Приемники переменного перепада

Приемники служат для создания перепада давления измеряемой среды в трубопроводе. Существует множество разновидностей приемников переменного перепада. Среди всех, показанных на рис. 3 приемников, наиболее широкое применение получили сужающие устройства — диафрагмы (рис. 3, а) и сопла (рис. 3, б), серийно выпускаемые промышленностью в соответствии с «Правилами измерения расхода газов и жидкостей стандартными сужающими устройствами» РД 50-213-80, в дальнейшем — Правила РД 50-213-80.

Остальные сужающие устройства, показанные на рис. 3, серийно не изготовляются; их параметры в каждом конкретном случае рассчитывают в зависимости от специфики условий применения. Соответственно и применяются они редко. Например, для измерения малых расходов вязких жидкостей или загрязненных потоков при малой величине числа Рейнольдса, а также измерения расхода в трубопроводах с малыми скоростями, в трубопроводах малого диаметра и т. п. Число Рейнольдса обозначается Re и представляет собой отношение силы инерции к силе трения движущейся среды.

Рис. 3. Схемы приемников переменного перепада давления
а — диафрагмы; 1, 2 — нормальные; 3 — эксцентричная; 4 — сегментная; 5 — двойная; б —с двойным скосом; 7 —с коррекцией на изменение давления и температуры; б —сопла; 8 — нормальные; 9 — «четверть круга»; 10 — полкруга; 11 — комбинированное; 12 — цилиндрическое; 13 — Вентури; 14 — Вентури с двойным сужением; в — трубы; 15 — Вентури; 16—Долла; г —приемники разные; 17 — колена трубы; 18— кольцевой участок трубы; 19, 20 — напорные трубки; 21 — усредняющая напорная кольцевая вставка; 22— напорное кольцо; 23 — напорный усилитель с диафрагмой; 24 — напорный усилитель — трубка Вентури-Пито; 25— напорный усилитель — сдвоенная трубка Вентури

Существует область применения сужающих устройств, оговоренная Правилами РД 50-213-80 и определяемая диапазонами значений параметров трубопроводов D и относительных площадей сужающих устройств m — (d₂₀/ D₂₀)², где d₂₀ — диаметр отверстия сужающего устройства при температуре 20 °С, D₂₀ — диаметр трубопровода при той же температуре. При этом диаметр отверстия диафрагмы независимо от способа отбора перепада давления должен быть 12,5 мм. Диафрагмы с угловым способом отбора перепада давления применяют при соотношениях: 50 мм≤ D₂₀≤1000 мм; 0,05≤m<0,64.

Диафрагмы с фланцевым способом отбора перепада давления применяют при соотношениях: 50 мм≤ D₂₀≤760 мм; 0,04≤m≤0,56.

Нормальные диафрагмы, независимо от способа отбора, применяют также при 20500≤ Re≤300000.

Сопла применяют при соотношениях: 50 мм≤D, 0,05≤m≤0,64 при измерении расхода газа; 30 мм≤D, 0,05≤m≤0,64 при измерении расхода жидкости. При применении сопел справедливо соотношение 60000≤Re≤20000.

В случае применения сопел и труб Вентури их диаметр должен быть D≥15 мм. При этом,  для сопел Вентури соотношения должны быть 65 mm≤D≤500 мм, 0,05≤m≤0,6, а для труб Вентури — 50 мм≤D≤400 мм.

При измерении расхода газа отношение абсолютных давлений на выходе и входе сужающего устройства должно быть больше или равно 0,75.

Любая диафрагма создает в трубопроводе ощутимую безвозвратную потерю давления среды. Это ограничивает область применения диафрагм в тех случаях, где технологические условия не допускают наличия таких потерь. Например, при низких давлениях газообразных сред и высоких давлениях парообразных применяют другой вид сужающего устройства — сопла, которые за счет более плавных конструктивных форм активной части создают более низкие безвозвратные потери давления измеряемой среды. Так же, как диафрагмы, сопла бывают камерные и бескамерные.

Основным элементом большинства конструкций напорных трубок (см. рис. 3) являются две трубки Г-образной формы, отверстия которых направлены по ходу и против хода потока измеряемой среды. По имени создателя их еще называют трубки «Пито». Их достоинства — простота и весьма малые потери давления среды при измерении. Недостатком является их возможность измерения только местных (по сечению трубопровода) перепадов. Для увеличения значения измеряемого перепада давлений применяют комбинацию трубки «Пито» с одним или двумя малыми соплами «Вентури» 24 и 25.

Ниже рассматриваются только нормальные сужающие устройства, серийно изготовляемые промышленностью.

На рис. 4 показано сужающее устройство — сопло при m= (d₂₀/D₂₀)²≤0,45, где для удобства изложения совмещены два изделия. На верхней половине рисунка (выше осевой линии) показан отбор перепада давления через кольцевые камеры, на нижней половине — отбор давления при помощи отдельных отверстий, выполненных во фланцах. Аналогично на рис. 5 показаны сопла и трубы Вентури. Размеры отдельных частей сужающего устройства определяют в зависимости от наружного D₂₀ и внутреннего d₂₀ диаметров трубопровода, по которому протекает измеряемая среда. Аналогично определяют и размеры длинных и коротких нормальных сопел и труб Вентури, приведенных на рис. 5. У этих сужающих устройств, размеры которых также зависят от D₂₀ и d₂₀, радиусы более пологие, чем у обычных сопел.

Рис. 4. Сопло c≤0,03D₂₀; l≤ 0.02D₂₀; Е≤ 0,1D₂₀; L=0.604d₂₀; l1 = 1,5d₂₀; l2=0,304d₂₀; l3=0,3d₂₀

Рис. 5. Нормальные сопла (а) и трубы Вентури (б)

Сужающие устройства изготовляются из материалов, устойчивых против длительного воздействия измеряемой среды, и должны иметь следующие обозначения: типоразмер и заводской номер; значение диаметра отверстия при температуре 20 °С—d₂₀; стрелку, указывающую направление потока; марку материала; знаки «+» и «—» соответственно на переднем и заднем (по направлению потока) корпусах камеры (обойме) и торцах сужающего устройства.

Из приведенных рисунков видно, что сопла сложны по конструкции, а следовательно, и в изготовлении. Поэтому, наиболее широкое применение во всех отраслях народного хозяйства получили диафрагмы.