СУЖАЮЩИМ УСТРОЙСТВОМ – ДИАФРАГМА

⇐ ПредыдущаяСтр 4 из 4

Наиболее простым и надёжным способом измерения расхода жидкости является способ "переменного перепада давления", принцип действия которого основан на измерении разности давлений в установленном внутри трубопровода сужающем устройстве. При прохождении потока через сужающее устройство происходит изменение потенциальной энергии вещества, часть которой вследствие местного сжатия струи и соответствующего увеличения скорости потока преобразуется в кинетическую энергию. Изменение потенциальной энергии приводит к появлению разности статических давлений (перепаду давлений), которая определяется при помощи дифференциального манометра (пьезометров). Так как согласно закону сохранения энергии суммарная энергия движущейся среды уменьшается только на величину потерь на трение, удар и завихрение, то по измеренному перепаду давлений может быть определена кинетическая энергия потока при прохождении через сужающее устройство, а по ней – средняя скорость и расход вещества.

Наибольшее распространение в измерительной технике получил метод сужения потока при помощи диафрагм (рис. 9), как наиболее простого и дешёвого устройства. Диафрагма представляет собой плоский диск из нержавеющей стали с круглым отверстием, сечение которого меньше сечения трубопровода, в котором она устанавливается. Центр отверстия диафрагмы должен совпадать с центром сечения трубопровода. Отверстие имеет со стороны входа струи цилиндрическую форму с острой прямоугольной входной кромкой и коническое расширение в сторону выхода струи.

Рис. 9. Нормальная диафрагма в круглом трубопроводе

Угол конусности находится в пределах 60° – 120°. Отбор давления производится через отверстия в трубопроводе непосредственно у плоскостей диафрагмы.

На рис. 10 показаны вид струи жидкости и характер изменения давления до и после диафрагмы, установленной в круглом трубопроводе.

Перед диафрагмой поток сужается от полного сечения трубопровода до сечения отверстия диафрагмы . Под действием сил инерции и центробежных сил струя продолжает сужаться и за диафрагмой и достигает наименьшего сечения на некотором расстоянии от диафрагмы. Далее струя постепенно расширяется и снова заполняет всё сечение трубы. Перед и за диафрагмой образуются углы с вихревым движением, причем зона вихрей после диафрагмы более значительна, чем до неё.

Рис. 10 Вид струи и характер изменения давления и скоростиt
на участке установки диафрагмы.

Соответственно уменьшению сечения струи изменяются скорость (кинетическая энергия) и давление (потенциальная энергия) протекающей жидкости. В сечении скорость больше, чем в сечении , а давление , наоборот, в сечении меньше, чем в сечении . Далее струя достигает наибольшей скорости в наименьшем своём сечении , и в этом сечении получаем, соответственно, наименьшее давление . Далее, по мере расширения струи, давление её около стенки снова повышается, но не достигает прежнего значения ввиду наличия гидравлических потерь .

Для случая несжимаемой жидкости и отсутствия теплообмена между жидкостью и стенками трубопровода можно на основании закона Бернулли составить следующее уравнение равновесия для сечений 1 и 2 потока

, (12)