Halka şeklindeki hazneye monte edilen diyaframın şeması (bu da borunun içine yerleştirilir). Kabul edilen tanımlar: 1. Açıklık; 2. Halka şeklindeki oda; 3. Conta; 4. Boru. Oklar sıvı/gazın yönünü gösterir. Basınçtaki değişiklikler renk tonlarıyla vurgulanır.

Diyafram tasarımı

Diyafram halka şeklinde yapılmıştır. Çıkış tarafındaki ortadaki delik bazı durumlarda eğimli olabilir. Tasarıma ve özel duruma bağlı olarak diyafram, halka şeklindeki odaya yerleştirilebilir veya yerleştirilmeyebilir (bkz. Diyafram tipleri). Diyafram üretimi için kullanılan malzeme çoğunlukla 12Х18Н10Т (GOST 5632-72) çeliktir; halka haznesi mahfazalarının üretimi için bir malzeme olarak çelik 20 (GOST 1050-88) veya çelik 12Х18Н10Т (GOST 5632-2014) kullanılabilir .

Sıkıştırılamaz akışkanın diyaframdan akışı

İhmal edilebilir sürtünme kayıpları ile yatay bir boruda (seviye değişikliği yok) sabit, sıkıştırılamaz ve viskoz olmayan laminer sıvı akışını varsayarsak, Bernoulli yasası aynı akım çizgisi üzerindeki iki nokta arasındaki enerjinin korunumu yasasına indirgenir:

P 1 + 1 2 ⋅ ρ ⋅ V 1 2 = P 2 + 1 2 ⋅ ρ ⋅ V 2 2 (\displaystyle P_(1)+(\frac (1)(2))\cdot \rho \cdot V_(1 )^(2)=P_(2)+(\frac (1)(2))\cdot \rho \cdot V_(2)^(2))

P 1 − P 2 = 1 2 ⋅ ρ ⋅ V 2 2 − 1 2 ⋅ ρ ⋅ V 1 2 (\displaystyle P_(1)-P_(2)=(\frac (1)(2))\cdot \rho \cdot V_(2)^(2)-(\frac (1)(2))\cdot \rho \cdot V_(1)^(2))

Süreklilik denkleminden:

Q = Bir 1 ⋅ V 1 = Bir 2 ⋅ V 2 (\displaystyle Q=A_(1)\cdot V_(1)=A_(2)\cdot V_(2)) veya V 1 = Q / A 1 (\displaystyle V_(1)=Q/A_(1)) Ve V 2 = Q / A 2 (\displaystyle V_(2)=Q/A_(2)) :

P 1 − P 2 = 1 2 ⋅ ρ ⋅ (Q A 2) 2 − 1 2 ⋅ ρ ⋅ (Q A 1) 2 (\displaystyle P_(1)-P_(2)=(\frac (1)(2)) \cdot \rho \cdot (\bigg ()(\frac (Q)(A_(2))(\bigg))^(2)-(\frac (1)(2))\cdot \rho \cdot (\bigg ()(\frac (Q)(A_(1)))(\bigg))^(2))

İfade:

Q = A 2 2 (P 1 − P 2) / ρ 1 − (A 2 / A 1) 2 (\displaystyle Q=A_(2)\;(\sqrt (\frac (2\;(P_(1)) -P_(2))/\rho )(1-(A_(2)/A_(1))^(2))))))
Ve
Q = A 2 1 1 − (d 2 / d 1) 4 2 (P 1 − P 2) / ρ (\displaystyle Q=A_(2)\;(\sqrt (\frac (1)(1-(d_) (2)/d_(1))^(4))))\;(\sqrt (2\;(P_(1)-P_(2))/\rho )))

için yukarıdaki ifade Q (\displaystyle Q) teorik hacim akışını temsil eder. Hadi tanıştıralım β = d 2 / d 1 (\displaystyle \beta =d_(2)/d_(1)) ve ayrıca son kullanma katsayısı:

Q = C d A 2 1 1 − β 4 2 (P 1 − P 2) / ρ (\displaystyle Q=C_(d)\;A_(2)\;(\sqrt (\frac (1)(1-) \beta ^(4))))\;(\sqrt (2\;(P_(1)-P_(2))/\rho )))

Ve son olarak akış katsayısını tanıtıyoruz C (\displaystyle C) olarak tanımladığımız C = C d 1 − β 4 (\displaystyle C=(\frac (C_(d))(\sqrt (1-\beta ^(4)))) Diyaframdan sıvının kütle akışına ilişkin son denklemi elde etmek için:

