Как рассчитать перепад давления

Расходомеры переменного перепада давления

Для получения сравнимых результатов измерений объемный расход газа или пара приводят к стандартным условиям.

Приборы, измеряющие расход вещества, называют расходомерами. Приборы, измеряющие количество вещества, протекающее через данное сечение трубопровода за некоторый промежуток времени, называют счетчиками количества. При этом количество вещества определяется как разность двух последовательных показаний счетчика в начале и конце этого промежутка времени. Показания счетчика выражаются в единицах объема, реже — в единицах массы. Прибор, одновременно измеряющий расход и количество вещества, называют расходомером со счетчиком. Расходомер измеряет текущее значение расхода, а счетчик выполняет интегрирование текущих значений расхода.

В последнее время граница между счетчиками и расходомерами практически исчезает. Расходомеры оснащают средствами для определения количества жидкости или газа, а счетчики — средствами для определения расхода, что позволяет объединить счетчики и расходомеры в одну группу приборов — расходомеры.

Устройство (диафрагма, сопло, напорная трубка), непосредственно воспринимающее измеряемый расход и преобразующее его в другую величину, удобную для измерения (например, в перепад давления), называют преобразователем расхода.

Принцип действия расходомеров этой группы основан на зависимости перепада давления, создаваемого неподвижным устройством, устанавливаемым в трубопроводе, от расхода вещества.

При измерении расхода методом переменного перепада давления в трубопроводе, по которому протекает среда, устанавливают сужающее устройство (СУ), создающее местное сужение потока. Из-за перехода части потенциальной энергии потока в кинетическую средняя скорость потока в суженном сечении повышается. В результате статическое давление в этом сечении становится меньше статического давления перед СУ. Разность этих давлений тем больше, чем больше расход протекающей среды, и, следовательно, она может служить мерой расхода. Перепад давления на СУ (рис. 78, а) равен

где — давление на входе в сужающее устройство; — давление на выходе из него.

Измерение расхода вещества методом переменного перепада давления возможно при соблюдении условий:

1) поток вещества заполняет все поперечное сечение трубопровода;

2) поток вещества в трубопроводе является практически установившимся;

3) фазовое состояние вещества, протекающего через СУ, не изменяется (жидкость не испаряется; газы, растворенные в жидкости, не десорбируются; пар не конденсируется).

Рис.5.78. Расходомеры переменного перепада давления:

а — структура потока проходящего через диафрагму; б — распределение статического давления р вблизи диафрагмы по длине трубопровода; / — сужающее устройство (диафрагма); 2 — импульсные трубки; 3 — -образный дифманометр; — сечение потока вещества, в котором не сказывается возмущающее воздействие диафрагмы; — сечение потока вещества в месте его наибольшего сжатия; в — сопло; г — сопло Вентури

В качестве сужающих устройств для измерения расхода жидкостей, газов, пара широко применяются стандартные сужающие устройства. К ним относят стандартную диафрагму, сопло ИСА 1932, трубу Вентури и сопло Вентури.

Стандартная диафрагма (далее — диафрагма) — диск с круглым отверстием, имеющий острую прямоугольную входную кромку.

Сопло ИСА 1932 (далее — сопло) — СУ с круглым отверстием, имеющее на входе плавно сужающийся участок с профилем, образованным двумя сопрягающимися дугами, переходящий в цилиндрический участок на выходе, называемый горловиной (рис. 78, в).

Расходомерная труба Вентури (далее — труба Вентури) — СУ с круглым отверстием, имеющее на входе конический сужающийся участок, переходящий в цилиндрический участок, соединенный на выходе с расширяющейся конической частью, называемой диффузором.

Вентури — труба Вентури с сужающимся входным участком в виде сопла ИСА 1932 (рис. 78, г).

Эти наиболее изученные средства измерения расхода и количества жидкостей, газа и пара могут применяться при любых давлениях и температурах измеряемой среды.

Установим диафрагму в трубопроводе так, чтобы центр ее отверстия находился на оси трубопровода (рис. 78, а). Сужение потока вещества начинается до диафрагмы, на некотором расстоянии за диафрагмой поток достигает своего минимального сечения. Затем поток постепенно расширяется до полного сечения. На рис. 78, б изображено распределение давлений вдоль стенки трубопровода (сплошная линия), а также распределение давлений по оси трубопровода (штрихпунктирная линия). Давление потока около стенок трубопровода после СУ не достигает своего прежнего значения на величину — безвозвратной потери, обусловленной завихрениями, ударом и трением (затрачивается значительная часть энергии).

Отбор статических давлений и возможен с помощью соединительных импульсных трубок 2, вставленных в отверстия, расположенные до и после диафрагмы / (рис. 78, а), а измерение перепада давления возможно с помощью какого-нибудь измерителя перепада давления (в данном случае -образного дифманометра 3).

