Kovová deska s otvorem je jednoduchý a relativně levný standardní prvek primárního průtokoměru. Membrána stlačuje tok a vytváří tlakový rozdíl napříč deskou. Výsledek je vysoký tlak před (ve směru proudění) membránou a nízký tlak za membránou, jehož rozdíl je úměrný druhé mocnině rychlosti proudění. Membrána obvykle nabízí větší odpor průtoku než jiná primární zařízení.

Praktickou výhodou tohoto zařízení je, že jeho cena se mírně zvyšuje s velikostí potrubí. A samozřejmě velmi dobře propracovaná je teorie použití diafragm, metody kalibrace a ověřování. Na komerčních měřicích stanicích proto většina průtokoměrů stále používá jako primární prvek membránu.

Měřicí membrány jsou široce používány v průmyslu. Jsou účinné pro měření průtoku „čistých“ produktů a v případech, kdy lineární tlakové ztráty nebo dodatečné zatížení čerpadel nejsou kritické.

Otvor (měření průtoku)

Schéma instalované membrány v prstencové komoře (která je zase vložena do potrubí). Přijatá označení: 1. Clona; 2. Prstencová komora; 3. Těsnění; 4. Trubka. Šipky ukazují směr kapaliny/plynu. Změny tlaku jsou zvýrazněny odstíny barev.

Průtok plynu přes membránu

V zásadě platí rovnice (2) pouze pro nestlačitelné tekutiny. Lze jej však upravit zavedením koeficientu roztažnosti, aby se zohlednila stlačitelnost plynů.

Rovná se 1,0 pro nestlačitelné kapaliny a lze jej vypočítat pro plyny.

Výpočet expanzního koeficientu

Expanzní koeficient, který nám umožňuje sledovat změnu hustoty ideálního plynu během isentropického procesu, lze nalézt jako:

Pro hodnoty menší než 0,25 má tendenci k 0, což způsobí, že se poslední člen změní na 1. Pro většinu clon tedy platí výraz:

Dosazením rovnice (4) do výrazu pro hmotnostní tok (3) získáme:

Konečný výraz pro nestlačený (tj. podzvukový) průtok ideálního plynu přes membránu pro hodnoty β menší než 0,25 je tedy:

Pamatujte na to a (stavová rovnice skutečného plynu s přihlédnutím ke stlačitelnosti)

Otvory pro měření průtoku jsou jednoduchá zařízení, která se instalují do potrubí k omezení průtoku kapaliny, plynu a páry. Je to plochý, kulatý kotouč s vývrtem nebo otvorem. Membrány jsou obvykle klasifikovány na základě tvaru otvoru a/nebo jeho umístění na disku.

Aplikace clony

Velikost, tvar a umístění otvoru membrány je konstrukčním rozhodnutím v závislosti na instalaci, pro kterou je membrána určena. Například pro plyny nasycené vlhkostí by mohla být použita excentrická membrána, která by umožnila kapalině kondenzující na dně potrubí procházet otvorem. Pro kapaliny s vysokým nasycením plyny, které mohou stoupat a hromadit se nahoře, lze použít segmentovanou membránu s otvorem ve tvaru části kruhu umístěnou nahoře, instalovanou ve vodorovné poloze potrubí. potrubí. V obou případech je účelem těchto konstrukcí zabránit akumulaci jakékoli látky před membránou. To změní průtok kapaliny, plynu nebo páry a povede k nepřesnostem během měření.

Toto je příklad potrubí se soustřednou membránou instalovanou mezi dvěma přírubami. Příruba je koruna kolem trubky, pomocí které přišroubuje dvě části trubek. Tlakový rozdíl vzniklý instalací membrány se měří pomocí kohoutů umístěných na obou stranách membrány. Kohoutek je otvor v potrubí, v němž je zabudovaná trubka.

Značení bránice

Typicky jsou membrány označeny informací o velikosti průchozího otvoru. Obvykle je tato informace vyražena na dříku membrány. Kromě velikosti prostupu mohou být uvedeny i další údaje, jako např.: jméno výrobce a kód materiálu, ze kterého je membrána vyrobena, odpovídající rozměr trubky pro instalaci, do které je tato membrána navržena. Tato informace je mimořádně důležitá pro pracovníka společnosti Kipovo, který se musí potýkat s výměnou membrán, když jsou poškozené nebo protože mají poruchu. Na dříku nové membrány, která se instaluje, musí být stejné označení s informacemi shodnými s informacemi o vyměňované staré membráně.

Vzhledem k tomu, že membrány mohou být speciální konstrukce pro správný nepřerušovaný provoz, je nutné umístění průchozího otvoru podle provedení. Mnoho výrobců přidává ke všem svým membránám slova „Up“ nebo „Inlet“. V opačném případě, pokud tato slova nejsou zahrnuta v označení, obecné pravidlo Instalace všech membrán je následující: membrána musí být instalována tak, aby strana s označením byla vstupem pro průtok procházející membránou. Orientace při instalaci neoznačených membrán je určena v závislosti na typu lamel v průchozím otvoru.