(1) Q = C A 2 2 (P 1 − P 2) / ρ (\displaystyle (1)\qquad Q=C\;A_(2)\;(\sqrt (2\;(P_(1)-P_) (2))/\rho )))

Borunun herhangi bir bölümündeki kütle akış hızına ilişkin bir ifade elde etmek için daha önce elde ettiğimiz denklemi (1) sıvının yoğunluğuyla çarpalım:

(2) m ˙ = ρ Q = C A 2 2 ρ (P 1 − P 2) (\displaystyle (2)\qquad (\dot (m))=\rho \;Q=C\;A_(2)\ ;(\sqrt (2\;\rho \;(P_(1)-P_(2)))))

Diyaframdan gaz akışı

Temel olarak denklem (2) yalnızca sıkıştırılamaz akışkanlara uygulanabilir. Ancak bir genişleme katsayısı getirilerek değiştirilebilir Y (\displaystyle Y) Gazların sıkıştırılabilirliğini hesaba katmak için.

(3) m ˙ = ρ 1 Q = C Y A 2 2 ρ 1 (P 1 − P 2) (\displaystyle (3)\qquad (\dot (m))=\rho _(1)\;Q=C\ ;Y\;A_(2)\;(\sqrt (2\;\rho _(1)\;(P_(1)-P_(2)))))

Y (\displaystyle Y) sıkıştırılamaz sıvılar için 1,0'a eşittir ve gazlar için hesaplanabilir.

Genişleme katsayısı hesaplaması

Genişleme katsayısı Y (\displaystyle Y)İzantropik bir süreç sırasında ideal bir gazın yoğunluğundaki değişimi izlemenizi sağlayan şu şekilde bulunabilir:

Y = r 2 / k (k k − 1) (1 − r (k − 1) / k 1 − r) (1 − β 4 1 − β 4 r 2 / k) (\displaystyle Y=\;(\sqrt (r^(2/k)(\bigg ()(\frac (k)(k-1))(\bigg))(\bigg ()(\frac (\;1-r^((k-1) )/k\;))(1-r))(\bigg))(\bigg ()(\frac (1-\beta ^(4))(1-\beta ^(4)\;r^( 2/k))))(\bigg))))))

Değerler için β (\displaystyle \beta) 0,25'ten az, β 4 (\displaystyle \beta ^(4)) 0'a yönelir, bu da son terimin 1'e dönmesine yol açar. Dolayısıyla çoğu diyafram için ifade geçerlidir:

(4) Y = r 2 / k (k k − 1) (1 − r (k − 1) / k 1 − r) (\displaystyle (4)\qquad Y=\;(\sqrt (r^(2/) k)(\bigg ()(\frac (k)(k-1))(\bigg))(\bigg ()(\frac (\;1-r^((k-1)/k\;) )(1-r))(\bigg))))))

Denklemi (4) kütle akışı (3) ifadesinde değiştirerek şunu elde ederiz:

M ˙ = C A 2 2 ρ 1 (k k - 1) [ (P 2 / P 1) 2 / k - (P 2 / P 1) (k + 1) / k 1 - P 2 / P 1 ] (P 1 − P 2) (\displaystyle (\dot (m))=C\;A_(2)\;(\sqrt (2\;\rho _(1)\;(\bigg ()(\frac (k) (k-1))(\bigg))(\bigg [)(\frac ((P_(2)/P_(1))^(2/k)-(P_(2)/P_(1))^ ((k+1)/k))(1-P_(2)/P_(1)))(\bigg ])(P_(1)-P_(2)))))
Ve
m ˙ = C A 2 2 ρ 1 (k k - 1) [ (P 2 / P 1) 2 / k - (P 2 / P 1) (k + 1) / k (P 1 - P 2) / P 1 ] (P 1 − P 2) (\displaystyle (\dot (m))=C\;A_(2)\;(\sqrt (2\;\rho _(1)\;(\bigg ()(\frac (k)(k-1))(\bigg))(\bigg [)(\frac ((P_(2)/P_(1))^(2/k)-(P_(2)/P_(1) ))^((k+1)/k))((P_(1)-P_(2))/P_(1)))(\bigg ])(P_(1)-P_(2)))) )

Bu nedenle, ideal bir gazın diyaframdan sıkıştırılmamış (yani ses altı) akışının 0,25'ten küçük β değerleri için son ifadesi şöyledir:

(5) m˙ = C A 2 2 ρ 1 P 1 (k k - 1) [ (P 2 / P 1) 2 / k - (P 2 / P 1) (k + 1) / k ] (\displaystyle (5) )\qquad (\dot (m))=C\;A_(2)\;(\sqrt (2\;\rho _(1)\;P_(1)\;(\bigg ()(\frac ( k)(k-1))(\bigg))(\bigg [)(P_(2)/P_(1))^(2/k)-(P_(2)/P_(1))^(( k+1)/k)(\bigg ]))))

(6) m˙ = C A 2 P 1 2 M Z R T 1 (k k - 1) [ (P 2 / P 1) 2 / k - (P 2 / P 1) (k + 1) / k ] (\displaystyle (6) )\qquad (\dot (m))=C\;A_(2)\;P_(1)\;(\sqrt ((\frac (2\;M)(Z\;R\;T_(1) ))(\bigg ()(\frac (k)(k-1))(\bigg))(\bigg [)(P_(2)/P_(1))^(2/k)-(P_( 2)/P_(1))^((k+1)/k)(\bigg ]))))

Bunu hatırlamak Q 1 = m ˙ ρ 1 (\displaystyle Q_(1)=(\frac (\nokta (m))(\rho _(1)))) Ve ρ 1 = M P 1 Z R T 1 (\displaystyle \rho _(1)=M\;(\frac (P_(1))(Z\;R\;T_(1))))(Sıkıştırılabilirlik faktörünü hesaba katan gerçek bir gazın durum denklemi)

(8) Q 1 = C A 2 2 Z R T 1 M (k k - 1) [ (P 2 / P 1) 2 / k - (P 2 / P 1) (k + 1) / k ] (\displaystyle (8) \qquad Q_(1)=C\;A_(2)\;(\sqrt (2\;(\frac (Z\;R\;T_(1))(M))(\bigg ()(\frac (k)(k-1))(\bigg))(\bigg [)(P_(2)/P_(1))^(2/k)-(P_(2)/P_(1))^( (k+1)/k)(\bigg ]))))

Sayfanın mevcut sürümü henüz doğrulanmadı

Sayfanın güncel sürümü henüz deneyimli katılımcılar tarafından doğrulanmamıştır ve 5 Kasım 2014'te doğrulanan sürümden önemli ölçüde farklı olabilir; kontroller gereklidir.

Halka şeklindeki hazneye monte edilen diyaframın şeması (bu da borunun içine yerleştirilir). Kabul edilen tanımlar: 1. Açıklık; 2. Halka şeklindeki oda; 3. Conta; 4. Boru. Oklar sıvı/gazın yönünü gösterir. Basınçtaki değişiklikler renk tonlarıyla vurgulanır.

Diyafram halka şeklinde yapılmıştır. Çıkış tarafındaki ortadaki delik bazı durumlarda eğimli olabilir. Tasarıma ve özel duruma bağlı olarak diyafram, halka şeklindeki odaya yerleştirilebilir veya yerleştirilmeyebilir (bkz. Diyafram tipleri). Diyafram üretimi için kullanılan malzeme çoğunlukla 12Х18Н10Т (GOST 5632-72) çeliktir; halka haznesi mahfazalarının üretimi için bir malzeme olarak çelik 20 (GOST 1050-88) veya çelik 12Х18Н10Т (GOST 5632-2014) kullanılabilir .

İhmal edilebilir sürtünme kayıpları ile yatay bir boruda (seviye değişikliği yok) sabit, sıkıştırılamaz ve viskoz olmayan laminer sıvı akışını varsayarsak, Bernoulli yasası aynı akım çizgisi üzerindeki iki nokta arasındaki enerjinin korunumu yasasına indirgenir:

Borunun herhangi bir bölümündeki kütle akış hızına ilişkin bir ifade elde etmek için daha önce elde ettiğimiz denklemi (1) sıvının yoğunluğuyla çarpalım:

Bu nedenle, ideal bir gazın diyaframdan sıkıştırılmamış (yani ses altı) akışının 0,25'ten küçük β değerleri için son ifadesi şöyledir:

Standart bir ölçüm diyaframı, keskin kenarlı, merkezi yuvarlak bir deliğe sahip ince bir metal disktir. Üzerindeki basınç düşüşü, enerjinin korunumu kanunu ve akışın sürekliliği şartına uygun olarak akış hızının yerel olarak artması sonucu ortaya çıkar. Basınç düşüşünün akış hızına bağımlılığı ikinci derecedendir.

Diyaframın ana avantajlarından biri, çok sayıda teorik ve pratik materyalin bulunmasının yanı sıra, çeşitli faktörlerin akış ve basınç düşüşü arasındaki ilişki üzerindeki etkisine ilişkin açık bir düzenleyici çerçevenin bulunmasıdır.

Diyafram türleri:

Tasarım açısından farklılık gösteren üç tip standart diyaframın kullanımını düzenleyen ISO 5167 Uluslararası Standardının verilerine dayanarak, aşağıdaki diyafram türleri endüstride yaygın olarak kullanılmaktadır:

DBS – tüpsüz diyafram;

DKS – hazne diyaframı;

DFK – flanşlı diyafram.

Standart diyaframlar çok geniş bir uygulama alanına sahiptir. GOST 8.586-2005, aşağıdaki koşullar altında kullanılmasına izin verir:

Tek fazlı ve homojen ortam (gaz, buhar, sıvı);

Reynolds sayısı 3,2∙103'ten 108'e kadar (basınç seçim yöntemine bağlı olarak Reynolds sayısında ek kısıtlamalar mümkündür);

50...1000 mm iç çapa sahip yuvarlak boru hatları;

Sabit veya yavaş değişen akış;

Diyafram deliğindeki akış hızı ses hızını geçmez.

Önemli bir faktör, ortamın fiziksel özelliklerine (elektriksel iletkenlik, yoğunluk, viskozite vb.) herhangi bir kısıtlama getirilmemesidir; yalnızca akışın hidrodinamik parametreleri sınırlıdır.
Diyaframın bir diğer önemli avantajı, diğer dönüştürücü türlerine (nispeten küçük boru hattı çapları ve basınçları için) kıyasla imalatının göreceli kolaylığı ve düşük maliyetidir. Diyaframın iç çapının boru hattının D iç çapına oranını değiştirerek (buna katsayı β = d/D denir), oldukça geniş bir aralıkta gerekli basınç düşüşü aralığını sağlamak mümkündür. akış hızları.

Ancak standart diyaframların avantajlarının yanı sıra, kullanımlarını sınırlayan ve bizi akışı ölçmek için alternatif yöntemler ve araçlar aramaya zorlayan çok ciddi dezavantajları da vardır. Bu dezavantajlar şunları içerir:

Orifis (akış ölçümü)

Halka şeklindeki hazneye monte edilen diyaframın şeması (sırasıyla borunun içine yerleştirilir). Kabul edilen tanımlar: 1. Açıklık; 2. Halka şeklindeki oda; 3. Conta; 4. Boru. Oklar sıvı/gazın yönünü gösterir. Basınçtaki değişiklikler renk tonlarıyla vurgulanır.

Diyaframdan gaz akışı

Temel olarak denklem (2) yalnızca sıkıştırılamaz akışkanlara uygulanabilir. Ancak gazların sıkıştırılabilirliğini hesaba katmak için bir genleşme katsayısı getirilerek değiştirilebilir.

Sıkıştırılamaz sıvılar için 1,0'a eşittir ve gazlar için hesaplanabilir.

Genişleme katsayısı hesaplaması

İzantropik bir süreç sırasında ideal bir gazın yoğunluğundaki değişimi izlememize olanak sağlayan genleşme katsayısı şu şekilde bulunabilir:

0,25'ten küçük değerler için 0'a yönelir, bu da son terimin 1'e dönmesine neden olur. Dolayısıyla çoğu açıklık için ifade geçerlidir:

Denklemi (4) kütle akışı (3) ifadesinde değiştirerek şunu elde ederiz:

Bu nedenle, ideal bir gazın diyaframdan sıkıştırılmamış (yani ses altı) akışının 0,25'ten küçük β değerleri için son ifadesi şöyledir:

Bunu hatırlayarak ve (gerçek bir gazın sıkıştırılabilirlik faktörünü dikkate alan durum denklemi)

Çalışma prensibi

Diyafram dinamik basınç oluşturur. Diferansiyel basınç boru hatlarındaki dikey bir madde sütunu aracılığıyla fark ölçüm dönüştürücüsünün ölçüm hücresine iletilir. basınç. Ölçüm dönüştürücü, kök karakteristiğe sahip basınç sinyalini akışla orantılı bir akıma veya örneğin Profibus gibi bir dijital sinyale dönüştürür.

Gaz kelebeği cihazı tasarımları

Gaz kelebeği şekilleri

Kısma cihazları DIN EN ISO 5167'ye uygun olarak üretilmektedir. Standartlaştırılmış gaz kelebeği deliği form A'nın uygulama kapsamı bu nedenle Reynolds sayısıyla sınırlıdır. Sınırlar çap oranına bağlıdır β = d/D. (D: borunun iç çapı).

