Рівняння для визначення втрати тиску на сзп для максимальної витрати середовища.

Втрата тиску є різницею статичного тиску середовища біля стінки ВТ [3]:

– виміряного перед СЗП на відстані 1D від нього, де вплив тиску, зумовленого гальмуванням вхідного потоку безпосередньо перед СЗП, стає таким малим, що ним можна знехтувати, і

– виміряного після СЗП на відстані 6D від нього, де можна вважати повністю закінченим процес відновлення статичного тиску, зумовленого розширенням струмини.

Рис. 1. Відносна розширена невизначеність результату вимірювання витрати та її складові: 1 - ; 2 - ; 3 - ; 4 - ; 5 - ; 6 - ; 7 - .

 

Втрату тиску на діафрагмі будь-якого типу, соплі ISA 1932 або еліпсному соплі будь-якого типу визначають за формулою [4]

, (1)

де – коефіцієнт гідравлічного опору діафрагми, сопла ISA 1932 або еліпсного сопла.

Значення коефіцієнта гідравлічного опору розраховують за рівняннями:

– для діафрагми [4, 5]

; (2)

– для сопла ISA 1932 або еліпсного сопла [4, 6]

. (3)

Значення втрат тиску на діафрагмі, соплі ISA1932 та еліпсному соплі у вигляді відношення залежно від відносного діаметра b наведено відповідно на рис. 2 і рис. 3.

Втрату тиску на соплі Вентурі або трубі Вентурі будь-якого типу визначають за формулою [4, 6, 7]

. (4)

Значення коефіцієнта гідравлічного опору для сопла Вентурі розраховують за рівнянням [6]

. (5)

 

Рис. 2. Втрати тиску на діафрагмі.	Рис. 3. Втрати тиску на соплі ISA 1932 і еліпсному соплі.

 

Значення коефіцієнтів , і поправки наведено, відповідно, у табл. 1 і табл. 2.

Під час проведення розрахунків для чисел значення коефіцієнта слід розраховувати відповідно до [4, 6].

Втрата тиску на соплі Вентурі загалом становить від 5 % до 25 % від перепаду тиску на ньому.

Значення коефіцієнта гідравлічного опору для труби Вентурі будь-якого типу обчислюють за рівнянням [4, 7]

. (6)

Значення коефіцієнтів , і наведено в табл. 1.

Таблиця 1

Значення коефіцієнта , і .

Сопло Вентурі
	Значення коефіцієнта
Відносний діаметр b	Кут конусності дифузора j, ^о
			12,5
0,80 0,67 0,57 £0,50	0,59 0,81 0,90 1,00	0,55 0,81 0,89 1,00	0,48 0,78 0,85 1,00	0,40 0,77 0,81 1,00	0,33 0,66 0,77 1,00
Труба Вентурі
	1,080	1,095	1,1320	1,165	1,145
Сопло Вентурі і труба Вентурі
при	0,10	0,10	0,11	0,13	0,16

Таблиця 2

Значення поправки

b	0,80	0,67	0,57	£0,5
	–0,004		–0,010	–0,010

 

Значення втрат тиску на соплі Вентурі та трубі Вентурі у вигляді відношення залежно від відносного діаметра b наведено на рис. 4.

 

Рис. 4. Втрати тиску на соплі Вентурі і трубі Вентурі

 

Рівняння (1) – (6) застосовано у САПР “Расход – РУ” для вибору діапазону вимірювання дифманометра за втратами тиску на СЗП при розрахунку параметрів ВЗПТ, які забезпечують мінімальну відносну сумарну розширену невизначеність результату вимірювання витрати та кількості середовища з врахуванням значення допустимої втрати тиску на СЗП для максимальної витрати середовища.

Розрахунок параметрів витратоміра змінного перепаду тиску, який забезпечує мінімальну невизначеність результату вимірювання витрати та кількості середовища, з врахуванням заданого значення допустимої втрати тиску на стандартному звужувальному пристрої.

Виклик даного типу розрахунку у САПР “Расход – РУ” здійснюється за таким порядком виконання команд з початкового або основного меню:

Файл -> Новий розрахунок -> Розрахунок параметрів витратоміра за заданим значенням допустимої втрати тиску на звужувальному пристрої

При виконанні цього типу розрахунку розрахунок параметрів ВЗПТ здійснюється аналогічно розрахунку параметрів ВЗПТ, який забезпечує мінімальну невизначеність результату вимірювання витрати та кількості середовища, але при цьому враховується задане значення допустимої втрати тиску на СЗП.

Вхідні дані у САПР “Расход – РУ” для даного типу розрахунку вводяться аналогічно вхідним даним наведеним у інструкції до виконання лабораторної роботи №6 [2], але окрім них, додатково ще вводиться значення допустимої втрати тиску на СЗП .

Для розрахунку масової витрати середовища за цим алгоритмом необхідні такі вхідні дані:

- тип середовища;

- тип СЗП;

- значення абсолютного тиску середовища;

- значення допустимої втрати тиску на СЗП для максимальної витрати середовища.

