Преображенский В.П. Теплотехнические измерения и приборы (1240837), страница 116
Текст из файла (страница 116)
Ротаметр (рис. 16-1-1) в простейшем виде соа . а стоит из вертикальной конусной стеклянной труб- Т ки 7, внутри которой находится чувствительный элемент 2, выполненный в виде поплавка. Для обеспечения устойчивой работы поплавка верхний его обод снабжен каналами с крутым наклоном. Под действием потока жидкости или газа поплавок вертикально перемешается и одновременно приходит во вращательное движение и центрнруется в середине потока. По перемещению поплавка ротаметра вдоль его шкалы, нанесенной на конусной стеклянной трубке (на рис. 16-1-1 шкала не показана), судят об объемном расходе в единицу времени (л,'ч, матч).
Имеются ротамегры, у которых поплавок не совершает вращательного движения, а корпус их выполнен из металла. В приборе, называемом поршневым расходомером (рис. 16-1-2, а), чувствительным элементом является поршень 1, находящийся внутри втулки 2. Эта втулка имеет круглое входное отверстие 6 и прямоугольное выходное отверстие 6. Выходное отверстие является своего рода диафрагмой переменного сечения. Размеры его подбираются в зависимости от пропускной способности расходомера.
Сила тяжести поршня регулируется в зависимости от верхнего предела измерения с помощью дополнительных грузов 4. Поршень с помощью штока соединен с сердечником передающего преобразователя 8. Протекающая через входное отверстие жидкость поступает непосредственно под поршень и поднимает его. Поршень, перемешаясь вверх, открывает в большей или меньшей степени отверстие выходной диафрагмы.
Протекающая через диафрагму жидкость одновременно заполняет надпоршневое пространство, которое соединено с каналом за диафрагмой. Прямоугольная форма выходного отверстии обеспечивает линейную зависимость между подъемом поршня и расходом вещества. Поплавковый расходомер постоянного перепада давления (рис. 16-1-2, б) состоит из чувствительного элемента 1, выполненного в виде поплавка, и конического седла 2, расположенного в корпусе прибора.
Отсчетное устройство на схеме расходомера Рпс. 16-1-2. Схеиы поршневого (а) и попаавкового (б) расхопо веров. не показано. В расходомерах этого типа коническое седло выполняет ту же роль, что и коническая трубка у ротаметра. Различие заключается лишь в том, что длина и днаамтр седла примерно равны, в то время как у ротаметра длина конической трубки значительно больше ее диаметра. Имеются и другие разновидности расходомеров обтекания (69).
Следует отметить, что поршневые и поплавковые расходомеры (рис. 16-1-2) широкого распространения ие получили. 16-2. Основы теории ротаметров Поток жвдкости нли газа, протекающий снизу вверх в конусной трубке ротаметра (рис. 16-1-1), поднимает поплавок до тех пор, пока площадь кольцевого отверстия г'„между поплавком и внутренней поверхностью конусной трубки не достигнет такого размера, при котором действующие на поплавок силы уравновешиваются. При достижении равновесия сил поплавок устанавливается иа высоте, соответствующей определенному значению расхода.
На носовую часть поплавка снизу вверх действуют две силы: сила от давления потока д = р,'гп и сила трения потока о поплавок д, = кп," га „. Сверху вниз на поплавок действуют также две силы: сила тяжести поплавка д„= рпр„д и сила от давления потока и = р,'г„. Здесь р,' и р„' — среднее давление потока на единицу носовой и верхней поверхностей поплавка соответственно; г — площадь наибольшего поперечного сечения поплавка; к— коэффициент сопротивления, зависящий от степени шероховатости поверхности и числа Рейнольдса; цр — средняя скорость потока в кольцевом отверстии Г„; п — показатель, зависящий от размера скорости п,р, Ес„ — площадь боковой поверхности поплавка; п„ вЂ” объем поплавка; д' — ускорение свободного падения; р,— плотность материала поплавка.
Условие равновесия поплавка определяется выражением и Ре и+кпсгРб.п Р~Ра+ 1 арий откуда находим разность средних давлений на носовую н верхнюю поверхности поплавка: Р1 Ря р' (~ пРпй~ кпсРРб.л)' п (16-2-1) Так как с увеличением расхода площадь кольцевого отверстия Р„увеличивается, то можно допустить, что скорость о,р при всех расходах остается постоянной, правая часть выражения (16-2-1) не зависит от значения расхода и для данного прибора остается постоянной. Из сказанного следует„что Р; — Р, '=- сопз1, что н дает основание ротаметр называть расходомером постоянного перепада давления.
Разность статических давлений Рт — Р„действУющнх на поплавок с учетом гидростатического давления, не является постоянной. На значение этой разности давлений влияет сила от динамического давления потока (16-2-2) где ср — коэффициент сопротивления поплавка, зависящий от его формы; р — плотность жидкости (газа), протекающей через рота- метр; п, — средняя скорость потока в сечении а — а (рис.