Yaklaşık 103 ila 105 aralığındaki Reynolds sayıları için, biraz daha yüksek doğrulukta bir boğma deliği şekli B (çeyrek daire) ile ölçüm yapmak mümkündür. Profil yarıçapı r, çap oranına β bağlıdır ve kısma deliği çapının d hesaplanmasından elde edilir.

Silindirik delik şekli D her iki akış yönünde de ölçüm yapmak için kullanılır.

Giriş parçaları

Ölçülen maddeye ve noma bağlı olarak dişli ve kaynaklı bağlantıların tipi. valf basıncı

Bağlantı parçasının bağlantı türü, ölçülen maddeye ve noma bağlıdır. kapatma vanalarının basıncı; bağlantı parçasının uzunluğu, kısma cihazının çapına (boru çapı) ve çalışma sıcaklığına (ısı yalıtımı nedeniyle!) bağlıdır; Bağlantı parçasının konumu, ölçülen maddeye ve akış yönüne bağlıdır.

Giriş bağlantı parçalarının dişli bağlantıları, boyutlar mm cinsindendir

Giriş bağlantı parçalarının kaynaklı bağlantıları, boyutlar mm cinsindendir

Giriş bağlantı parçalarının konumu

Sıvıları ve gazları ölçerken giriş bağlantılarının konumu herhangi bir olabilir; Buhar ölçümü yapılırken dengeleme tanklarının aynı yükseklikte olması gerekmektedir.

• yatay buhar hatları

Gaz kelebeği cihazı ve valf kombinasyonu ile duvardan yatay çizgiler; halka şeklinde odacıklı bir diyafram veya 65 mm'lik özel montaj uzunluğuna sahip katı bir diyafram için.

Yatay buhar hatları için, düz bağlantı parçaları birbirine karşı yerleştirilir veya boru hattı bir duvara yakın çalışıyorsa kavisli bağlantı parçaları bir tarafta bulunur.

• dikey buhar hatları

Kısma cihazı ve valf kombinasyonuna sahip dikey buhar hattı

Dikey veya bükümlü buhar hatlarında alt bağlantı parçası yukarı doğru kıvrılır, böylece burada da bağlantı flanşları ve dengeleme tankları aynı yükseklikte olur.

1) Bireysel delikli diyaframlarla mümkün değildir (montaj uzunluğu 40 mm). Özel mümkün kurulum uzunluğu 65 mm.

²) Yalnızca bükülmüş emme bağlantılı halka hazneli diyaframlarla (montaj uzunluğu 65 mm) mümkündür.

³) γ açısı DIN 19 205'e göre nominal basınca ve çapa bağlıdır.

Diferansiyel basınç ölçüm yönteminin prensibi

Fark basınç ölçüm yönteminin prensibi: hattın daralmasındaki basınç dağılımı

Akışı ölçmek için ölçüm noktasına, diferansiyel basıncı toplamak için iki bağlantıya sahip olan ve daralan bir kısma cihazı monte edilir. Kısma cihazının ve ölçülen ortamın özellikleri biliniyorsa, aşağıdaki denklem hesaplanabiliyorsa, o zaman basınç düşüşü mutlak akışın bir ölçüsüdür. Karşılaştırmalı ölçüm yapmaya gerek yoktur; Akış ölçümü, cihaz üreticisi tarafından bağımsız olarak doğrulanabilir.

Basınç düşüşü ölçüm yöntemi süreklilik yasasına ve Bernoulli denklemine dayanmaktadır.

Süreklilik kanununa göre boru hattındaki akışkanın akışı her yerde aynıdır. Bir noktada kesitin daralması o bölgedeki debinin artmasına neden olur. Bernoulli denklemine göre akan bir maddenin iç enerjisi sabittir; statik (basınç) ve kinetik (hareket) enerjinin toplamıdır. Bu nedenle, hızdaki bir artış statik basınçta bir azalmaya neden olur (bkz. Şekil "Diferansiyel basınç ölçüm yönteminin prensibi: daralan bir hatta basınç dağılımı"). Diferansiyel basınç olarak adlandırılan bu basınç farkı, akışın bir ölçüsüdür.

Genel oran: q = c√Δp

• q: akış (q m, q v) kütle veya hacim akışı
• Δp: basınç düşüşü
• c: boru hattının boyutuna bağlı katsayı.

Bu denklem, kısıtlamadan kaynaklanan basınç düşüşünün akışın karesiyle orantılı olduğunu kanıtlar (bkz. şekil "Akış q ile basınç düşüşü Δp arasındaki ilişki").

Akış q ile basınç düşüşü Δp arasındaki ilişki