Расходомер вентури: принцип работы и сфера применения

принцип работы и сфера применения

Труба Вентури – это измерительный прибор, выполненный в качестве суженого устройства, благодаря чему возникает перепад давления для измерения расхода потока газа, пара и иных жидкостей. Труба Вентури изготавливается из материала, который устойчив к воздействию той или иной среды, расход которой измеряется, или же с обработанной внутренней поверхностью, устойчивой к измерительной среде. 

Конструкция получила свое название в честь итальянского изобретателя Дж. Вентури и может монтироваться в трубопроводах в различных плоскостях: горизонтально, вертикально (наиболее распространенный вариант) или наклонно.

Труба Вентури. 1- кольцевые усредняющие камеры, 2- конус, 3- горловина, 4- диффузор

Внешне – труба Вентури (или труба распылитель)  выглядит как вертикально расположенная конструкция с перетяжкой. Составными элементами Вентури трубы являются входной патрубок, с имеющимися на  нем кольцевой камерой и отверстием, которое служит для отбора давления. Также данный измерительный прибор имеет входной конус, переходящий в горловину с аналогичными отверстиями для отбора давления и диффузор. Число отверстий должно равняться не менее четырем.

Труба выполняется в двух вариантах — обычной длинны или укороченная. Данное измерение осуществляется по длине диффузора. В зависимости от конечного типа конструкции измерительная труба Вентури может быть как цельной, так и сочлененной из нескольких элементов.

Классификация труб Вентури

Классификация  может осуществляться по виду входного конуса.

Таким образом можно различать следующие виды:

• с литой конической частью необработанной — изготавливаются путем литья конуса в песочную форму или иными, похожими методами, после которых обработка конической части измерительного прибора не предусматривается. Обработка осуществляется лишь горловины и закругления, находящегося между коническими и цилиндрическими элементами.
• с литой конической частью обработанной — изготавливается также, по средствам литья, но в отличие от первого варианта конические и цилиндрические входные части проходят предварительные обработки. Участки между коническими и цилиндрическими частями данного типа измерительного прибора выполнены либо в закругленной форме, или не закругленной.
• с конусом, выполненным из листовой стали по средствам сварки -выполнен либо в закругленной форме, или не закругленной. Этот тип измерительных приборов изготавливается по средствам сварки.

Помимо этого, классификация осуществляется и по типу конструкции самой трубы и материала, из которого она выполнена. В этом случае различают трубы, состоящие из цельной трубы, и изделия, имеющие в своем основании трубы выполненные из составных частей, сочетающихся друг с другом по средствам резьбовых, фланцевых и иных соединений.

В классификации Вентури есть и еще один вид этого измерительного прибора. Называется он, как  ГВПВ — прямоточный высокоскоростной газопромыватель Вентури.

Трубы Вентури служат для измерения расхода различных жидкостей и газа.

Использование их в промышленности имеет ряд неоспоримых и ценных преимуществ по сравнению с другими измерительными приборами:

• При использовании конструкции достигается минимальная потеря давления;
• Во время эксплуатации данного измерительного прибора исключается какая-либо засоренность отложениями;
• Трубы Вентури отличаются своей повышенной износостойкостью и являются очень долговечными измерительными приборами.
• При эксплуатации требуют к себе минимальное количество трудозатрат;
• Несмотря на простоту конструкции, данный измерительный прибор отличается высокой надежностью и хорошей точностью измерения;
• Отдельным пунктом отметим  длительный срок эксплуатации труб Вентури в промышленных условиях.

Области применения измерительного прибора

Трубы Вентури находят свое активное применение в таких аппаратах, как скруббер Вентури — это скоростной газопромыватель, цель которого – очистка газа от микронной и субмикронной  пыли. Данный очистительный прибор отличается от других аналогичных приборов своей высокой производительностью и низкими потерями.

Актуальна труба Вентури в инжекторах, работающих в струйных насосах, предназначенных для сжимания газов, паров жидкостей и дальнейшей подачи их в емкости с повышенным давлением, где осуществляется выработка кинетической или тепловой энергии. Также данные инжекторы находят свое применение в ДВС – двигателях внутреннего сгорания, актуальны в котлах для парового отопления и системах внесения орошения для нужд сельского хозяйства.

Измерительный прибор находит свое применение в трубопроводах, где диаметр трубы колеблется от 50 до 1400 миллиметров.

Во время эксплуатации возможны потери измеряемой жидкости или газа. Они колеблются в диапазоне от 5 до 20%. Погрешность же такого измерения составляет не более 10%, но не менее 2.

