Допускается применять стационарные батареи гидрометрических вертушек в трубопроводах прямоугольного сечения. В этом случае вертушки располагают на вертикальных или горизонтальных штангах. Недостатком такой конструкции является значительная загрузка измерительного сечения.
При интеграционном способе измерений в трубопроводах круглого сечения гидрометрические вертушки устанавливают на вращающейся перекладине.
В трубопроводах прямоугольного сечения гидрометрические вертушки устанавливают на скользящей штанге.
Скользящую штангу, состоящую из одного или двух рядов гидрометрических вертушек, перемещают так, чтобы вертушки последовательно занимали все измерительные вертикали или горизонтали измерительного сечения. При равномерном перемещении скользящей штанги непосредственно измеряют среднюю скорость на всех вертикалях или горизонталях измерительного сечения. Линейная скорость вращения или перемещения не должна превышать 5% средней скорости потока.
Параллельный и интеграционный способы измерений применяют только с гидрометрическими вертушками.
Проведение измерений
Размеры поперечного сечения трубопровода измеряют в последовательности, приведенной ниже.
В трубопроводах круглого сечения внутренний диаметр измеряют не менее четырех раз с приблизительно равными углами между измеряемыми диаметрами. Если разность между двумя измерениями диаметра оказывается более 0,5%, число измерений удваивают.
Диаметр трубопровода принимают равным среднему арифметическому значению этих измерений.
В трубопроводах прямоугольного сечения ширину и высоту измеряют на каждой измерительной горизонтали и вертикали. Если разность между двумя измерениями более 1%, то число измерений удваивают. Ширину и высоту трубопровода принимают равными среднему арифметическому значению этих измерений. Внутренние размеры трубопровода измеряют нутромером. Допускается определять площадь измерительного сечения измерением наружного периметра трубопровода и толщины стенки трубы.
Контрольные измерения
Контрольные измерения выполняют перед проведением основных измерений или параллельно с ними для установления соответствия режима потока в измерительном сечении требованиям настоящего стандарта и определения времени измерений.
Для контроля стационарности потока должна быть предусмотрена контрольная точка измерений в центре измерительного сечения. В этой точке рекомендуют устанавливать измерительный преобразователь самопишущего средства измерений с возможно более высокой чувствительностью. Если график местной скорости в функции времени за время выполнения измерений во всех точках измерительного сечения не выходит за пределы ±1%, то поток считают стационарным. Если местная скорость изменяется более чем на 1%, то необходима коррекция на медленные колебания скорости (см. и. 6.5).
Равномерность распределения скоростей проверяют при помощи построения профиля скоростей по данным измерений местных скоростей на горизонтали, проходящей через центр измерительного сечения, при нескольких значениях расхода в рабочем диапазоне его измерений. Если профиль скоростей симметричен относительно оси трубопровода, типичен для турбулентного потомка, не изменяется при изменении расхода, а поток параллельноструйный, то поле скоростей считают равномерным.
Поток считают параллельноструйным, если выходной сигнал гидрометрической вертушки максимальный, а трубки Пито минимальный при ориентации их осей в направлении, параллель» ном оси трубопровода в пределах ±5°.
При угле наклона трубки Пито к оси трубопровода <р<± 10° выходной сигнал трубки Пито увеличивается при увеличении угла как в одну, так и в другую сторону (см. черт. 9). Если этот сигнал имеет минимум при ±5°, то поток считают параллельноструйным. Если ф>5°, то следует применять струевыпрямитель.
Контроль уровня турбулентности
Для косвенной оценки уровня турбулентности при измерениях гидрометрическими вертушками допускается использовать эмпирическую зависимость
где <тэ—среднее квадратическое значение пульсации скорости потока, %;
Гп—текущая длительность паузы между импульсами, с;
Т[ — средняя длительность паузы между импульсами за время измерений, с;
п — число пауз за время измерений.
Значение уровня турбулентности ——— не должно превышать
V
10%, где V — местная скорость потока, м/с.
