Пневмогидравлические схемы передачи давления в технологических объектах. Страница 3.

Принцип работы диафрагмы[править | править код]

Принцип действия, как и в трубе Вентури, основан на законе Бернулли, который устанавливает связь между скоростью потока и давлением в нём. В трубопроводе, по которому протекает жидкое или газообразное вещество, устанавливается диафрагма, создающая местное сужение потока. Максимальное сжатие потока происходит на некотором расстоянии за диафрагмой, образующееся при этом минимальное сечение потока называют сжатым сечением. Вследствие перехода части потенциальной энергии давления в кинетическую средняя скорость потока в суженном сечении повышается. Статическое давление потока после диафрагмы становится меньше, чем до неё. Разность этих давлений (перепад давления) тем больше, чем больше расход протекающего вещества. Разность давлений измеряется дифференциальным манометром.

3. Пневмогидравлические схемы измерения дифференциального давления (перепада давления или разности давлений Δp) на сужающем устройстве.

Сама по себе задача измерения расхода газа, пара или жидкости по перепаду давления на сужающем устройстве (СУ) подробно проработана в специальной технической литературе, а также в нормативных технических документах, таких как РД-50-213-80 (РД-50-213-80-1), ГОСТ 8.563-1, ГОСТ 8.563-2, ИСА 1932, тем не менее, повторим основные правила построения ПГС передачи давления от СУ к датчику перепада давления. Отличие представленных ПГС (рис. 22…29) между собой заключается как в наборе комплектующих (по типу измеряемых сред: газ, пар или жидкость), так и относительной пространственной компоновкой элементов ПГС.

achtung На всех представленных ПГС, где используется разделительный сосуд (РС) с разделительной жидкостью (РЖ) для передачи давления от объекта к датчику, принято, что плотность разделительной жидкости (ρрж) больше плотности измеряемой среды (ρис). Т.е. во всех рассматриваемых случаях ИС будет плавать на поверхности РЖ. Принятию такого постулата есть веские основания: из 47 наиболее встречаемых на практике жидкостей, 38 имеют плотность меньше воды и растворов на ее основе. Отсюда рекомендуемые разделительные жидкости: вода, легкие минеральные масла, глицерин и водоглицериновые смеси, дибутилфталат, этиленгликоль, водоэтиленгликоль и другие жидкости. При выборе РЖ необходимо выполнить ряд условий:
  • РЖ не должна вступать в химическую реакцию с ИС;
  • РЖ не должна растворяться в ИС;
  • РЖ не должна замерзать в диапазоне изменения температур окружающей среды;
  • РЖ должна быть безопасна как для персонала, так и для оборудования.
На рис. 22 и 23 представлены ПГС измерения расхода газовых сред на СУ в двух вариантах взаимного расположения элементов пневмогидравлической линии передачи давления. Как следует из рисунков, положение датчика относительно СУ определяет компоновку всей пневмогидравлической линии. «Верхнее» положение датчика (выше СУ) более простое по исполнению ПГС, но оно не всегда может быть реализовано на практике. «Нижнее» положение датчика (ниже СУ) требует в 1.5 раза больше вентилей, более чем в 2 раза импульсных трубок со строгой выдержкой уклона при монтаже и дополнительно два сосуда сбора конденсата (ССК).

ПГС измерения расхода агрессивного газа на сужающем устройстве (СУ). На рис. 24 представлена ПГС для измерения расхода на СУ агрессивных газовых сред. На ПГС рассмотрено два варианта размещения датчика относительно СУ: 24а – «Нижнее» и 24б – «Верх­нее». В рассматриваемой ПГС от­сут­ству­ют ССК, но добавляются два раз­де­ли­тель­ных сосуда (РС). Все импульсные трубки от РС до датчика должны быть заполнены разделительной жидкостью и дренированы от газовых пу­зырь­ков. Установку РС надо провести, как можно ближе к СУ, а отбор давления сделать через фланцевые соединения, которые могут служить основанием для установки вентилей В1 , В2 и разделительных сосудов. Симметричный монтаж элементов газовой части импульсной линии от СУ до РС позволит уровнять скорости кон­ден­са­то­об­ра­зо­ва­ния (при его наличии) и не приведет к дополнительной погрешности измерения пе­ре­па­да давления на СУ.

Конструкция диафрагмы[править | править код]

Диафрагма выполняется в виде кольца. Отверстие в центре с выходной стороны в некоторых случаях может быть скошено. В зависимости от конструкции и конкретного случая диафрагма может вставляться в кольцевую камеру или нет (см. Виды диафрагм). Материалом изготовления диафрагм чаще всего является сталь 12Х18Н10Т (ГОСТ 5632-72), в качестве материала для изготовления корпусов кольцевых камер может использоваться сталь 20 (ГОСТ 1050-88) или сталь 12Х18Н10Т (ГОСТ 5632-2014).