Труба Вентури – для несведущего человека — загадочный прибор. Но если посмотреть по сторонам, то наш город просто наполнен этими измерительными, очистительными приборами. Например, всем нам так известные трубы котельных, где вырабатывается пар для отопления наших квартир и подачи в них горячей воды – это тоже трубы Вентури.

Трубы Вентури | GAS-Engineering

Вентури трубы — Измерение расхода с высокой точностью

Компания «Газовый инжиниринг» проектирует и производит трубы Вентури.

Трубки Вентури, как и другое наше оборудование (например, эжекторы), мы проектируем и производим в соответствии с индивидуальными требованиями заказчика по  производительности, потере давления,  точности измерения и т. д..

Расходомеры Вентури производства «Газовый инжиниринг»  представляют самые высокие стандарты в следующих аспектах:

• Точность измерения

Классическая трубка Вентури, как правило, обеспечивает точность измерения +/- 1,5%. Однако, в некоторых случаях точность измерения может быть более высокой. Это достигается за счет повышенных требований изготовления и обработки комплектующих, удлинения элементов, обработки углов и переход от горла до конуса, устраняя потенциальную ошибку измерения путем обработки сварных швов.

• Энергоэффективность

Трубка Вентури обеспечивает эффективность энергопотребления и позволяет уменьшить эксплуатационные расходы.

Расходомер Вентури имеет наименьшие потери давления среди сужающих поток расходомеров. Низкая величина потери давления говорит об эффективности использовании и снижении эксплуатационных затрат. Классическая труба Вентури имеет потерю постоянного давления ниже, чем дисковая диафрагма, быстросъёмное сужающее устройство, измерительная шайба, кольцевое сопло, измерительная вставка, измерительное сопло, расходомерное сопло, клиновой расходомер.

Труба Вентури подходит для измерения расхода различных сред (газа, жидкости, пара). Широкий диапазон расходов, способность восстановить высокое давление, невысокая стоимость изготовления делают применение трубок Вентури предпочтительными во многих установках.

Компания «Газовый инжиниринг» поддерживает высокий контроль качества на всех этапах производственного цикла: от получения технического задания от клиента и проектирования по индивидуальным параметрам до контроля материалов, окончательной проверки готового продукта и поставки.

Проектирование и изготовление скрубберов Вентури выполняется в соответствии с российскими нормами (ГОСТ, ПБ, РД и др.)

Все выпускаемое оборудование проходит полный набор необходимых испытаний: визуальный осмотр, неразрушающий контроль, ультразвуковое исследование, дефектоскопия, капиллярный тест, гидравлические испытания.

Поставка оборудования осуществляется с полным комплектом документов: паспорт, руководство по монтажу и эксплуатации, сертификаты и декларации.

Конструкция Трубы Вентури

Классический расходомер Вентури включает в себя входной участок, конфузор (суживающийся конус, цилиндрическую среднюю часть (горловину) и диффузор (расширяющаяся часть) и выходной участок. Труба Вентури включается в разрыв трубопровода фланцевыми соединениями или приваркой.

ВХОДНОЙ УЧАСТОК

Входная секция расходомера Вентури состоит из впускного цилиндра, имеющего внутренний диаметр, равный диаметру трубы.

Присоединение может быть фланцевое или под приварку.

КОНФУЗОР

Конфузор представляет собой суживающийся конический участок.

СРЕДНЯЯ ЧАСТЬ (ГОРЛО)

Горловина  (узкая часть сопла) содержит очень важную цилиндрическую секцию. Диаметр горла рассчитывается для получения перепада давления.

ДИФФУЗОР

Диффузор представляет собой расширяющийся конический участок.

ВЫХОДНОЙ УЧАСТОК

Выходная секция трубы Вентури состоит из выпускного цилиндра, имеющего внутренний диаметр, равный диаметру  трубы.  Присоединение может быть фланцевое или под приварку.

Геометрия (длина, угол и т.д.) конфузора, горла и диффузора рассчитываются индивидуально под  параметры среды заказчика.

Введение в расходомеры Вентури, расходомеры и сегментные клиновые элементы

Расходомер Вентури представляет собой тип расходомера дифференциального давления, который производит измерение расхода путем измерения разницы давлений в двух разных местах трубы. Эта разница давлений создается за счет сужения диаметра трубы, что вызывает увеличение скорости потока и соответствующее падение давления. Именно по этим изменениям в потоке жидкости можно вывести скорость потока.