- значення температури t середовища в ^оС при вимірюванні її перед СЗП у місці встановлення термометра;

- матеріал (ДСТУ ГОСТ 8.586.1:2009 [2]), з якого виготовлено СЗП (за маркою матеріалу СЗП будуть розраховувати його температурний коефіцієнт лінійного розширення). У разі відсутності вибраного матеріалу [2] необхідно задати температурний коефіцієнт лінійного розширення матеріалу, з якого виготовлено СЗП;

- внутрішній діаметр D ₂₀ ВТ або вхідної частини труби Вентурі за температури 20 ^оС;

- матеріал (ДСТУ ГОСТ 8.586.1:2009 [2]), з якого виготовлено ВТ (за маркою матеріалу трубопроводу буде розраховуватись його температурний коефіцієнт лінійного розширення). У разі відсутності вибраного матеріалу [2] необхідно задати температурний коефіцієнт лінійного розширення матеріалу, з якого виготовлено ВТ;

- в залежності від виду ВТ і його матеріалу, стану поверхні стінки ВТ і умов експлуатації відповідно до ДСТУ ГОСТ 8.586.1:2009 [2] вибирають еквівалентну шорсткість або середнє арифметичне відхилення профілю шорсткості внутрішньої поверхні ВТ.

У разі відсутності відповідно до ДСТУ ГОСТ 8.586.1:2009 [2] виду ВТ і його матеріалу, чи стану поверхні стінки ВТ і умов експлуатації, необхідно виміряти профілометрами бо профілографами середнє арифметичне відхилення профілю шорсткості або еквівалентну шорсткість внутрішньої поверхні ВТ;

- початковий радіус вхідного канта (для діафрагми будь-якого типу) та поточний час (в роках) експлуатації діафрагми з моменту визначення значення початкового радіусу вхідної кромки діафрагми [4];

- фізико-хімічні властивості середовища:

а) для сухого природного газу: густина r_с за стандартних умов, молярна доля діоксиду вуглецю х _у та молярна доля азоту х _а у природному газі. Якщо фізико-хімічні властивості природного газу розраховують за повним складом, то задають молярну долю кожного компонента складника природного газу;

б) для рідини і за відсутності рівнянь для розрахунку значень фізико-хімічних властивостей середовища: густину рідини, динамічну в’язкість рідини при заданих значеннях тиску середовища і температури середовища;

в) для газоподібного середовища і за відсутності рівнянь для розрахунку значень фізико-хімічних властивостей середовища: густину газоподібного середовища, динамічну в’язкість газоподібного середовища і показник адіабати газоподібного середовища при заданих значеннях тиску середовища і температури середовища;

- параметри і характеристики ЗВ у кожному із каналів (верхня границя вимірювань або діапазон вимірювань ЗВ, зведена основна похибка або абсолютна похибка ЗВ):

а) ЗВ перепаду тиску на СЗП;

б) ЗВ тиску середовища;

в) ЗВ температури середовища.

Значення верхньої границі вимірювань перепаду тиску на СЗП визначає комп’ютерна програма “САПР “Расход – РУ”. Тому значення цієї характеристики не входить у дані, які задає користувач при здійсненні цього типу розрахунку.

Згідно з розробленою методикою розрахунку параметрів ВЗПТ, який забезпечує мінімальну невизначеність результату вимірювання витрати та кількості середовища з врахуванням заданого значення допустимої втрати тиску на СЗП, алгоритм розрахунку складається з блоків (рис.5), наведених у табл. 4.

Зі зменшенням відносного діаметра отвору СЗП зростають втрати тиску на СЗП як показано на рис. 2 - 4. Збільшуючи верхню границю вимірювання перепаду тиску на СЗП ми наближаємося до розрахованого значення допустимої втрати тиску на СЗП , яке стане меншим за .

Для швидкого визначення мінімального значення відносної розширеної невизначеності результату вимірювання витрати середовища як функції відносного діаметра отвору СЗП та характеру її зміни наведено на рис. 5.12 та у табл. 5.7. У табл. 5.7 наведені основні параметри, які застосовуються як параметри ВЗПТ, який забезпечує мінімальну відносну розширену невизначеність результату вимірювання витрати середовища з врахуванням заданого значення допустимої втрати тиску на звужувальному пристрої, для прикладу кПа, а саме:

- відносний діаметр отвору СЗП - ;

- верхня границя перепаду тиску на СЗП - ;

- втрати тиску на СЗП за максимальної витрати середовища - ;

- діаметр отвору або горловини СЗП за температури середовища 20 ^оС - ;

- відносна розширена невизначеність результату вимірювань витрати середовища –

При застосуванні даного типу розрахунку мінімальне значення відносної розширеної невизначеності результату вимірювання витрати середовища може змінитися, як показано на рис. 6 та у табл. 5.

Як бачимо з табл. 5 всі значення втрати тиску на звужувальному пристрої для різних значень верхньої границі перепаду тиску на СЗП є менші за значення допустимої втрати тиску на звужувальному пристрої кПа.