Сопло (рис. 78, в) конструктивно изготовляется в виде насадки с круглым концентрическим отверстием, имеющим плавно сужающуюся часть на входе и развитую часть на выходе. Профиль сопла обеспечивает практически полное сжатие потока вещества и поэтому площадь цилиндрического отверстия сопла может быть принята равной минимальному сечению потока, т. е. . Характер распределения статического давления в сопле по длине трубопровода такой же, как и у диафрагмы. Такой же и отбор давлений и до и после сопла, как и у диафрагмы.

Сопло Вентури (рис. 78, г) конструктивно состоит из цилиндрического входного участка; плавно сужающейся части, переходящей в короткий цилиндрический участок; из расширяющейся конической части — диффузора. Сопло Вентури благодаря диффузору обладает меньшей потерей давления, чем диафрагма и сопло. Характер распределения статического давления в сопле Вентури по длине трубопровода такой же, как и у диафрагмы и сопла. Отбор давлений и осуществляется с помощью двух кольцевых камер, каждая из которых соединяется с внутренней полостью сопла Вентури группой равномерно расположенных по окружности отверстий.

Теперь уравнение объемного расхода для несжимаемой жидкости принимает вид:

С учетом введения поправочного коэффициента е, учитывающего расширение измеряемой среды, окончательно перепишем уравнение:

Для несжимаемой жидкости поправочный коэффициент е равен единице, при измерении расхода сжимаемых сред (газа, пара) поправочный коэффициент и определяется по специальным номограммам.

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

Расход вещества, протекающего по трубопроводу, определяется как произведение площади отверстия истечения (F) на среднюю скорость потока (Vc), то есть

Q = F ×Vc (2)

Пользуясь уравнением Бернулли и условием неразрывности струи, можно установить зависимость между расходом жидкости и перепадом давления на сужающем устройстве:

(3)

(4)

α – коэффициент расхода,

d– диаметр отверстия (м),

P1 – давление до сужающего устройства,

P2 – давление после сужающего устройства ,

ε – поправочный коэффициент, учитывающий расширение измеряемой среды,

ρ – плотность измеряемой среды в рабочих условиях (кг/м3).

– поправочный коэффициент, учитывающий расширение сужающего устройства в зависимости от температуры измеряемой среды (в диапазоне температур от -20 до +60 можно принимать Kt=1).

На практике перепад давления Р1-Р2 принято выражать высотой столба жидкости (даже если он измеряется не жидкостным манометром), то есть

( 5)

Р1-Р2 – измеряемый перепад давления (Н/м2)

Н – высота столба жидкости, заполняющей дифманометр (м)

ρ’ – плотность рабочей жидкости в дифманометре (кг/м3)

ρ” – плотность среды, находящейся над рабочей жидкостью (кг/м3)

g– ускорение силы тяжести (м/с2)

Тогда уравнения (3) и (4) перепишутся соответственно

( 6 )

и ( 7 )

Где:

Значения коэффициента А даются в таблицах в зависимости от заполнителя жидкостного диффманометра.

Коэффициент расхода αопределяется для различных типов сужающих устройств путем обработки большого числа тщательно поставленных опытов. Можно использовать полученные ранее опытным путем значенияα(по графикам и таблицам). Это допустимо лишь при соблюдении гидродинамического подобия потоков, которое обусловлено значениямичисла Рейнольдса Re,учитывающего физические свойства потока. Зависимость коэффициента расхода отReтем сильнее, чем меньшеRe.С возрастаниемReзависимость становится все меньше, а при достаточно больших значенияхReкоэффициент расхода не зависит от него.

Минимальное значение числа Рейнольдса, начиная от которого коэффициент расхода при дальнейшем увеличении Reне меняет своего значения, называется предельным числом РейнольдсаRe пред.

Величина предельного числа Рейнольдса зависит от типа сужающего устройства и величины m .

, где :

d– диаметр сужающего устройства.

D– диаметр трубопровода.

Характер зависимости коэффициента расхода от Re и mпоказан на рис.2,3 . Таким образом, исходный коэффициент расхода для данного сужающего устройства является величиной постоянной только при условииRe Re пред.

Каждому значению mсоответствуют определенные значения α исх. (рис.2) и числаReпред. , при котором α = α исх.

Коэффициент расхода называется исходным при гладкой внутренней поверхности трубопровода и острой входной кромке диафрагмы.

В общем случае коэффициент расхода определяется как

,

ООО "ОВК-Автоматика"
(343) 278-45-90

Тепловая автоматика SIEMENS
Регулирующие арматура LDM
Современные инженерные системы

Главная > Публикации > Статьи> Подбор регулятора перепада давления

Подбор регулятора перепада давления

Значения и единицы

Коэффициент расхода в составляющих единицах расхода

Коэффициент расхода при номинальном сдвиге

Коэффициент расхода при минимальной норме расхода

Условный коэффициент расхода арматуры

Объемный расход в рабочем режиме (T ₁ , p ₁ )

Объемный расход в нормальном состоянии (0 о C, 0.101 MПа)