Расходомеры Вентури, как и все другие типы расходомеров перепада давления, работают на принципах уравнения Бернулли, которое гласит, что по мере увеличения скорости потока жидкости происходит потеря давления.

Трубки Вентури доступны в размерах до 72 дюймов и могут пропускать на 25–50 % больше потока, чем диафрагма с тем же перепадом давления. Кроме того, общая невосстановленная потеря напора редко превышает 10% от измеренного d/p (рис. 1). Первоначальная стоимость трубок Вентури высока, поэтому они в основном используются для больших потоков или для более сложных или требовательных приложений потока. Трубки Вентури нечувствительны к влиянию профиля скорости и, следовательно, требуют менее прямого участка трубы, чем диафрагма. Их контурная природа в сочетании с самоочищающим действием потока через трубку делает устройство невосприимчивым к коррозии, эрозии и образованию внутренней накипи. Несмотря на высокую первоначальную стоимость, общая стоимость владения приборами этого типа все еще может быть выгодной из-за экономии затрат на установку, эксплуатацию и техническое обслуживание.

Потеря давления – Вентури против диафрагмы

Классическая трубка Вентури Гершеля имеет очень длинный элемент потока, характеризующийся сужающимся входом и расходящимся выходом. Давление на входе измеряется на входе, а статическое давление в горловине. Штуцеры давления входят в общую кольцевую камеру, обеспечивая среднее значение давления по всей окружности элемента. Применение классической трубки Вентури ограничено чистыми неагрессивными жидкостями и газами.

В короткой форме Вентури входной угол увеличен, а кольцевые камеры заменены патрубками (рис. 2-А). Трубка Вентури короткой формы сохраняет многие преимущества классической трубки Вентури, но имеет меньшую начальную стоимость, меньшую длину и меньший вес. Напорные штуцеры расположены на расстоянии от ¼ до ½ диаметра трубы перед входным конусом и в середине горловины. Кольца пьезометра можно использовать с большими трубками Вентури для компенсации искажений профиля скорости. При работе с шламом краны труб можно продуть или заменить химическими уплотнениями, которые могут устранить все тупиковые полости.

Элементы постепенного потока

Существует несколько подходящих конструкций расходомерных трубок, которые обеспечивают даже лучшее восстановление давления, чем классическая трубка Вентури. Самая известная из этих запатентованных конструкций — универсальная трубка Вентури (рис. 2-В). Различные конструкции расходомерных трубок различаются по своим контурам, расположению отводов, генерируемому d/p и невосстановленным потерям напора. Все они имеют короткую длину свивки, обычно от 2 до 4 диаметров трубы. Эти запатентованные расходомерные трубки обычно стоят меньше, чем классические и короткие трубки Вентури из-за их короткой длины. Однако им также может потребоваться более прямолинейный участок трубы для формирования профилей скорости потока.

На работу расходомерной трубки сильно влияет калибровка. Погрешность коэффициента расхода в универсальном трубке Вентури при числах Рейнольдса более 75000 составляет 0,5%. Погрешность классической трубки Вентури при Re > 200 000 составляет от 0,7 до 1,5 %. Расходомерные трубки часто снабжаются графиками коэффициента расхода, поскольку коэффициент расхода изменяется при уменьшении числа Рейнольдса. Изменение коэффициента расхода трубки Вентури, вызванное шероховатостью трубы, составляет менее 1%, поскольку существует постоянный контакт между жидкостью и внутренней поверхностью трубы.

Благодаря высокой турбулентности и отсутствию полостей, в которых может скапливаться материал, расходомерные трубки хорошо подходят для работы со шламом и шламом. Однако затраты на техническое обслуживание могут быть высокими, если продувка воздухом не может предотвратить закупорку штуцеров давления и линий подачи. Плунжерные устройства (очистители вентиляционных отверстий) могут быть установлены для периодического удаления отложений из внутренних отверстий, даже когда счетчик подключен к сети. Направляющие линии также могут быть заменены уплотнительными элементами типа кнопки, гидравлически соединенными с преобразователем d/p с помощью заполненных капилляров. Общая точность измерения может ухудшиться, если изолирующая мембрана имеет малые размеры, ее диафрагма жесткая или если капиллярная система не имеет температурной компенсации или не защищена от прямого солнечного света.

Сопла

Форсунка имеет более стабильные размеры, чем диафрагма, особенно при высоких температурах и высоких скоростях.

