Способ определения расхода в трубопроводе

 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения расходов в трубопроводах, где установка датчиков традиционных расходомеров затруднена. Способ определения расхода в трубопроводах включает измерения максимальной скорости на оси трубы и перепада давления на любой его длине одинакового диаметра. Особенность способа состоит в том, что скорость измеряют только в одной точке, истинный профиль скорости опосредованно учитывают в измеренном перепаде давления на длине, а расход для гидравлически гладких и шероховатых труб определяют по одной и той же приведенной в описании математической зависимости. Это приводит к упрощению способа и повышению точности определения расхода в трубопроводе. 1 ил.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения расходов в трубопроводах, где установка датчиков традиционных расходомеров в магистраль невозможна по условиям эксплуатации и/или нежелательна из-за повышения затрат на собственные нужды вследствие появления дополнительных местных сопротивлений.

Известен способ определения расхода жидкости, при котором измеряются перепады давлений на участке трубопровода, содержащем отводную линию, последовательно при открытой и закрытой отводной линии, дополнительно измеряют расход в отводной линии [1].

Известен также способ определения расхода жидкости, при котором измеряют скорость потока в пяти точках, одна из которых расположена на оси трубопровода, а четыре - на его периферии [2].

Оба эти способа являются наиболее близкими техническими решениями, выбранными в качестве прототипа.

Однако известные способы имеют недостатки. При определении расхода жидкости первым способом необходима врезка отводной линии и измерение в ней расхода. Существенным недостатком при определении расхода вторым способом является необходимость замера скоростей в нескольких точках, расположенных на точно определенном расстоянии от стенки, что связано с техническими трудностями точной установки зондов.

Цель изобретения - упрощение и повышение точности определения расхода в трубопроводе.

Поставленная цель достигается тем, что измеряется скорость потока только в одной точке на оси трубопровода, истинный профиль скорости опосредованно учитывается измерением перепада давления по длине, а расход определяется по математической зависимости.

(1) где a - внутренний радиус трубопровода; u_max - максимальная скорость на оси трубопровода; Δp - перепад давления на длине L; L - длина участка; ρ - плотность среды.

На чертеже схематично изображено устройство, реализующее способ.

На оси трубопровода T поставлена трубка Пито для определения максимальной скорости по зависимости (2) где p_о - давление торможения на оси трубопровода;
p - статическое давление в этом же сечении.

Расход определяется следующим образом.

На любом участке длиной L измеряется перепад давления Δp. Из формулы Дарси - Вейсбаха
(3)
где
λ - коэффициент сопротивления трения;
U_ср - средняя скорость;
d - внутренний диаметр;
и зависимости, связывающей среднюю u_ср и динамическую скорости u*
(4)
определяется динамическая скорость u*:
(5)
Из логарифмического распределения скоростей, справедливого для гладких и шероховатых труб
(6)
где
a - внутренний радиус трубопровода;
y - расстояние от стенки (y = a-r, r - текущий радиус);
находится локальное значение скорости u
(7)
Выражение для расхода находится в результате вычисления интеграла
(8)
которое дает:
(9)
Аналогичное выражение было получено, когда в центральной части профиль скорости принимался по формуле Дарси:
(10)
а около стенки - по логарифмической зависимости. Выражение было уточнено с учетом линейного профиля скорости в ламинарном подслое в непосредственной близости стенки.

Аналогичным выражение было и когда профиль скорости принимался по Карману:
(11)
где χ - постоянная турбулентности.

В последнем случае значение коэффициента при втором слагаемом (9) отличалось на 5%.

Расходы, определенные по замерам на экспериментальном стенде по выражению (9), сравнивались с расходами, определенными с помощью выполненной по ГОСТу трубы Вентури. В диапазоне расходов Q≈(0.002-0.004) м³/с отличие составляло не более 3%.

Источники информации
1. Авторское свидетельство СССР N 1800274, кл. G 01 F 1/00, Способ определения расхода в трубопроводах.

2. Патент Российской Федерации N 2018786, кл. G 01 F 1/34, Способ определения расхода в трубопроводе большого диаметра.

Формула изобретения

Способ определения расхода в трубопроводах, включающий измерения максимальной скорости на оси трубы и перепада давления на любой его длине одинакового диаметра, отличающийся тем, что, с целью упрощения определения расхода и повышения точности, скорость измеряют только в одной точке, истинный профиль скорости опосредованно учитывают в измеренном перепаде давления на длине, а расход для гидравлически гладких и шероховатых труб определяют по одной и той же математической зависимости

где а - внутренний радиус трубопровода;
u_max - максимальная скорость на оси трубопровода;
Δp - перепад давления на длине L;
L - длина участка;
ρ - плотность среды.

РИСУНКИ

Рисунок 1