Поняття про витрату і витратомірні пристрої

Потоком у гідравліці прийнято називати масу рідини, що знаходиться у русі. Потоки бувають безнапірні, напірні і гідравлічні струмені. Прикладом безнапірного потоку є потік води у річці або в каналі, напірного - у водопроводі, гідравлічного струменя - струмінь води, що витікає з пожежного брандспойта.

Поверхня, проведена перпендикулярно до напряму всіх ліній потоку, називається живим перерізом потоку.

Лінія, по якій рідина в даному живому перерізі стикається з обмежуючими потік поверхнями, називається змоченим периметром.

Для напірного потоку в трубі живим перерізом є переріз труби, а периметром потоку - довжина внутрішнього периметра труби в даному живому перерізі.

При вивченні руху потоків рідини в каналах і трубах необхідно знати три основні величини: тиск, витрату і середню швидкість.

Витратою називається кількість рідини (або газу), що протікає через живий переріз потоку за одиницю часу. Звичайно витрата позначається буквою Q і має розмірність:

(2.1)

Витрата через елементарну площу живого перерізу dω дорівнює добутку площі на складову швидкість потоку ν_n вздовж нормалі п до елементарної площі, тобто:

(2.2)

Інтегруючи останній вираз, знайдемо витрату рідини через живий переріз потоку:

(2.3)

Масу рідини, що протікає за одиницю часу через живий переріз потоку, називають масовою витратою:

(2.4)

Вагу рідини, що протікає за одиницю часу через живий переріз потоку, називають ваговою витратою:

(2.5)

де ρ - густина рідини.

Таким чином, витрата може бути об'ємною, масовою і ваговою. Аналогічними є і методи визначення витрати.

При об'ємному методі рідина, що витікає з трубопроводу або каналу, надходить в резервуар-мірник, місткість якого добре відома. При цьому фіксується час його наповнення.

Витрата рідини при об'ємному методі визначається за формулою:

(2.6)

де W - місткість мірника, м³ або см³;

t - час його наповнення, с.

За ваговим або масовим методом витрати визначають:

(2.7)

де γ - питома вага рідини.

Залежно від фізико-хімічних властивостей рухомої рідини на практиці використовують як ваговий (або масовий), так і об'ємний метод вимірювання витрати. Наприклад, якщо рідина нестислива, то, згідно з законом збереження маси, об'єм, що протікає за одиницю часу через переріз потоку, є величиною постійною вздовж потоку. У випадку, коли рідина стислива, постійною вздовж потоку величиною є маса. Тому при визначенні витрати нестисливих рідин, наприклад, води, звичайно користуються об'ємним методом, а для стисливих - ваговим.

При сталому русі потоку в трубах або каналах за витратою можна визначити середню в даному перерізі швидкість течії рідини, тобто:

(2.8)

Середньою швидкістю v у даному живому перерізі потоку називається фіктивна, але однакова в усіх точках перерізу величина, при якій через даний перетин проходить така ж кількість рідини, як і при дійсному розподілі швидкостей.

З формул (2.6) та (2.1) випливає, що:

(2.9)

Відповідно до ГОСТ 15528 - 70 застосовуються такі витратоміри:

■ змінного перепаду тиску: із звужувальними пристроями, гідравлічними опорами, відцентрові, з напірними пристроями, з напірними підсилювачами, струменеві;

■ змінного рівня: із затопленим отвором витікання, з отвором витікання типу водозливу, щілинні (з прямокутним отвором, з профільованим отвором);

■ обтікання: постійного перепаду тиску (ротаметри, поплавкові, поршневі, поплавково-пружині), з поворотними лопатями;

■ тахометричні: турбінні (з аксіальною турбіною, з тангенціальною турбіною), кулькові, камерні;

■ силові: із зовнішнім впливом (коріолісові, гіроскопічні, турбосилові), з внутрішнім впливом (коріолісові, турбосилові);

■ силові перепадові;

■ теплові: з електричним нагрівом, з індукційним нагрівом, з нагрівом рідинним теплоносієм;

■ вихрові;

■ електромагнітні;

■ ультразвукові: з переміщенням коливань рухомим середовищем, допплерівські;

■ оптичні: базуються на афектах Фізо-Френкеля та Допплера;

■ ядерно-магнітні;

■ іонізаційні;

■ концентраційні;

■ міткові;

■ парціальні.

На практиці найчастіше використовуються витратоміри дросельного типу двох видів: із змінним і постійним перепадами тиску.

У найбільш поширеному витратомірі першого типу перепад тиску створюється у дросельному органі - соплі або трубі Вентурі (рисунок 2.1). Під час протікання через нього рідини різниця тисків, що вимірюється диференціальним манометром, пропорційна квадрату виграти рідини:

(2.10)

де х - тарувальний коефіцієнт;

k- постійна для даного витратоміра, що визначається з його геометрії.

Рисунок 2.1 - Труба Веятурі та графік тисків

Найпростіший витратомір із змінним перепадом тиску - діафрагма або витратомірна шайба (рисунок 2.2), яка являє собою звуження робочого трубопроводу тонкою кільцевою шайбою. Потік, що рухається до діафрагми по всьому перерізу труби, порівняно плавно огинає краї отвору і, залишаючи мертві простори, утворює стислий переріз. За стислим перерізом потік поступово розширюється у поперечному напрямі і на деякій відстані знову заповнює весь переріз труби.

Рисунок 2.2 - Витратомірна шайба, графіки тиску та швидкості

Під час різкої зміни конфігурації потоку відбувається зміна швидкості і тиску, що спричиняє витрат)' енергії, яку має потік. Витрати тиску фіксуються перепадом тиску в диференціальному манометрі, що приєднаний до двох штуцерів, які вкручені по обидві сторони діафрагми.

Витратоміром з постійним перепадом тиску є ротаметр (рисунок 2.3). Він складається з вертикальної конічної трубки 1, по якій потік рухається знизу вгору. Всередині трубки знаходиться поплавець 2 з ебоніту або алюмінію, що піднімається потоком вгору. Одночасно поплавець приводиться в обертання завдяки похилим борозенкам на його поверхні і підіймається доти, поки не утворить достатнього простору для проходу потоку. Таким чином, врівноважується вага поплавця і визначається постійний перепад тиску. Точність показань витратомірів з постійним перепадом тиску становить ± 2,5%.

Рисунок 2.3 – Ротаметр

Поиск по сайту: