10844
.pdf41
ТАРИРОВАНИЕ ВОДОМЕРА ВЕНТУРИ
42
Введение
Вучебно-методическом пособии приведена методика тарирования водомера Вентури и построения тарировочной кривой водомера.
Вряде случаев измерение расходов жидкости производится путем создания в потоке перепада давлений уменьшением его сечения специальными сужающими устройствами [1]. К таким устройствам, применяющихся для измерения расходов,
относятся: водомер Вентури (рисунок 1), сопло (рисунок 2) и диафрагма (рисунок
3).
Рисунок 1 – Водомер Вентури
Рисунок 2 – Сопло
43
Рисунок 3 – Диафрагма
Между величинами получаемых таким путем перепадов давления и расходами жидкости имеется определенная зависимость, которая и может быть использована для вычисления расхода по измеренному перепаду.
При протекании жидкости через сужающее устройство, вследствие перехода части потенциальной энергии давления в кинетическую энергию, средняя скорость потока в сужении повышается. В результате этого статическое давление потока после сужающего устройства становится меньше чем перед ним.
Между разностью этих давлений (перепадом давления ∆h) и расходом жидкости имеется определенная зависимость, которая и может быть использована для вычисления расхода по измеренному перепаду.
Достоинством этих приборов является большая пропускная способность,
прямой поток жидкости, отсутствие в них каких-либо движущихся частей,
подверженных скорому износу, открытое сечение, дающее возможность беспрепятственному проходу даже крупных взвешенных частиц, простота устройства и эксплуатации.
Конструктивно наиболее простым прибором является диафрагма. Однако диафрагма создает наибольшее гидравлическое сопротивление при проходе через нее потока и вызывает значительные потери напора.
44
Наиболее совершенным в отношении гидравлических сопротивлений является водомер Вентури. Водомер Вентури представляет собой вставку в основную трубу диаметром D трубы меньшего диаметра d с плавным входом и выходом [2]. Для установки водомера Вентури требуется больший по длине прямолинейный участок.
Для исключения искажения потока в приборе сужающее устройство должно размещаться на достаточном расстоянии от источников возмущения (колено, кран,
сужение и т.д.). Необходимая минимальная длина прямолинейного участка до прибора должна быть в зависимости от сужающего устройства и типа источника возмущения от 4d1 до 50d1.
В таблице 1 приведены расстояния от некоторых видов источников возмущения до сужающего устройства.
Таблица 1 – Расстояния от источников возмущения до сужающего устройства
Тип |
|
|
Водомер |
d2 |
|
|
2 |
|
|
Диафрагма |
d2 |
|
2 |
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
источника |
|
|
|
|
|
d1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
d1 |
|
|
||||
возмущения |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
0,1 |
0,2 |
0,3 |
|
|
0,4 |
0,5 |
0,1 |
0,2 |
0,3 |
|
0,4 |
0,5 |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Прямое |
|
4 |
7 |
10 |
|
|
17 |
28 |
6 |
10 |
15 |
|
22 |
30 |
||||
колено |
|
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Двойное |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
колено |
в |
4 |
8 |
14 |
|
|
23 |
31 |
4 |
6 |
10 |
|
15 |
22 |
||||
одной |
|
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
плоскости |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
Вентиль |
|
5 |
10 |
17 |
|
|
28 |
50 |
4 |
7 |
13 |
|
17 |
21 |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Внезапное |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
расширение |
3 |
6 |
11 |
|
|
19 |
29 |
4 |
8 |
14 |
|
20 |
26 |
|||||
трубы dтр |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
45
d |
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
тр |
|
= 0, 25 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
d |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
d |
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
тр |
|
= 0, 60 |
|
|
4 |
|
7 |
12 |
20 |
|
31 |
|
|
|
|
5 |
|
|
|
9 |
17 |
|
21 |
|
28 |
|
||||||||||
d |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
d |
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
тр |
|
= 0, 44 |
|
|
5 |
|
8 |
14 |
24 |
|
35 |
|
|
|
|
6 |
|
|
|
11 |
19 |
|
25 |
|
31 |
|
||||||||||
d |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
Необходимая минимальная длина прямолинейного участка за измерительным |
||||||||||||||||||||||||||||||||||
прибором должна быть не менее 5d1 . |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
Теоретический расход жидкости для водомера Вентури определяется по |
||||||||||||||||||||||||||||||||||
формуле [1] |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Q |
= ω × |
|
2 × g ×Dh |
, |
|
|
|
(1) |
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Т |
|
|
|
|
2 |
|
|
|
1- m |
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
где |
|
g – ускорение свободного падения, g = 9,81 |
м |
; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
с |
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
h – |
разность статических напоров в сечениях 1 и 2; |
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
m = |
ω2 |
|
, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(2) |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ω |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
ω = |
π × d 2 |
– площадь живого сечения в широкой части водомера |
|
(сечение 1) |
||||||||||||||||||||||||||||||
где |
|
|
1 |
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
1 |
|
4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
диаметром d1 ; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
ω2 = |
|
π × d |
2 |
– |
площадь живого сечения в узкой части водомера (сечение 2) |
|||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
2 |
|
||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
диаметром d2 . |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
Для водомера Вентури величина ω × |
|
|
2 × g |
|
является постоянной и зависит |
|||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
1- m2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
только от площади живого сечения, поэтому ее можно обозначить через А |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
А = ω × |
2 × g |
, |
|
|
|
|
|
|
(3) |
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1- m2 |
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
46 |
|
Следовательно |
|
QТ = А× Dh , |
(4) |
где А – постоянная водомера.
Действительный расход жидкости, который проходит через водомер, будет меньше теоретического Qд < QТ . Это объясняется тем, что при протекании жидкости через водомер, часть напора будет расходоваться на преодоление гидравлических сопротивлений.
Таким образом
Qд = μ ×QТ = μ × А× |
Dh |
, |
(5) |
||
μ = |
Qд |
, |
(6) |
||
|
QТ
где μ – коэффициент расхода водомера.
Обозначая величину μ × А через С, получим
Qд = C × |
Dh |
, |
(7) |
Величину С называют характеристикой водомера. |
|
Теоретически вычислить действительное значение коэффициента расхода μ
и характеристику водомера С невозможно ввиду того, что на их значение оказывают трудно учитываемые факторы. Поэтому эти коэффициенты могут быть определены только опытным путем. Следует отметить, что начиная с определенных значений числа Рейнольдса – Re , коэффициент расхода μ и
характеристика С достигаю предельных значений. Эти значения чисел Re называют предельными. Очевидно, режим движения Re > (Re )пр следует рассматривать как соответствующий квадратичной области. Для квадратичной области коэффициент расхода μ и характеристика водомера С становятся, для данного водомера,
постоянными.
Квадратичный режим в водомере имеет место при Re > 105 − 106 .
47
На практике расход жидкости определяют по тарировочным кривым,
полученным опытным путем и дающим для данного водомера прямую зависимость между перепадом давлений h и измеряемыми расходами жидкости Qд (рисунок
4).
В описанном виде водомер Вентури дает возможность определить мгновенный расход, имеющийся в трубе в данный момент.
Для определения расхода за определенный промежуток времени (час, сутки)
водомер снабжается добавочным устройством, которое производит автоматическое суммирование протекающего количества воды.
48
1 Состав лабораторной работы
В состав работы входит:
1. Построение теоретической кривой расхода водомера QТ = f ( h) по формуле
(1).
2.Построение тарировочной кривой Qд = f ( h) по данным опыта (рисунок 4).
3.Построение по полученным данным графика зависимости μ = f (Re ) по формуле (6) (рисунок 5).
Рисунок 4 – Графики зависимости QТ = f ( h) и Qд = f ( h)
Рисунок 5 – График зависимости μ = f (Re )
49
2 Опытная установка
Опытная установка для тарирования водомера Вентури изображена на рисунке 6.
Рисунок 6 – Опытная установка
Опытная установка состоит из водомера Вентури 1, расположенного на горизонтальном участке 2, соединенной стояком 3 с лабораторным водяным баком
4, который обеспечивает поступление в водомер воды под постоянным напором. К
водомеру в широком сечении ω1 диаметром d1 и узком сечении ω2 диаметром d2
присоединен с помощью резиновых трубок дифференциальный пьезометр 5.
Дифференциальный пьезометр 5 показывает разность давлений h ,
соответствующую расходу воды Qд , протекающему в данный момент через водомер.
50
В нижней части дифференциальный пьезометр имеет краны n1 и n2 , с
помощью которых можно выключить указательные трубки дифференциального пьезометра. Это устройство позволяет более точно делать отсчеты по шкале, для чего нужно закрыть краны, соединяющие водомер с трубками дифференциального пьезометра, и тогда колебание давления в трубе не будет передаваться на уровень жидкости в этих трубках. Необходимо только следить, чтобы закрытие обоих кранов у дифференциального пьезометра производилось одновременно.
Для изменения скорости движения воды в трубе, а следовательно, и расхода на выходном конце трубы имеется задвижка 6.
Измерение расхода производится объемным способом с помощью мерного бака 7, установленного около выходного конца трубы 2.
На выходном конце трубы 2 имеется отсекатель 10, с помощью которого производится направление вытекающей струи через отводные трубы 11 в
подземный резервуар с водой или в мерный бак 7.
Измерение температуры воды, вытекающей в бак, производится термометром
9.
При большой разнице давлений в широком и узком сечениях водомера вместо дифференциального пьезометра 5 можно показания снимать по дифференциальному манометру 8.
В этом случае разность h , равная разности пьезометрических напоров,
вычисляется по формуле
|
Dh = ( |
ρм |
-1) × h , |
(8) |
|
ρ |
|||
|
|
м |
|
|
|
|
|
|
|
где ρм – |
плотность жидкости, заполняющей дифференциальный манометр; |
|
||
ρ – |
плотность жидкости, протекающей через водомер; |
|
||
hм – |
разность уровней жидкости в трубках дифференциального манометра. |