Výše uvedený obrázek ukazuje jako příklad dvě membrány s následujícími typy žeber clony: membránové žebro se zkosením a membránové žebro se zapuštěným zkosením vyříznutým podél okraje žebra. V obou případech je hrana průchozího otvoru na druhé straně membrány obvykle obdélníková, bez zkosení nebo zkosení.

V obou případech, jak při instalaci membrán se značením, tak při instalaci membrán bez značení, by měla být membrána instalována tak, aby proudění vstupovalo do membrány ze strany normálního obdélníkového žebra průchozího otvoru. Zkosená nebo závitová hrana průchozího otvoru by měla být umístěna na straně po proudu vzhledem k membráně.

Výměna membrány

Jak se opotřebovává, obvyklá obdélníková hrana membrány se zaobluje a je nutné ji vyměnit za novou. Při výměně membrány, protože selhala, je třeba vzít v úvahu dva hlavní faktory: nová membrána musí být identická s vadnou a montáž membrány musí být provedena v souladu se správnou orientací stran membrány.

Princip činnosti

Membrána vytváří dynamický tlak. Svislým sloupcem látky v potrubích diferenčního tlaku je přenášena do měřicí cely diferenčního měřicího převodníku. tlak. Měřicí převodník převádí tlakový signál s kořenovou charakteristikou na proud úměrný průtoku nebo digitální signál, například Profibus.

Konstrukce zařízení škrticí klapky

Tvary škrticí klapky

Škrtící zařízení jsou vyráběna v souladu s DIN EN ISO 5167. Rozsah použití normalizovaného škrtícího otvoru formy A je proto omezen Reynoldsovým číslem. Hranice závisí na poměru průměrů β = d/D. (D: vnitřní průměr trubky).

Pro Reynoldsova čísla v rozsahu přibližně 103 až 105 je možné měřit škrticí dírou tvaru B (čtvrtkruh) s mírně vyšší přesností. Poloměr profilu r závisí na poměru průměrů β a získá se z výpočtu průměru d otvoru škrticí klapky.

Tvar D válcového otvoru se používá k měření v obou směrech proudění.

Sací armatury

Typ závitových a svařovaných spojů v závislosti na měřené látce a jmen. tlak ventilu

Typ připojení armatury závisí na měřené látce a jmen. tlak uzavíracích ventilů; délka šroubení závisí na průměru (průměru potrubí) škrtícího zařízení a Provozní teplota(kvůli tepelné izolaci!); Poloha armatury závisí na měřené látce a směru proudění.

Závitové spoje sací armatury, rozměry v mm

Svařované spoje sacích armatur, rozměry v mm

Poloha sacích armatur

Při měření kapalin a plynů může být umístění sacích armatur libovolné; Při měření páry musí být vyrovnávací nádrže ve stejné výšce.

• horizontální parní vedení

Vodorovné čáry od stěny s kombinací škrtícího zařízení a ventilu; pro membránu s prstencovou komorou nebo plnou membránu se speciální instalační délkou 65 mm.

U horizontálních parovodů jsou rovné armatury umístěny proti sobě nebo, pokud potrubí vede blízko stěny, zakřivené armatury na jedné straně.

• vertikální parní vedení

Vertikální parní potrubí se škrtícím zařízením a kombinací ventilů

U vertikálních nebo ohýbacích parních vedení je spodní armatura zahnuta nahoru, takže i zde jsou spojovací příruby a vyvažovací nádrže ve stejné výšce.

1) Není možné u membrán s jednotlivými otvory (instalační délka 40 mm). Zvláštní možné instalační délka 65 mm.

²) Možné pouze u membrán s prstencovými komorami (instalační délka 65 mm) se zahnutými sacími přípojkami.

³) Úhel γ závisí na jmenovitém tlaku a průměru podle DIN 19 205.

Princip metody měření diferenčního tlaku

Princip metody měření diferenčního tlaku: rozložení tlaku v zúžení potrubí

Pro měření průtoku je v místě měření instalováno škrticí zařízení, které se zužuje a má dvě přípojky pro sběr diferenčního tlaku. Pokud jsou vlastnosti škrtícího zařízení a měřeného média známé, takže lze vypočítat níže uvedenou rovnici, pak je pokles tlaku měřítkem pro absolutní průtok. Není třeba provádět srovnávací měření; Měření průtoku může být nezávisle ověřeno výrobcem přístroje.

Metoda měření tlakové ztráty je založena na zákonu kontinuity a Bernoulliho rovnici.

Podle zákona kontinuity je proudění tekutiny v potrubí ve všech místech stejné. Zúžení průřezu v jednom místě způsobí zvýšení průtoku v tomto místě. Vnitřní energie proudící látky je podle Bernoulliho rovnice konstantní, je součtem statické (tlakové) a kinetické (pohybové) energie. Zvýšení rychlosti tedy způsobí pokles statického tlaku (viz obr. „Princip metody měření diferenčního tlaku: rozložení tlaku v zužující se linii“). Tento tlakový rozdíl, nazývaný diferenční tlak, je mírou průtoku.