Абсолютное давление перед регулирующим вентилем

Абсолютное давление зарегулирующим вентилем

Абсолютное давление насыщенного пара при данной температуре (T)

Перепад давления на регулирующем вентиле (Δp = p ₁ – p ₂ )

Плотность рабочей среды в режиме эксплуатации (T ₁ , p ₁ )

Плотность газа в нормальном состоянии (0 C, 0.101 MПa)

Абсолютная температура перед вентилем (T ₁ = 273 + t )

Вычисление коэффициента Kv

Основной расходной характеристикой регулирующей арматуры является у словный коэффициент расхода Kvs . Его величина обозначает характерный расход через данную арматуру в четко установленных условиях при 100%-ом открытии. Для выбора регулирующей арматуры с тем или иным значением Kvs необходимо произвести расчет коэффициента расхода Кv, который определяет объемный расход воды в м 3 /час , который протечет через регулирующий клапан в определенных условиях (потеря давления на нем в 1 бар, температура воды 15 о С, турбулентное течение, достаточное статическое давление, исключающее возникновение кавитации в указанных условиях).

Ниже в таблице приведены формулы расчета Кv для различных сред

Преимуществом данного коэффициента является его простая физическая интерпретация и то, что в тех случаях, когда рабочей средой является вода, можно упрощенно рассчитать расход прямой пропорцией к корню квадратному перепада давления. Достигнув плотности 1000 кг/м 3 и задав перепад давления в барах, получим простую и самую известную формулу для расчета Кv:

На практике вычисление коэффициента расхода производится с учетом состояния регулирующей цепи и рабочих условий материала по приведенным выше формулам. Регулирующий клапан должен быть подобран так, чтобы он был способен регулировать максимальный расход в данных эксплуатационных условиях. При этом следует контролировать чтобы наименьший регулируемый расход также поддавался регулированию.

При условии, что регулирующее oтношение клапана: r > Kvs / Kv _min

По причине возможного минусового допуска 10% значения Kv ₁₀₀ относительно Kvs и требования касательно возможности регулирования в области максимального расхода (снижение и повышение расхода) рекомендуется выбирать значение Kvs регулирующего клапана, которое больше максимального рабочего значения Kv:

При этом необходимо принимать во внимание содержание “предохранительного припуска” в расчете предполагаемого значения Q _max , который может стать причиной завышения производительности арматуры.

Расчет регулятора перепада давления

Исходные данные: среда – вода, статическое давление в точке присоединения 800 кПа (8 бар),

Δp _доступ = 110 кПа (1,1 бар), Δp _{трубопр} = 10 кПа (0,1 бар), Δp _{теплообм} = 20 кПа (0,2 бар),

Δp _вентил = 30 кПа (0,3 бар), номинальный расход Q _ном = 12 м 3 /ч.

Схема подключения регулирующего контура с регулятором перепада давления

в подающем трубопроводе

Схема подключения регулирующего контура с регулятором перепада давления

в обратном трубопроводе

Примечание: В случае, когда регулятор перепада давления должен отрабатывать большой перепад давления ( Δp _RDT > 250 кПа ), рекомендуется устанавливать регулятор и регулирующий клапан на подающем трубопроводе. Таким образом обеспечиваются более благоприятные условия для работы регулятора и качественного функционирования всей системы.

Сначала рассчитаем Kv значение регулятора перепада давления из отношения:

Δp _RDT = 110- (30 + 20 + 10) = 50 кПа (0,5 бар)

Kv = Q _ном / √ Δp _RDT = 12 / √ 0,5 = 17 м 3 /ч

Предохранительный припуск (при условии, что расход Q не был завышен):

Kvs = (1,1 ÷ 1,3) * Kv = (1,1 ÷ 1,3) * 17 = 18,7 ÷ 22,1 м 3 /ч

Из серийно производимого ряда Kv величин (в данном примере рассмотрим регуляторы давления фирмы LDM) выберем ближайшую Kvs величину, т.е. Kvs = 21 м 3 /ч. Этой величине соответствует регулирующий клапан диаметром DN 40.

Затем определяем требуемое дифференциальное давление регулятора, которое дано суммой потерь давления на участке.

Δp _сети = Δp _клапан + Δp _{теплообм +} Δp _{трубопр} = 30 + 20 + 10 = 60 кПа

Выбираем фланцевый регулятор перепада давления ду40, имеющий диапазон настройки дифференциального давления 25 – 70 кПа из серии RD122D LDM, и получаем типовой номер: RD122D 2211 25/150-40/F.

Требуемое значение перепада давления устанавливается во время монтажа при помощи регулирующей гайки в соответствии рекомендациями, содержащимися в инструкции по монтажу и обслуживанию.

Для быстрого и удобного расчета регуляторов давления можно воспользоваться специальной расчетной программой, которые предлагают производители регулирующей арматуры. Например программа VENTILY от фирмы LDM. У нее есть версия как для РС, так и приложение для Android, что несомненно будет удобно владельцам смартфонов.( перейти на страницу загрузки программы Ventily)