16-1-1). С учетом выражения (16-2-2) и уравнения (16-2-!) имеем: 2 Рт — Ра = р-. ~~'прпй кпсррь. и — ФРп з ) ° (16-2-3) Из этого уравнения следует, что с увеличением расхода, а следовательно„ и скорости и„ значение перепада давления на поплавке р~ — р, убывает. Полный же перепад давления на ротаметре с ростом расхода будет увеличиваться. Это обусловливается ростом потери давления с увеличением расхода жидкости, протекающей через ротамегр. Для промышленных ротаметров потери давления от установки ротаметра в линии обычно не превышают 0,1 кгс,'ем~ для жидкостей и 0,05 кгс1см' для газов. Для вывода уравнения расхода среды, протекающей через рота- метр, воспользуемся уравнением Бернулли для сечений а — а и Ь вЂ” Ь (рис.
16-1-1): 2 а Я Ра 1 На~а ! 1 Рь ( ~а~'ь ( 1 ( еь ~~' (16 2.,1) 2я ' где ра — среднее статическое давление в сечении а — а, начиная с которого сказывается возмущающее воздействие поплавка на поток; рь — среднее статическое давление в сечении Ь вЂ” Ь, проходящем в самом узком месте струи после прохода ее через кольцевое отверстие г'„; еь — средняя скорость потока в сечении Ь вЂ” Ь; к и я» — коэффициенты неравномерности распределения скорости в сечениях а — а и Ь вЂ” Ь соответственно; (а и (ь — высоты сечений а — а и Ь вЂ” Ь над некоторым начальным уровнем; в — коэффициент потери энергии на участке между сечениями а — а и Ь вЂ” Ь. Остальные обозначения соответствуют принятым выше. Согласно условию неразрывности струи для несжимаемой жидкости для сечений а — а и Ь вЂ” Ь справедливо равенство Яа = оаг"а = о»Ь'» =- о»РРа, где О, — объемный расход жидкости; Р и Еь — площадь потока в сечениях а — а и Ь вЂ” Ь; ц = Р»7Ä— коэффициент сужения.
Из уравнения (16-2-4), учитывая условие неразрывности струи, получаем 21Уа — Рь), ~о Г ьl- а 2Д (!ь !а) ь *, ~ к»+5 ка)» 1 Р !»~Г~ ~ ,г.7' ) или 2(Р— Р) Юаа Г за» = — ~~ ь+й — к,р ~ — "~ ~, (16-2.5) Р 1гР ак аа где ф= " '; 1=1» — (а. щ Ри' Подставляя в уравнение (!6-2-5) значение р,— р, по уравнению (16-2-3) и решая его относительно ~, находим: р 1/ 2ф'п(ра — р) (16-2-6) Р а р р М -~/ л0' р.— л.1р) — ь — ч .~ Г + »~7'а)а К»а(ра Р) Уравнение расхода (16-2-6) показывает, что расход среды, протекающей через ротаметр, зависит от двух переменных с» и г„. При этом коэффициент расхода с», как видно из приведенных выражений, зависит от большого числа величин и, кроме того, от геометрической формы поплавка (59).
Для экспериментальной градуировки ротаметров, предназначенных для измерений расхода жидкостей или газов, применяют в качестве градуировочной среды воду и воздух (ГОСТ 13045-67). Б инструкциях по монтажу и эксплуатации ротаметров обычно приводится методика для пересчета показаний ротаметра на измеРяемую среду с учетом плотности и вязкости. 16-3.
Устройство ротаметров Ротаметры, применяемые для измерения объемного расхода жидкостей и газов, имеют несколько разновидностей 1751. Ротамегры, применяемые для местного измерения расхода, изготовляются со стеклянной конусной трубкой в виде показывающих приборов. Ротаметры, имеющие металлический корпус, снабжаются передающими измерительными преобразователями с злектрнческим или пневматическим выходным сигналом. Эти ротаметры работают в комплекте с вторичными приборамн.
Ротаметры с металлическим корпусом близки по своему устройству к поплавг ковым расходомерам. Рис. ! 6-3-1. Рота- истры со стеклянной конусиой трубкой. Рнс. 16-3-2. Рстаметры с днбареренциально-трансформаторным передающим пресбрааонктелем. а — с коваческкы попеавкоы: б — с срибсабраакыы поплавком. Рота метры указанных разновидностей выпускаются классов точности: 1,0; 1,5; 2,5; 4,0 1ГОСТ 13045-67). На рис. 16-3-1 показано устройство ротаметра со стеклянной конусной трубкой 1, которая зажата в патрубках 2 и 3, снабженных сальниками.
Оба патрубка между собой связаны тягами 4 с 'надегыми на них ребрами -б. Эта армировка придает прибору необходимую прочность. Внутри патрубка 2 имеется седло, на которое опускается поплавок б прн нулевом расходе жидкости или газа. Верхний патрубок 3 снабжен ограничителем ходи поплавка 7. Шкала наносится непосредственно на внешней поверхности стек- лянной конусной трубки; Указателем у ротаметров со стеклянной трубой служит верхняя горизонтальная плоскость поплавка. Ротаметры со стекляшюй конусной трубкой применяются для измерения расхода газов или прозрачных жидкостей, находящихся под давлением не более 6 кгс/см' (0,6 МПа). Ротаметры, снабженные передающими преобразователями с электрическим выходным сигналом, показаны на рис. 16-3-2. Ротаметр, показанный на рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