Obecný poměr: q = c√Δp

• q: průtok (q m, q v) hmotnostní nebo objemový průtok
• Δp: pokles tlaku
• c: koeficient v závislosti na velikosti potrubí.

Tato rovnice dokazuje, že pokles tlaku vyplývající z omezení je úměrný druhé mocnině průtoku (viz obrázek „Vztah mezi průtokem q a poklesem tlaku Δp“).

Vztah mezi průtokem q a tlakovou ztrátou Δp

Membrány lze považovat za hlavní obecný průmyslový prostředek měření průtoku kapaliny, plynu a páry. Tak široká distribuce škrticích zařízení je způsobena řadou jejich výhod, z nichž nejdůležitější jsou univerzálnost použití a schopnost měření v širokém rozsahu. Jednoduchost výroby, stejně jako absence potřeby standardních průtokoměrných instalací pro kalibraci a ověřování v případě použití normalizovaných omezovacích zařízení. To umožňuje určit průtok na základě rozdílu přes membránu výpočtem a chybu této metody lze poměrně přesně posoudit.

Vztah mezi průtokem a poklesem tlaku přes clonu

Pohyb proudění tekutiny přes membránu je schematicky znázorněn na Obr. 6.1. Zužování proudnice začíná v řezu A-A před bránicí, v řezu B-B komprese trysky co nejvíce. V sekce C-C proud se roztáhne do své původní velikosti a zcela vyplní průřez trubky. Zvyšování průměrné rychlosti z hodnoty na hodnotu v úseku B-B, a proto dochází ke kinetické energii v důsledku poklesu tlaku až do tlaku v hrdle (nejmenší části) proudnice.

V sekci C-C je tlak větší než v sekci B-B, ale nedosahuje hodnoty v sekci A-A v důsledku energetických ztrát na membráně.

Napišme Bernoulliho rovnici pro úseky A-A a B-B:

- koeficienty kinematické energie v řezech A-A a B-B,

- koeficient odporu v úseku od A-A do B-B, vztažený k rychlosti .

- hustota pracovní tekutiny;

- gravitační zrychlení.

A B C)

Rýže. 6.1. Průtok přes membránu:

a) – vývojový diagram;

b) – změna tlaku (u stěny potrubí,

uprostřed potrubí);

c) – změna průměrné rychlosti.

Poměr plochy hrdla trysky do oblasti otvoru membrány představuje proudový kompresní poměr .

Uveďme poměr plochy otvoru membrány na plochu průřezu potrubí
- relativní plocha omezovacího zařízení (modul membrány),

.

Po vyjádření
, získáme pomocí Bernoulliho rovnice,

Tento vzorec bere v úvahu pomocí koeficientu, že body odběru tlaku A po bránici se zpravidla neshoduje s úseky A-A a B-B.

N
Nejběžnějšími způsoby tlakového odpichu jsou úhelník a příruba (viz obr. 6.2 a 6.3).

Rýže. 6.2. Standardní clona:

a – s bodovým úhlovým výběrem A ;

b – s komorovým úhlovým výběrem A

(1 mm<S<12 мм)

Rýže. 6.3. Membrána s přírubovým tlakovým kohoutem:

a – v přírubách; b – objemově;

, Kde
mm

Pokud se bere tlak v úsecích A-A a B-B, pak koeficient
.

Vyjádření průtoku tekutiny skrz dostaneme

, a

.

Z výše uvedeného je zřejmé, že součinitel průtoku pro membrány závisí na. Pro usnadnění analýzy vlivu těchto faktorů na koeficient průtoku Představme si to jako součin řady faktorů, z nichž každý charakterizuje vliv jedné z uvedených veličin:

,

kde pro clonu:

určuje podíl účasti počáteční kinetické energie na vzniku kinetické energie paprsku vycházejícího ze zužovacího zařízení (u hrdla paprsku);

;

ztrátový faktor;

koeficient rozdělení rychlosti. Ze ztrátového faktoru to prakticky nezávisí, protože na
chyba nepřesahuje
%. Li A
jsou tedy rovny 1

Pro usnadnění výpočtu omezovacích zařízení se zavádí výfukový koeficient

.

Součinitel S charakterizuje procesy probíhající přímo v konstrikčním zařízení.

Hodnotu průtokového součinitele ovlivňuje kromě výše uvedených faktorů i drsnost potrubí, otupení nátokové hrany atp.

Aniž bychom se podrobně zabývali studiem chování každého z koeficientů (více se o tom dočtete v), přejděme ke stanovení průtoku pomocí doporučení pro stanovení odtokových koeficientů získaných v důsledku zpracování velkého množství experimentálních dat. .