Время измерений местной скорости гидрометрической вертушкой
В контрольной точке при одном и том же значении расхода измеряют местную скорость с последовательно возрастающим временем измерений. Если измеренные местные скорости при времени измерений Т и Т=Т+АТ отличаются менее чем на 0,2% при ДТ=20 с, то время измерения Т является достаточным. Если эта разность больше, время измерений следует увеличить.
Время измерений местной скорости при параллельном способе
Параллельный способ измерений при времени, установленном в п. 4.4.5, обеспечивает определение средней скорости со случайной погрешностью в (/" N раз меньшей, чем случайная погрешность измерения местной скорости, где N — число одновременно работающих гидрометрических вертушек.
Время измерений местной скорости трубкой Пито
Трубка Пито с дифференциальным манометром, имеющая постоянную времени, сглаживает пульсации так же, как и при интегрировании пульсаций за время измерений Т. Соотношение меж- ду сглаживанием и интегрированием определяют по формуле
т
1,7 ’
где т — постоянная времени трубки Пито с дифференциальным манометром, с;
Т — время измерения (интегрирования), с.
Следовательно, если 7= 100 с, то постоянная времени должна быть равна 60 с. При необходимости можно увеличить постоянную времени средства измерений, вводя демпфер в дифференциальный манометр.
Измерение местной скорости потока
Для определения местной скорости потока измеряют среднюю частоту следования импульсов с гидрометрической вертушкой или среднюю разность уровней дифференциального манометра, соединенного с трубкой Пито.
Среднюю частоту следования импульсов измеряют подсчетом импульсов, поступающих с гидрометрической вертушки, за время измерений, определенное в п. 4.4.5. Результатом измерений является число импульсов в секунду или угловая скорость вращения ротора (средняя частота следования импульсов) ю в радиан на секунду. Время измеряют при помощи секундомера или хронографа.
Местную скорость V определяют по формуле
-о=
где А и В — постоянные, определяемые при градуировке.
Разность уровней столбов жидкости Д/і в метрах, отсчитанная на дифференциальном манометре, связана с дифференциальным давлением Ар в паскалях зависимостью
Д^>=9,81ДЛ.
Если измеряемая и манометрическая жидкости имеют разные плотности (q=#Qi), то
Ар=9,81 ДЛ(р—pj).
Плотность жидкости должна быть измерена с погрешностью ±0,5% при 95%-ной доверительной вероятности.
Результат измерений дифференциального давления должен соответствовать среднему по времени его значению в данной точке пульсирующего потока. Это достигается путем введения демпфера в дифференциальный манометр или снятием нескольких отсче« тов по дифференциальному манометру через неравные промежутки времени. Число отсчетов считают достаточным, если отбрасывание любого из них (выпадающие отсчеты должны быть отброшены) не изменяет среднее арифметическое отсчетов более чем на 1%.
Если постоянная времени демпфера обеспечивает сглаживание пульсаций так, что пульсации уровней в дифференциальном манометре не превышают ±2% среднего значения за время, равное десяти периодам пульсаций (десяти минимумам или максимумам, которые можно обнаружить), то допускается снимать один отсчет по дифференциальному манометру, визуально усреднив его показания.
Местную скорость потока находят по градуировочному уравнению трубки Пито
v= а "у/” или ц = а 21/ig,
где а — коэффициент трубки Пито;
о — плотность измеряемой жидкости, кг/м3;
Д/г — разность уровней столбов жидкости, м;
g — ускорение силы тяжести, м/с2.
Если местная скорость в контрольной точке медленно изменяется во времени, необходимо фиксировать время отсчета в каждой точке измерений (см. п. 6.5), что позволит скорректировать эти изменения.
Измерение местной скорости потока параллельным способом
Местную скорость измеряют стационарной батареей. Электрические импульсы с гидрометрических вертушек и время регистрируют на многоперьевом хронографе.
На ленте хронографа отмечают начало и конец измерений, интервал времени между которыми равен времени измерений. Число импульсов за время измерений подсчитывают с точностью до 0,1 импульса. Время измерений в этом случае меньше определенного в п. 4.4.5 в N раз, где N — число вертушек, установленных на одном диаметре, вертикали или горизонтали измерительного сечения.
Местную скорость определяют так же, как и в п. 4.5.1.
