способ определения расхода в трубопроводе

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;

p - перепад давления на длине L;

L - длина участка;

- плотность среды.

Описание изобретения к патенту

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;

p - перепад давления на длине L;

L - длина участка;

- 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 p. Из формулы Дарси - Вейсбаха

(3)

где

- 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 - 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.