В приборах с постоянным перепадом

Действие этих приборов основано на уравновешивании силы тяжести поплавка силой, развиваемой давле­нием восходящего потока (газом или жидкостью). При этом удель­ный вес поплавка должен быть боль­ше удельного веса жидкости.

Этот принцип использован в ро­таметре (рис. 1), который пред­ставляет вертикально установлен­ную коническую стеклянную трубку, расширяющуюся кверху. Трубка с помощью уплотнительных колец зажимается между участками тру­бопровода. Внутри стеклянной трубки помещен поплавок. В непод­вижной жидкости поплавок покоится на нижнем уплотнительном кольце. Для того чтобы во время работы поплавок находился в центре трубы, на верхней части его имеются специальные борозд­ки, проходя по которым жидкость вызывает вращение поплавка, вследствие чего он центрируется в середине потока. Поплавок, таким образом, не испытывает трения и чувствителен к незначи­тельным изменениям расхода.

Рис, 53. Рота­метр: 1 —коническая

стеклянная трубка; 2 — по­плавок

Пусть трубка заполнена водой, жидкость находится в покое. При этом на поплавок действуют две силы: сила тяжести поплавка G (направлена вниз) и архимедова сила G_ар, направленная вверх.

G = mg. = ρ_пgV_п = γ_пV_п; G_ар = γ_воды · V_п

Найдём равнодействующую этих сил:

∆G = G - G_ар = (γ_п - γ_воды) V_п,

где γ_п – удельный вес поплавка;

γ_воды – удельный вес воды;

V_п – объём поплавка.

Так как γ_п > γ_воды, то поплавок тонет.

Начнём через ротаметр снизу подавать воду в количестве W см³/мин. На поплавок начинает действовать динамическая сила F_дин, равная:

F_дин = h_дин S_п,

где h_дин - динамический напор, h_дин = ;

S_п – площадь сечения поплавка.

Если пропускать снизу жидкость, поплавок начинает подниматься вверх до тех пор, пока не будет достигнуто равновесие сил, действующих на поплавок сверху и снизу. В состоянии равновесия ∆G = F_дин,

S_п = (γ_п - γ_воды) V_п.

Выразим скорость:

w = ,

при t=const γ_п = const, γ_воды = const. Для данного поплавка V_п = const, S_п = const. Следовательно, для любого расхода W скорость, при которой поплавок находится в равновесии, есть величина постоянная и её можно рассчитать по формуле.

При небольшом расходе жидкости поплавок поднимается в трубе на небольшую высоту. По мере увеличения количества подаваемой жидкости поплавок будет подниматься на более высокий уровень. Это объясняется тем, что при повышении расхода газа значение скорости, равное w (обусловливающее равновесие поплавка), будет достигаться в большем по площади, а следовательно, расположенном более высоко, кольцевом сечении. Таким образом, при переменном расходе газа поплавок в трубке может занимать по высоте любое положение: от самого низкого до самого высокого. Благодаря конусности трубки, площади кольцевых сечений между телом поплавка и стенками трубки непрерывно увеличиваются. Так как при равновесном положении поплавка в кольцевом сечении скорость жидкости может принимать одно единственное значение w, то расход газа зависит только от площади кольцевого сечения, на уровне которого остановился поплавок, т. е. расход газа в ротаметрах определяется известной формулой:

W=wS

При этом скорость w в любом кольцевом сечении S, на уровне которого остановился поплавок, будет величиной постоянной, а площади кольцевых сечений между телом поплавка и стенкой трубки будут непрерывно меняться (увеличиваться), так как площадь кольцевого сечения является величиной переменной. Ротаметры называют приборами постоянного перепада, потому что величина динамического напора, определяющая величину перепада и равная h_дин = , в любом кольцевом сечении трубки независимо от высоты подъема поплавка является величиной постоянной.

Поиск по сайту: