Расходомеры с напорным устройством (трубка Пито)

Напорные устройства создают перепад давления, зависящий от динамического давления потока. Они преобразуют кинетическую энергию потока в потенциальную. К этим устройствам относят напорные трубки: трубки, усреднители, крылья и усилители.

Достоинствами напорных устройств являются: малые потери давления, возможность измерения в трубах и каналах некруглого сечения, доступность измерения местных скоростей при экспериментальных и других работах. Недостаток - очень маленькая чувствительность при небольших скоростях.

Классический пример напорного устройства - трубка Г- образной формы с отверстием, направленным навстречу потоку (рис. 5.13), которая называется трубкой Пито (Н. Pitot - французский учёный, 1695 - 1771). Такая трубка воспринимает пол-

pV2

ное давление рп, которое равно сумме динамического р() = ^

и статического рс давлений потока.

Трубка Пито с коническим концом

Рис. 5.13. Трубка Пито с коническим концом

Чтобы с помощью такой трубки измерить скорость V в трубопроводе, необходимо кроме трубки Пито иметь еще одну трубку для отбора статического давления рс. Тогда дифмано- метр, который измеряет разность давлений Ар = р„-рс = р,>, будет служить для определения скорости потока по формуле

где к,„ - коэффициент трубки; ксж- коэффициент, учитывающий сжимаемость газа, определяемый уравнением

V V

где х ~ показатель адиаоаты газа; ма = — = -?— - число

с Jxplp

Маха(Е. Mach - австрийский учёный, 1838- 1916).

Для жидкости коэффициент сжатия ксж = 1. Для воздуха при нормальных условиях эта поправка составляет около 0,5 % при Г =70 м/с.

В большинстве случаев трубки для отбора полного и статического давлений конструктивно объединяют. Подобное устройство называют дифференциальной трубкой Пито или трубкой Пито-Прандтля (L. Prandtl - немецкий учёный, 1875 - 1953) (см. рис. 5.14). Такая трубка состоит из двух трубок, одна из которых расположена концентрично внутри другой. Центральная имеет открытый конец, направленный навстречу потоку. Она воспринимает полное давление р„. Статическое давление воздействует через отверстия, находящиеся на цилиндрической поверхности внешней трубки. Оси этих отверстий перпендикулярны к оси трубки, а значит, и к направлению движения потока. Дифманометр, соединённый с дифференциальной трубкой Пито, измеряет динамическое давление рд, которое равно разности полного р„ и статического рс давлений.

Трубка Пито-Прандтля с коническим концом

Рис. 5.14. Трубка Пито-Прандтля с коническим концом

Часть трубки, параллельная оси трубопровода, называется головкой, а перпендикулярная к этой оси - держателем. Носовая часть трубки имеет обтекаемую форму: коническую, полусферическую или полуэллипсоидальную. Расстояние отверстий для отбора статического давления от начала трубки должно быть не менее (6 - 8)d, а от держателя - нс менее (8 - 14)<г/, где d - наружный диаметр внешней трубки. Это необходимо для правильного отбора рс. Обычно общая длина головки находится в пределах от 15 до 26 d. Диаметр отверстия для приёма полного давления равен (0,1 - 0,2)d, но не более 1,6 мм, причём число этих отверстий должно быть не менее шести. Головка с держателем соединяется по дуге с радиусом (3 ± 0,5)с/ или же впритык.

Во избежание возмущающего влияния трубки на поток в трубопроводе желательно, чтобы площадь s проекции трубки вместе с держателем на поверхность, перпендикулярную к оси трубопровода, составляла не более 2 % от площади sm попереч-

$

ного сечения трубопровода. Если же 2 % < — < 6 %, то резуль-

Sm

таг измерения Ар надо уменьшить на величину 6,i;„ равную (ГОСТ 8.439-81)

/

где коэффициент к изменяется от 1 до 0,8 при .— - от 0 до 0,1

эК,

соответственно (/ - расстояние между концом носика и осью держателя трубки).

При s/sm > 6 % применять напорные трубки не следует. Существуют следующие методы измерения расхода с помощью дифференциальной трубки Пито.

  • 1. Метод «площадь - скорость» (стандарт ИСО 3966-70 и ГОСТ 8.439-81), при котором сечение потока разбивается на ряд элементарных площадок, которых должно быть не менее 12 (кольцевых при круглом сечении трубопровода), и по измерению скорости в каждой из них определяется средняя скорость Ус потока.
  • 2. Непосредственное измерение средней скорости Ус в месте её существования. Его применяют при измерении средней скорости Уг в трубах с D> 300 мм лишь при осесимметричном потоке при достаточной длине I, прямого участка трубы. ГОСТ 8.361— 71 устанавливает точку средней скорости при развитом турбулентном течении на расстоянии (0,242 + 0,013)/? от внутренней поверхности трубы радиусом R.
  • 3. Измерение скорости Vmax вдоль оси круглой трубы с последующим определением по ней средней скорости Ус.
  • 4. Измерение местной скорости У„ в произвольной точке сечения, в которой известно соотношение местной У„ и средней Vc скорости. Надо заметить, что этот метод не нормирован.

С помощью этих методов СКП объёмного расхода определяют по формуле

где и сг, - СКП определения средней скорости Ус и площади сечения трубопровода .у соответственно.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >