A A A

Zwężki dławiące

Zasada pomiaru natężenia przepływu przy pomocy zwężki dławiącej polega na pomiarze ciśnień statycznych płynącego płynu w dwóch różnych przekrojach rurociągu. Jak wynika z równań [31], [32] i [33] w oparciu o zmierzone wartości: różnicy ciśnień pls i p2s oraz pól przekrojów Fi i F2 można wyliczyć lub v2, a stąd V* i G*. W praktyce są w użyciu gotowe wzory i tablice, uwzględniające również odstępstwa w sposobie przepływu płynów rzeczywistych w porównaniu z równaniami teoretycznymi.

Najczęściej używaną zwężką jest kryza pomiarowa. Schemat jej umieszczenia w rurociągu oraz przebieg strugi płynu i zmiany ciśnień statycznych przedstawia rys. 59. Jak widać, ciśnienia statyczne pj i p2 mierzy się nie w przekrojach I i II, gdzie różnica pomiędzy polami przekrojów płynącej strugi jest największa, lecz bezpośrednio przed i za kryzą, gdyż odległość przekroju II od kryzy jest zmienna. Różnica ciśnień statycznych px — p2 nazywa się ciśnieniem różnicowym lub pomiarowym spadkiem ciśnienia- Po przepłynięciu płynu przez kryzę jego ciśnienie statyczne wzrasta powyżej wartości p2, lecz nie osiąga wartości ciśnienia Pi przed kryzą, a tylko wartość p2'. Różnicę pt' —p2'=p„ nazywa się trwałym lub bezpowrotnym spadkiem ciśnienia. 

Stosunek pola otworu kryzy o średnicy d do pola przekroju rurociągu o średnicy D nazywa się stopniem rozwarcia kryzy (zwężki) m, zatem Im stopień rozwarcia jest mniejszy, tym dla tego samego natężenia przepływu przez ten sam rurociąg otrzymuje się większy pomiarowy spadek ciśnienia oraz większą dokładność układu pomiarowego. Powiększa się jednak także bezpowrotny spadek ciśnienia płynu. Od szczelin umieszczonych bezpośrednio przed i za kryzą prowadzi (rys. 60) się rurki impulsowe 1, które podłącza się do manometru różnicowego 2. W najprostszym przypadku jest to rurka U lub mikromanometr z rurką pochyłą. W praktyce technicznej używa się manometrów uchylnych lub pływakowych.

Obok poznanych już wielkości G*, V*, F, g, y, ph p2 w skład wzorów [35] i [36] wchodzą jeszcze: współczynnik a zwany liczbą przepływu i współczynnik E zwany liczbą ekspansji. Powyżej pewnej wartości liczby Re w rurociągu liczba przepływu a zależy tylko od stopnia rozwarcia m. Poniżej tej wartości Re liczba a jest zmienna, toteż wszelkie pomiary kryzą dławiącą należy przeprowadzać tylko w przepływach o odpowiednio wielkiej liczbie Re. Zależność äodm przedstawia tablica 4. Potrzebne wartości Re oraz dokładne wykresy a—f (m) podaje norma PN-65/M-53950. Dla płynów ściśliwych (par i gazów) liczba ekspansji E<1, dla praktycznie nieściśliwych cieczy e—1. Wartość e zależy od m oraz pomiarowego spadku ciśnienia i jest podana w postaci wykresu w normie PN-65/M-53950.

Pomiar natężenia przepływu przy pomocy zwężki pomiarowej daje właściwe wyniki, nawet przy dostatecznie dużej Re dopiero wtedy, jeżeli:

a. Kryza jest prawidłowo wykonana.

b. Pobór ciśnienia przy kryzie jest prawidłowy.

c. Źródła lokalnych zaburzeń strugi płynu (przewężenia, rozszerzenia, kolana zawory, odgałęzienia) są dostatecznie oddalone od kryzy.

Wszystkie te warunki ujmuje szczegółowo norma PN-65/M- -53950. Zasady powyższe można streścić następująco:

ad. a. Kryza musi mieć proporcje wymiarowe według norm, jej powierzchnia ma być gładka, a krawędzie otworu ostre. Kryza ma być zwrócona ostrą krawędzią pod prąd płynu. Dla uniknięcia pomyłek na kryzie są wytłoczone: wymiar średnicy wewnętrznej kryzy d, średnicy wewnętrznej rury — D, dla której wykonano kryzę, oraz strzałka oznaczająca kierunek jej zainstalowania. Jeżeli w kryzie są otwory do pobierania impulsów ciśnienia, znak (+) oznacza otwór dla ciśnienia przed, znak (—) dla ciśnienia za kryzą. Przykłady wykonania kryz przedstawiają rysunki 61 i 62.

ad. b. Pobór ciśnienia powinien być dokonywany bezpośrednio przy powierzchniach kryzy. 

ad. c. Dla danego m istnieją minimalne odległości, w których mogą się znajdować źródła zaburzeń bez wpływania na wynik pomiaru. Im wartość m jest mniejsza, tym odległości te są mniejsze.

Odstępstwa od prawideł powodują zmianę liczby przepływu a, a przez to zmianę wyniku pomiaru. Jeżeli odstępstwa te nie są

Znakowanie wybijać na stronie zbyt duże, to można obliczyć odpowiednie poprawki opierając się na specjalnych wykresach i wzorach. W praktyce używa się wzorów przystosowanych już do obliczania wyników pomiarów określonych czynników. Dla gazów wzory te uwzględniają różnice pomiędzy temperaturą, ciśnieniem i wilgotnością badanych gazów a warunkami normalnymi. Tak więc wynik ostateczny V* otrzymuje się w Nm/Sh suchego gazu. Przepływy pary wodnej i wody wyrażone są w kG/h. W tablicy 5 podano kilka takich najczęściej spotykanych wzorów.

Przy pomocy powyższych wzorów nie można obliczyć średnicy zwężki, jeżeli dane jest spodziewane maksymalne natężenie przepływu V*max lub G*max oraz maksymalne, dopuszczalne dla manometru ciśnienie różnicowe pi~p2 = h [mm H20] lub px — p2 = = H[mmHg], Zadanie takie rozwiązuje się przy pomocy innych wzorów, tablic oraz wykresów, ujętych w PN-65/M-53950.

Przewody impulsowe muszą doprowadzić ciśnienie różnicowe od kryzy do manometru bez strat i opóźnienia. Muszą być szczelne oraz wypełnione całkowicie badanym płynem, dlatego w pomiarze gazów są one odwadniane, a w pomiarze cieczy odpowietrzane, przez prowadzenie ich pochyło oraz umieszczanie na nich naczyń kondensacyjnych.

Miernikami ciśnień są wagi pierścieniowe lub manometry pływakowe. Dla stałych warunków pomiarowych wzory [39^-42] można sprowadzić do postaci: gdzie fcj, k2, k3 są stałymi dla danych warunków, zatem V* i G* są proporcjonalne do pierwiastka pomiarowego spadku ciśnienia. Jeżeli V*max= 100% maksymalnego natężenia przepływu i odpowiadający mu po-miarowy spadek ciśnienia h = = 100% ciśnienia dopuszczalnego, to przy V0* — 50% odpowiednio h = 25%. Wynika stąd, że podziałka zwykłych manometrów, gdyby była wyskalowana w jednostkach natężenia przepływu, byłaby nieproporcjonalna. Aby tego uniknąć manometry różnicowe przeznaczone do pracy jako przepływomierze mają mechanizmy pierwiastkujące, dzięki którym podziałki wyskalowane w jednostkach natężenia przepływu są regularne. Najczęściej stosowanymi manometrami różnicowymi są: waga pierścieniowa (rys. 48) i manometr dzwonowo-pływakowy (rys. 63). W wagach pierścieniowych proporcjonalność podziałki do przepływu, czyli do pierwiastka ciśnienia, uzyskuje się przez połączenie obracającego się pierścienia ze wskazówką za pomocą specjalnie ukształtowanej krzywki, w manometrze dzwonowo-pływakowym dzięki odpowiedniemu ukształtowaniu pływaka 1 złączonego dźwignią 2 z pisakiem 3. Zmianę zakresu pomiarowego wagi pierścieniowej wykonuje się przez zmianę ciężarka 5 (rys. 48) z wybitą wartością / h; zaś przepływomierza przez wymianę cieczy zawartej w jego naczyniu na ciecz o innym ciężarze właściwym. Elementy ruchome obu przyrządów wywierają dużą siłę, toteż można do nich załączyć bezpośrednio piórko samopisu. Wskazania można jednak również zamienić na wielkości elektryczne.

Planimetrując czyli mierząc pole zawarte pod linią wykresu rejestratora przepływu można obliczyć ilość płynu w dowolnym odcinku czasu. Metoda pomiaru natężenia przepływu zwężkami dławiącymi nadaje się tylko do całkowicie wypełniających rurociąg płynów jednorodnych nie zawierających obcych zawiesin znajdujących się w innym stanie skupienia niż badany płyn.