Формат виконання команди побудови графіка для швидкого визначення мінімального значення відносної розширеної невизначеності результату вимірювання витрати середовища з врахуванням заданого значення допустимої втрати тиску на звужувальному пристрої як функції відносного діаметра отвору СЗП (виконується з основного меню):

 

Графік -> Відносна розширена невизначеність результату вимірювання витрати середовища як функція відносного діаметру ЗП -> Перегляд

 

Рис. 5. Блок-схема алгоритму розрахунок параметрів витратоміра змінного перепаду тиску, який забезпечує мінімальну невизначеність результату вимірювання витрати та кількості середовища з врахуванням заданого значення допустимої втрати тиску на звужувальному пристрої

Таблиця 4.

Методика розрахунку параметрів витратоміра змінного перепаду тиску, який забезпечує мінімальну невизначеність результату вимірювання витрати та кількості середовища, з врахуванням заданого значення допустимої втрати тиску на звужувальному пристрої

№ блоку	Пояснення до блоку
	Вхідні дані для розрахунку параметрів витратоміра змінного перепаду тиску, який забезпечує мінімальну невизначеність результату вимірювання витрати та кількості середовища, а також значення допустимої втрати тиску на СЗП
	Розрахунок параметрів середовища в робочих умовах: густини; показника адіабати (тільки для газоподібного середовища); динамічної в’язкості
	Визначення мінімального значення верхньої границі перепаду тиску на СЗП
	Визначення максимального значення верхньої границі перепаду тиску на СЗП
	Перевірка умови відношення максимального значення верхньої границі перепаду тиску на СЗП до абсолютного тиску середовища. Якщо відношення , то переходимо на блок 6. Якщо ж відношення , то переходимо на блок 7.
	Визначаємо значення верхньої границі перепаду тиску на СЗП, яке буде не більшим за значення
	Визначаємо номер нульової ітерації
	Збільшуємо номер ітерації на одиницю
	Розрахунок діаметра отвору або горловини СЗП за температури 20 ^оС для заданого і-го значення верхньої границі перепаду тиску на СЗП (відповідно до алгоритму наведеного у 5.1.1).
	Розрахунок і-го значення відносної розширеної невизначеності коефіцієнта витікання СЗП
	Розрахунок і-го значення відносної розширеної невизначеності поправкового коефіцієнта, який враховує шорсткість внутрішньої поверхні ВТ
	Розрахунок і-го значення відносної розширеної невизначеності поправкового коефіцієнта, який враховує притуплення вхідного канту діафрагми (тільки для діафрагми)
	Розрахунок і-го значення відносної розширеної невизначеності коефіцієнта розширення середовища (тільки для газоподібного середовища)
	Розрахунок і-го значення добутку відносного коефіцієнту впливу на відносну розширену невизначеность результату вимірювання внутрішнього діаметру ВТ ().
	Розрахунок і-го значення добутку відносного коефіцієнту впливу на відносну розширену невизначеность результату вимірювання діаметру отвору або горловини СЗП ().
	Розрахунок і-го значення відносної розширеної невизначеності результату вимірювання витрати середовища
	Розрахунок значення втрати тиску на СЗП
	Перевірка і-го значення втрати тиску на СЗП із значенням допустимої втрати тиску на СЗП. Якщо значення втрати тиску на СЗП є менше за значення допустимої втрати тиску на СЗП (), то переходимо на блок 19, якщо це значення є більшим або рівним, то переходимо на блок 20.
	Перевірка і-го значення верхньої границі вимірювань перепаду тиску на СЗП із максимальним значенням верхньої границі перепаду тиску на СЗП. Якщо ці значення рівні (), то переходимо на блок 21, якщо ці значення не рівні, то переходимо на блок 8.
	Зменшуємо номер ітерації на одиницю
	Визначаємо мінімальне значення відносної розширеної невизначеності результату вимірювання витрати середовища, номер його ітерації, відносний діаметр отвору СЗП та діаметр отвору або горловини СЗП за температури 20 ^оС для цього значення відносної розширеної невизначеності результату вимірювання витрати середовища.
	Вивід протоколу розрахунку

 

Формат виконання команди виводу таблиці основних параметрів, які застосовуються як параметри ВЗПТ, який забезпечує мінімальну відносну розширену невизначеність результату вимірювання витрати середовища з врахуванням заданого значення допустимої втрати тиску на звужувальному пристрої (виконується з основного меню):

Графік -> Відносна розширена невизначеність результату вимірювання витрати середовища як функція відносного діаметру ЗП -> Перегляд

Рис. 6. Графік залежності відносної розширеної невизначеності результату вимірювання витрати середовища як функції відносного діаметра отвору стандартного звужувального пристрою з врахуванням заданого значення допустимої втрати тиску на ньому

 

 

Таблиця 5

Основні параметри, які застосовуються як параметри ВЗПТ, який забезпечує мінімальну відносну розширену невизначеність результату вимірювання витрати середовища як функції відносного діаметра отвору стандартного звужувального пристрою з врахуванням заданого значення допустимої втрати тиску на ньому

 

№	b	Dv, кПа	Dp, кПа	d20, мм	U'q, %
	0.7	0.32069	0.63		0.836
	0.6383	0.58281		95.745	0.726
	0.57779	1.0418	1.6	86.669	0.658
	0.52334	1.7712	2.5	78.5	0.65