Расходомерная диафрагма

 

Использование: в измерительной технике при измерении расхода газов и жидкостей методом переменного перепада давления. Сущность изобретения: расходомерная диафрагма содержит плоский диск с концентрически расположенным круглым отверстием, входную закругленную кромку и коническую часть на стороне выхода потока, при этом соотношение радиуса закругления входной кромки к длине цилиндрической части отверстия находится в интервале 0,032 - 1,5, а длина цилиндрической части отверстия должна быть не менее 0,4 мм, что обеспечивает повышение точности измерения расхода при упрощении изготовления закругления входной кромки диафрагмы. 6 ил.

Изобретение относится к измерительной технике и может найти применение при измерении расхода жидкостей и газов методом переменного перепада давления.

Известна стандартная диафрагма [1] предназначенная для измерения расхода жидкостей и газов методом переменного перепада давления, выполненная в виде плоского диска, имеющего в центре круглое отверстие с острой входной кромкой и конической частью на стороне выхода потока.

Недостатком этой стандартной диафрагмы является притупление острой входной кромки под влиянием истирающего действия потока, что приводит к постепенному увеличению коэффициента расхода диафрагмы и появлению погрешности отрицательного знака до 7% Увеличение погрешности тем больше, чем меньше диаметр отверстия диафрагмы и продолжительнее срок ее использования.

Известна износоустойчивая диафрагма [2] предназначенная для измерения расхода жидкостей и газов методом переменного перепада давления, выполненная в виде плоского диска, имеющего в центре круглое отверстие со снятой фаской по входной кромке и конической частью на стороне выхода потока.

Недостатками такой износоустойчивой диафрагмы являются нестабильность коэффициента расхода диафрагмы из-за притупления кромок как со стороны входного торца, так и при входе цилиндрической части отверстия диафрагмы, а также трудность выполнения глубины фаски из-за незначительного ее допуска (±0,0005). Кроме того, износоустойчивая диафрагма используется только на гладких трубопроводах, что резко ограничивает их применение в производственных условиях.

Известна расходомерная диафрагма [3] предназначенная для измерения расхода жидкостей и газов методом переменного перепада давления, выбранная в качестве прототипа, выполненная в виде плоского диска, имеющего в центре круглое отверстие с закругленной входной кромкой радиусом 0,3 мм и конической частью на стороне выхода потока. Теоретически это устройство должно обеспечить высокую прочность измерения расхода за счет устранения погрешности, обусловленной эксплуатационной нестабильностью входной кромки стандартной диафрагмы.

Однако на практике требуемая точность не была достигнута из-за сложности точного изготовления кромки с малым размером радиуса закругления.

Технический результат изобретения повышение точности измерения расхода при упрощении процесса изготовления закругления входной кромки.

Технический результат достигается тем, что в расходомерной диафрагме, выполненной в виде плоского диска, имеющего в центре круглое отверстие с закругленной входной кромкой и расширяющейся конической частью на стороне выхода потока, соотношение радиуса закругления входной кромки к длине цилиндрической части отверстия находится в интервале 0,032-1,5, при этом длина цилиндрической части отверстия должна быть не менее 0,4 мм.

На фиг. 1 представлена схема предложенной расходомерной диафрагмы; на фиг.2 -5 зависимость коэффициента расхода α от числа Рейнольдса Re при разных радиусах закругления r_к входной кромки диафрагмы; на фиг.6 зависимость поправочного множителя k_п притупления входной кромки от относительного радиуса r_к/d ее закругления.

Расходомерная диафрагма (фиг.1) содержит плоский диск 1 с концентрически расположенным круглым отверстием 2 длиной цилиндрической части е, входную закругленную кромку 3 радиусом r_к 0,3-0,5 мм и коническую часть 4 на стороне выходе потока.

Закругления кромки радиусом 0,3-0,6 мм при определенном пределе длине е практически не влияют на постоянство коэффициента α при достаточно больших числах Re.

За основные критерии предложенного радиуса закругления входной кромки и длины цилиндрической части отверстия расходомерной диафрагмы были приняты стабильность профиля кромки в течение длительной эксплуатации и постоянства коэффициента α при достаточно больших числах Re.

На фиг.2-5 представлены графики зависимости коэффициентов α от числа Re (на фиг.2-5 квадратами, треугольниками, крестиками, черными и светлыми точками показаны средние значения α из шести измерений) для диафрагм с равными радиусами закругления при различных m (m относительная площадь).

Данные графика (фиг.2, 3 и 4) показывают, что для диафрагм с r_к 0,4; 0,5 и 0,6 мм при достаточно больших числах Re коэффициенты α почти не меняются с ростом числа Re. При этом обработка результатов измерений показала, что средняя квадратическая относительная погрешность коэффициента расхода не превышает ±0,4% Кроме того, при малых значениях числа Re коэффициенты α уменьшаются, тогда как у стандартной диафрагмы коэффициенты расхода возрастают.

Как видно из фиг.5, для диафрагм с r_к0,8 и 1,0 мм возникает значительный разброс значения α особенно с увеличением m. Видимо, это связано с неустойчивым отрывом струи с входного профиля диафрагмы, зависящее прежде всего от недостаточной длины ее цилиндрической части. Отсюда следует, что максимальный радиус закругления входной кромки диафрагмы не должен превышать 0,6 мм при минимальной длине цилиндрической части отверстия 0,4 мм. Как показали исследования, дальнейшее увеличение длины цилиндрической части диафрагмы с закругленной кромкой, в пределах установленного ГОСТом [1] не влияет на постоянство коэффициента α при разных числа Re.

Согласно [1] максимальная длина цилиндрической части отверстия для трубопровода с условным проходом 500 мм (при угловом способе отбора перепада давления) составляет 9,4 мм. Исходя из этого соотношение радиуса (0,3-0,5 мм) закругления входной кромки диафрагмы к длине ее цилиндрической части 0,4-9,4 мм) должно находиться в интервале 0,032-1,5. При этом длина цилиндрической части отверстия диафрагмы не должна быть меньше 0,4 мм.

Формула изобретения

РАСХОДОМЕРНАЯ ДИАФРАГМА, выполненная в виде плоского диска, имеющего в центре круглое отверстие с закругленной входной кромкой и расширяющейся конической частью на стороне выхода потока, отличающаяся тем, что соотношение радиуса закругления входной кромки к длине цилиндрической части отверстия находится в интервале 0,032 1,5, при этом длина цилиндрической части отверстия должна быть не менее 0,4 мм.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6