На чем основан принцип работы измерительной диафрагмы. Техническое описание - диафрагмы для измерения расхода. Конструкции дроссельных приборов

Диафрагма (измерение расхода)

Схема установленной диафрагмы в кольцевой камере (которая в свою очередь вставлена в трубу). Принятые обозначения: 1. Диафрагма; 2. Кольцевая камера; 3. Прокладка; 4. Труба. Стрелки показывают направление жидкости/газа. Оттенками цвета выделено изменение давления.

Течение газа через диафрагму

В основном, уравнение (2) применимо только для несжимаемых жидкостей. Но оно может быть модифицировано введением коэффициента расширения с целью учёта сжимаемости газов.

Равен 1.0 для несжимаемых жидкостей и может быть вычислен для газов.

Расчёт коэффициента расширения

Коэффициент расширения , который позволяет отследить изменение плотности идеального газа при изоэнтропийном процессе , может быть найден как:

Для значений менее чем 0.25, стремится к 0, что приводит к обращению последнего члена в 1. Таким образом, для большинства диафрагм справедливо выражение:

Подставив уравнение (4) в выражение для массового расхода (3) получим:

Таким образом, конечное выражение для несжатого (т.е., дозвукового) потока идеального газа через диафрагму для значений β меньших, чем 0.25:

Помня что и (уравнение состояния реального газа с учётом фактора сжимаемости)

Текущая версия страницы пока не проверялась

Текущая версия страницы пока не проверялась опытными участниками и может значительно отличаться от, проверенной 5 ноября 2014; проверки требуют.

Схема установленной диафрагмы в кольцевой камере (которая, в свою очередь, вставлена в трубу). Принятые обозначения: 1. Диафрагма; 2. Кольцевая камера; 3. Прокладка; 4. Труба. Стрелки показывают направление жидкости/газа. Оттенками цвета выделено изменение давления.

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).

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:

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

Таким образом, конечное выражение для несжатого (т.е., дозвукового) потока идеального газа через диафрагму для значений β меньших, чем 0.25:

Диафрагмы для измерения расхода - это простые приспособления, которые устанавливаются в трубопроводах для сужения потока жидкости, газа и пара. Это плоский, круглый диск с проходным сечением или отверстием. Диафрагмы обычно классифицируются в зависимости от формы проходного отверстия и/или его расположения на диске.

Применение диафрагмы

Размер, форма и расположение отверстия диафрагмы - это конструктивное решение, зависящее от того, для каких установок предназначена эта диафрагма. Например, эксцентрическую диафрагму можно было бы использовать для влагонасыщенных газов, это бы позволило конденсирующейся в нижней части трубопровода жидкости пройти через отверстие. Сегментную диафрагму, с проходным отверстием в виде части окружности, расположенным в верхней части, установленной в горизонтальном положении трубы, можно было бы использовать для жидкостей с большим насыщением газами, которые могут подниматься и скапливаться в верхней части трубопровода. В любом из случаев целью этих конструктивных решений является предотвращение скопления какого-либо вещества выше по потоку относительно диафрагмы. Это будет изменять расход жидкости, газа или пара и приводить к неточностям во время измерений.

Это пример трубопровода с концентрической диафрагмой, установленной между двумя фланцами. Фланец - это венец вокруг трубы, с помощью которого осуществляет болтовое соединение двух секций труб. Перепад давления, созданный в результате установки диафрагмы, измеряется с помощью расположенных по обе стороны диафрагмы отборов. Отбор - это отверстие в трубе с вмонтированной в него трубкой.

Маркировка диафрагм

Обычно на диафрагмах стоит маркировка с указанием информации по поводу размера проходного отверстия. Как правило, эта информация отштампована на хвостовике диафрагмы. Кроме размера проходного отверстия, там может быть и другая информация, такая как: название завода-изготовителя и код материала, из которого изготовлена диафрагма, соответствующий размер трубы, для установки в которую сконструирована данная диафрагма. Эта информация предельно важна для киповца, которому приходится заниматься заменой диафрагм при повреждении или по причине того, что она сработалась. На хвостовике новой диафрагмы, которую устанавливают, должна быть такая же маркировка с информацией идентичной информации заменяемой старой диафрагмы.

По причине того, что диафрагмы могут быть специальной конструкции для правильной бесперебойной эксплуатации, необходимо соответствующее проекту размещение проходного отверстия. Многие производители при маркировке всех своих диафрагм добавляют слова «Up» (вверх) или «Inlet» (входная). В противном случае, при отсутствии данных слов в маркировке, общее правило монтажа всех диафрагм такого: устанавливать диафрагму нужно таким образом, чтобы сторона с маркировкой была входной для проходящего через диафрагму потока. Ориентация при установке диафрагм без маркировки определяется в зависимости от типа ребер проходного отверстия.

На рисунке выше в качестве примера изображены две диафрагмы со следующими типами ребер проходного отверстия: ребро диафрагмы со скосом и с углубленной фаской, нарезанной по краю ребра. В обоих случаях ребро проходного отверстия с другой стороны диафрагмы обычное прямоугольное, без скоса или фаски.

В обоих случаях, как при установке диафрагм с маркировкой, так и при установке диафрагм без маркировки, следует устанавливать диафрагму так, чтобы поток входил в диафрагму со стороны обычного прямоугольного ребра проходного отверстия. Скошенное или с нарезной фаской ребро проходного отверстия должно находится со стороны ниже по потоку относительно диафрагмы.

Замена диафрагмы

По мере сработанности обычное прямоугольное ребро у диафрагмы становиться округлым и приходит необходимость замены её на новую. При замене диафрагмы по причине того, что она сработалась, должны быть учтены два основных фактора: новая диафрагма должна быть идентична сработанной, и установка диафрагмы должна быть выполнена в соответствии с правильной ориентацией сторон диафрагмы.