Измерение местной скорости потока интеграционным способом
При этом способе непосредственно измеряют средние скорости на окружностях круглого измерительного сечения, горизонталях или вертикалях прямоугольного измерительного сечения равномерным вращением или перемещением штанги с гидрометрическими вертушками в измерительном сечении потока. Электрические импульсы с гидрометрических вертушек и время регистрируют на хронографе.
Во избежание ошибок от угла наклона кажущейся скорости к оси вертушек рекомендуется проверять измерения, выполненные непрерывным интегрированием, изменяя направление движения вращающейся или скользящей штанги.
Средняя частота следования импульсов с гидрометрической вертушки ®0, установленной на окружности радиусом г, соответствует средней скорости на этой окружности, если штанга вращается равномерно в течение времени, установленном в п. 4.5.3.
Среднюю скорость на горизонтали или вертикали определяют за время опускания и подъема штанги. При этом время измерений должно быть установлено по п. 4.5.3.
Среднюю скорость на окружности, горизонтали или вертикали иСр определяют по формуле
т»ср=Аш0+В.
При определении плотности воды измеряют ее статическую температуру термометром в точке потока, отстоящей от стенки на расстоянии 0,75 радиуса трубопровода и по таблице стандартных справочных данных ГСССД 2—77 «Вода. Плотность при атмосферном давлении и температурах от 0 до 100°С» определяют плотность.
ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ ИЗМЕРЕНИЙ
Общие положения
При обработке результатов измерений вычисляют среднюю скорость потока и расход воды по данным измерений местных скоростей и поперечных размеров трубопровода.
Среднюю скорость вычисляют интегрированием поля местных скоростей, заданного в виде профилей скорости в сечении потока.
Независимо от метода вычисления расхода воды точки измерений располагают на прямых линиях, причем две точки должны быть расположены как можно ближе к стенке. Это необходимо для определения коэффициента пг, используемого для экстраполяции профиля скорости вблизи стенки (см. обязательное приложение 4).
Как правило, точки измерений располагают так, чтобы разделить поперечное сечение потока на участки с приблизительно равными расходами. Все точки измерений в этом случае имеют приблизительно равный вес (значимость). Положение точек измерений зависит также от метода вычисления расхода.
При выборе числа и положения точек измерений следует соблюдать требования п. 3.3.1.
Вычисление средней скорости графичес-» ким интегрированием поля местных скоростей
При графическом интегрировании поля местных скоростей измеряют площадь под центральной частью графика профиля скорости, ограниченного ближайшими к стенке точками измерений и построенного в искаженном масштабе, и вычисляют площадь пристеночной зоны по приближенной зависимости, в которую входит коэффициент т. Сумма этих площадей численно равна средней скорости потока. Метод обеспечивает повышенную точность вычислений и его рекомендуется использовать, если не применимы упрощенные методы вычислений для строго симметричных полей скорости.
Круглое сечение
На черт. 1 показано расположение точек измерений в измерительном сечении круглого трубопровода в зависимости от числа точек измерений на радиусе. В табл. 1 приведены относительные длины радиусов измерительных окружностей при числе точек измерений на радиусе от 3 до 8.
Черт. 1
Таблица 1
Относительная длина радиуса измерительной окружности
|
Число точек измерений на радиусе |
rN- 1 |
rW-2 |
rN-Z |
rN-b |
rN-5 |
ry-6 |
jV^ rN |
|
rN |
rN |
rN‘ |
rN : |
rN |
ГЫ |
||
|
3 |
0,816 |
0,577 |
— |
— |
— |
— |
— |
|
4 |
0,866 |
0,707 |
0,500 |
—- |
— |
—— |
— |
|
5 |
0,894 |
0,775 |
0,632 |
0,447 |
— |
—• |
— |
|
6 |
0,912 |
0,816 |
0,707 |
0,577 |
0,408 |
— |
— |
|
7 |
0,926 |
0,845 |
0,756 |
0,655 |
0,535 |
0,378 |
— |
|
8 |
0,936 |
0,866 |
0,791 |
0,707 |
0,613 |
0,500 |
0,354 |