Течение несжимаемой жидкости через диафрагму[править | править код]

Предполагая течение жидкости, несжимаемой и невязкой, установившимся, ламинарным, в горизонтальной трубе (изменения уровня отсутствуют) с пренебрежимо маленькими потерями на трение, закон Бернулли сокращается до закона сохранения энергии между двумя точками на одной линии тока:

P 1 + 1 2 ⋅ ρ ⋅ V 1 2 = P 2 + 1 2 ⋅ ρ ⋅ V 2 2 {displaystyle P_{1}+{frac {1}{2}}cdot rho cdot V_{1}^{2}=P_{2}+{frac {1}{2}}cdot rho cdot V_{2}^{2}} {displaystyle P_{1}+{frac {1}{2}}cdot rho cdot V_{1}^{2}=P_{2}+{frac {1}{2}}cdot rho cdot V_{2}^{2}}

или

P 1 − P 2 = 1 2 ⋅ ρ ⋅ V 2 2 − 1 2 ⋅ ρ ⋅ V 1 2 {displaystyle P_{1}-P_{2}={frac {1}{2}}cdot rho cdot V_{2}^{2}-{frac {1}{2}}cdot rho cdot V_{1}^{2}} {displaystyle P_{1}-P_{2}={frac {1}{2}}cdot rho cdot V_{2}^{2}-{frac {1}{2}}cdot rho cdot V_{1}^{2}}

Из уравнения неразрывности:

Q = A 1 ⋅ V 1 = A 2 ⋅ V 2 {displaystyle Q=A_{1}cdot V_{1}=A_{2}cdot V_{2}} {displaystyle Q=A_{1}cdot V_{1}=A_{2}cdot V_{2}}   или   V 1 = Q / A 1 {displaystyle V_{1}=Q/A_{1}} {displaystyle V_{1}=Q/A_{1}} и V 2 = Q / A 2 {displaystyle V_{2}=Q/A_{2}} {displaystyle V_{2}=Q/A_{2}} :

P 1 − P 2 = 1 2 ⋅ ρ ⋅ ( Q A 2 ) 2 − 1 2 ⋅ ρ ⋅ ( Q A 1 ) 2 {displaystyle P_{1}-P_{2}={frac {1}{2}}cdot rho cdot {bigg (}{frac {Q}{A_{2}}}{bigg )}^{2}-{frac {1}{2}}cdot rho cdot {bigg (}{frac {Q}{A_{1}}}{bigg )}^{2}} {displaystyle P_{1}-P_{2}={frac {1}{2}}cdot rho cdot {bigg (}{frac {Q}{A_{2}}}{bigg )}^{2}-{frac {1}{2}}cdot rho cdot {bigg (}{frac {Q}{A_{1}}}{bigg )}^{2}}

Выражая Q {displaystyle Q_{}} {displaystyle Q_{}}:

Q = A 2 2 ( P 1 − P 2 ) / ρ 1 − ( A 2 / A 1 ) 2 {displaystyle Q=A_{2};{sqrt {frac {2;(P_{1}-P_{2})/rho }{1-(A_{2}/A_{1})^{2}}}}} {displaystyle Q=A_{2};{sqrt {frac {2;(P_{1}-P_{2})/rho }{1-(A_{2}/A_{1})^{2}}}}}
и
Q = A 2 1 1 − ( d 2 / d 1 ) 4 2 ( P 1 − P 2 ) / ρ {displaystyle Q=A_{2};{sqrt {frac {1}{1-(d_{2}/d_{1})^{4}}}};{sqrt {2;(P_{1}-P_{2})/rho }}} {displaystyle Q=A_{2};{sqrt {frac {1}{1-(d_{2}/d_{1})^{4}}}};{sqrt {2;(P_{1}-P_{2})/rho }}}

Указанное выше выражение для Q {displaystyle Q} Q представляет собой теоретический объемный расход. Введём β = d 2 / d 1 {displaystyle beta =d_{2}/d_{1}} {displaystyle beta =d_{2}/d_{1}}, а также коэффициент истечения C d {displaystyle C_{d}} {displaystyle C_{d}}:

Q = C d A 2 1 1 − β 4 2 ( P 1 − P 2 ) / ρ {displaystyle Q=C_{d};A_{2};{sqrt {frac {1}{1-beta ^{4}}}};{sqrt {2;(P_{1}-P_{2})/rho }}} {displaystyle Q=C_{d};A_{2};{sqrt {frac {1}{1-beta ^{4}}}};{sqrt {2;(P_{1}-P_{2})/rho }}}

И, наконец, введём коэффициент расхода C {displaystyle C} C, который определим как C = C d 1 − β 4 {displaystyle C={frac {C_{d}}{sqrt {1-beta ^{4}}}}} {displaystyle C={frac {C_{d}}{sqrt {1-beta ^{4}}}}}, для получения конечного уравнения для массового расхода жидкости через диафрагму:

