем стандарте поправочных коэффициентов, учитывающих шероховатость внутренней поверхности измерительного трубопровода и притупление входной кромки диафрагмы, позволяет, в отличие от международного стандарта, существенно расширить область применения диафрагм.
Расширение списка видов местных сопротивлений и включение в настоящий стандарт приложения А позволяет расширить возможности монтажа диафрагм и исключить ошибки при определении необходимой длины прямолинейных участков измерительных трубопроводов.
Введенные дополнительные требования выделены в настоящем стандарте путем заключения в рамки из тонких линий.
Наименования видов местных сопротивлений, дополнительно включенных в настоящий стандарт, выделены курсивом.
1 Область применения
Настоящий стандарт устанавливает требования к геометрическим характеристикам и условиям применения диафрагм, устанавливаемых в трубопроводах круглого сечения для определения расхода и количества жидкостей и газов.
Стандарт распространяется на диафрагмы с угловым, фланцевым и трехрадиусным способами отбора давления. Требования настоящего стандарта применяют совместно с требованиями ГОСТ 8.586.1.
Стандарт не распространяется на диафрагмы, установленные в трубопроводах внутренним диаметром менее 0,05 м или более 1 м, и при значениях числа Рейнольдса менее 5000.
2 Нормативные ссылки
В настоящем стандарте использованы ссылки на следующие межгосударственные стандарты:
* С 01.01.2008 на территории Российской Федерации действует ГОСТ Р 52720-2007. — Примечание изготовителя базы данных.
Примечание — При пользовании настоящим стандартом целесообразно проверить действие ссылочных стандартов и классификаторов в информационной системе общего пользования — на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет или по ежегодно издаваемому информационному указателю «Национальные стандарты», который опубликован по состоянию на 1 января текущего года, и по соответствующим ежемесячно издаваемым информационным указателям, опубликованным в текущем году. Если ссылочный стандарт заменен (изменен), то при пользовании настоящим стандартом следует руководствоваться замененным (измененным) стандартом. Если ссылочный стандарт отменен без замены, то положение, в котором дана ссылка на него, применяется в части, не затрагивающей эту ссылку.
3 Термины, определения, обозначения и сокращения
В настоящем стандарте применены термины, определения, обозначения и сокращения в соответствии с ГОСТ 8.586.1.
4 Принципы метода измерения и расчета
4.1 Принцип метода измерения
4.1.1 Метод измерения расхода среды, протекающей в ИТ, основан на создании с помощью диафрагмы местного сужения потока, часть потенциальной энергии которого переходит в кинетическую энергию. Средняя скорость потока в месте его сужения повышается, а статическое давление становится менее статического давления до диафрагмы. Разность давления (перепад давления) тем больше, чем больше расход среды, и, следовательно, она может служить мерой расхода.
4.1.2 Массовый расход в общем случае рассчитывают по формуле
. (4.1)
Вывод формулы (4.1) приведен в ГОСТ 8.586.1 (приложение А).
Примечание — В международном стандарте [2] поправочные коэффициенты и не используются, т.к. этим стандартом не допускается превышение установленных им норм на предельные значения шероховатости внутренней стенки трубопровода и притупления входной кромки диафрагмы.
4.1.3 Связь массового расхода, объемного расхода при рабочих условиях и объемного расхода, приведенного к стандартным условиям, устанавливает формула
. (4.2)
4.2 Расчет расхода среды
Массовый расход рассчитывают по формуле (4.1) после определения параметров, которые либо измеряют непосредственно, либо вычисляют по результатам измерений других параметров.
Коэффициент истечения диафрагм и поправочный коэффициент, учитывающий шероховатость внутренней поверхности измерительного трубопровода, зависят от числа , которое само зависит от значения расхода, поэтому уравнение для расчета расхода является неявным. В этом случае значение расхода может быть получено методом итераций. Порядок проведения итераций приведен в ГОСТ 8.586.1 (приложение В) и ГОСТ 8.586.5 (раздел 8).
Формулы для определения объемного расхода среды при рабочих условиях измерений и объемного расхода, приведенного к стандартным условиям, приведены в ГОСТ 8.586.5 (раздел 5).
Источник