( 1 ) Q = C A 2 2 ( P 1 − P 2 ) / ρ {displaystyle (1)qquad Q=C;A_{2};{sqrt {2;(P_{1}-P_{2})/rho }}} {displaystyle (1)qquad Q=C;A_{2};{sqrt {2;(P_{1}-P_{2})/rho }}}

Умножим полученное нами ранее уравнение (1) на плотность жидкости, чтобы получить выражение для массового расхода в любом сечении трубы:[1][2][3][4]

( 2 ) m ˙ = ρ Q = C A 2 2 ρ ( P 1 − P 2 ) {displaystyle (2)qquad {dot {m}}=rho ;Q=C;A_{2};{sqrt {2;rho ;(P_{1}-P_{2})}}} {displaystyle (2)qquad {dot {m}}=rho ;Q=C;A_{2};{sqrt {2;rho ;(P_{1}-P_{2})}}}

где  
Q {displaystyle Q_{}} {displaystyle Q_{}} = объёмный расход (at any cross-section), м³/с
m ˙ {displaystyle {dot {m}}} {dot  {m}} = массовый расход (at any cross-section), кг/с
C d {displaystyle C_{d}} {displaystyle C_{d}} = коэффициент истечения, безразмерная величина
C {displaystyle C} C = коэффициент расхода, безразмерная величина
A 1 {displaystyle A_{1}} A_{1} = площадь сечения трубы, м²
A 2 {displaystyle A_{2}} A_{2} = площадь сечения отверстия в диафрагме, м²
d 1 {displaystyle d_{1}} d_{1} = диаметр трубы, м
d 2 {displaystyle d_{2}} d_{2} = диаметр отверстия в диафрагме, м
β {displaystyle beta } beta = соотношение диаметров трубы и отверстия в диафрагме, безразмерная величина
V 1 {displaystyle V_{1}} V_{1} = скорость жидкости до диафрагмы, м/с
V 2 {displaystyle V_{2}} V_{2} = скорость жидкости внутри диафрагмы, м/с
P 1 {displaystyle P_{1}} P_1 = давление жидкости до диафрагмы, Па (кг/(м·с²))
P 2 {displaystyle P_{2}} P_2 = давление жидкости после диафрагмы, Па (кг/(м·с²))
ρ {displaystyle rho } rho = плотность жидкости, кг/м³.

Статьи

✔ Пневмогидравлические схемы передачи давления в технологических объектах

 ? Ссылки Copyright ® Metronic, 2004 – 2021. Все права защищены.

Виды диафрагм[править | править код]

ДКС[править | править код]

ДКС — диафрагма камерная стандартная.

Рассчитана [6] на условное давление до 10 МПа с условным проходом от 50 до 500 мм.

ДБС[править | править код]

ДБС — диафрагма бескамерная стандартная.

Рассчитана [6] на условный проход от 300 до 500 мм и условное давление до 4 МПа.

См. также[править | править код]

  • Расходомер
  • Труба Вентури
  • Критический поток
  • Сопло Лаваля
  • Трубка Пито
  • Эффект Вентури

Примечания[править | править код]

  1. Lecture, University of Sydney Архивная копия от 29 мая 2007 на Wayback Machine
  2. 1 2 3 Perry, Robert H. and Green, Don W. Perry’s Chemical Engineers’ Handbook (англ.)русск. (неопр.). — Sixth Edition. — McGraw-Hill Education, 1984. — ISBN 0-07-049479-7.
  3. 1 2 Handbook of Chemical Hazard Analysis Procedures, Appendix B, Federal Emergency Management Agency, U.S. Dept. of Transportation, and U.S. Environmental Protection Agency, 1989. Handbook of Chemical Hazard Analysis, Appendix B Click on PDF icon, wait and then scroll down to page 391 of 520 PDF pages.
  4. 1 2 Risk Management Program Guidance For Offsite Consequence Analysis, U.S. EPA publication EPA-550-B-99-009, April 1999.  Guidance for Offsite Consequence Analysis
  5. Methods For The Calculation Of Physical Effects Due To Releases Of Hazardous Substances (Liquids and Gases), PGS2 CPR 14E, Chapter 2, The Netherlands Organization Of Applied Scientific Research, The Hague, 2005. PGS2 CPR 14E Архивировано 9 августа 2007 года.
  6. 1 2 http://p-supply.ru/diafragma.html Архивная копия от 27 марта 2009 на Wayback Machine Диафрагмы для расходомеров

Ссылки[править | править код]

ГОСТ 8.563.1-97 (утратил силу в РФ) (недоступная ссылка)

Рейтинг
( 1 оценка, среднее 5 из 5 )
Загрузка ...