Он часто использовался для измерения высоких расходов перегретого пара. Потоковое сопло, как и трубка Вентури, имеет большую пропускную способность, чем диафрагма, и требует меньших первоначальных инвестиций, чем трубка Вентури, но также обеспечивает меньшее восстановление давления (рис. 1). Основным недостатком сопла является то, что его сложнее заменить, чем отверстие, если только его нельзя снять как часть секции катушки.

В США преобладают насадки с трубным краном ASME (рис. 2-C). Выходной конец сопла представляет собой короткую трубку, имеющую такой же диаметр, как и контрактная вена эквивалентной диафрагмы. Отношение диаметров конструкций с низким коэффициентом бета варьируется от 0,2 до 0,5, тогда как конструкции с высоким коэффициентом бета варьируются от 0,45 до 0,8. Сопло всегда должно располагаться по центру трубы, а выходной штуцер для измерения давления должен находиться внутри выходного отверстия сопла. Сужение горловины всегда должно уменьшать диаметр к выходу. Форсунки не рекомендуются для шламов или грязных жидкостей.

Наиболее распространенным расходным соплом является фланцевый тип. Краны обычно располагаются на один диаметр трубы выше по потоку и на ½ диаметра трубы ниже по потоку от входной поверхности.

Точность расходомера обычно составляет 1 % AR с потенциалом 0,25 % AR при калибровке. Хотя данные о коэффициенте расхода доступны для чисел Рейнольдса всего 5000, рекомендуется использовать проточные сопла только тогда, когда число Рейнольдса превышает 50000. Форсунки Flow сохраняют свою точность в течение длительного времени, даже в тяжелых условиях эксплуатации. Сопла расхода могут быть очень точным способом измерения расхода газа. Когда скорость газа достигает скорости звука в горловине, скорость больше не может увеличиваться (даже если давление ниже по потоку уменьшается), и достигается состояние дросселирования потока. Такие «форсунки критического расхода» очень точны и часто используются в расходомерных лабораториях в качестве эталонов для калибровки других устройств измерения расхода газа.

Форсунки могут быть установлены в любом положении, хотя предпочтительна горизонтальная ориентация. Вертикальный нисходящий поток предпочтителен для влажного потока, газов или жидкостей, содержащих твердые частицы. Требования к прямым участкам трубопровода аналогичны требованиям к диафрагмам.

Сегментные клиновидные элементы

Сегментный клиновой элемент (рис. 3-A) представляет собой запатентованное устройство, предназначенное для использования в шламовых, коррозионных, эрозионных, вязких или высокотемпературных средах. Он относительно дорог и используется в основном для сложных жидкостей, где значительная экономия на обслуживании может оправдать первоначальные затраты. Уникальное ограничение потока рассчитано на весь срок службы установки без износа.

Запатентованные элементы для сложных жидкостей

Клиновые элементы используются с химическими уплотнениями диаметром 3 дюйма, исключая как направляющие линии, так и любые тупиковые полости. Уплотнения крепятся к корпусу расходомера непосредственно перед и после дросселя. Они редко требуют очистки, даже в таких сферах, как обезвоженный шлам, черный щелок, угольный шлам, шлам летучей золы, таконит и сырая нефть. Минимальное число Рейнольдса составляет всего 500, а для расходомера требуется всего пять диаметров прямого участка трубы вверх по течению.

Сегментный клин имеет V-образное сужение, характеризующееся отношением H/D, где H — высота отверстия под сужением, а D — диаметр. Соотношение H/D можно варьировать в соответствии с диапазоном расхода и для получения желаемого значения d/p. Встречный поток создает захватывающее действие через счетчик. Это обеспечивает очищающий эффект с обеих сторон сужения, помогая поддерживать его чистоту и отсутствие отложений. Сегментные клинья могут измерять расход в обоих направлениях, но датчик d/p должен быть откалиброван для разделения диапазона или элемент расхода должен быть оснащен двумя наборами соединений для двух датчиков d/p (один для прямого и один для обратного потока). ).

Можно ожидать, что некалиброванный клиновой элемент будет иметь погрешность AR от 2% до 5% в диапазоне 3:1. Калиброванный клиновой элемент может уменьшить это значение до 0,5% AR, если плотность жидкости постоянна. Если плотность навозной жижи непостоянна и/или не измеряется, ошибка возрастает.

Элемент конуса Вентури

Элемент конуса Вентури (V-конус) (рис. 3-B) представляет собой еще одну запатентованную конструкцию, которая обещает стабильную работу при низких числах Рейнольдса и нечувствительна к искажению профиля скорости или эффектам завихрения. Однако, опять же, это относительно дорого. Сужение V-образного конуса имеет уникальную геометрию, которая сводит к минимуму ухудшение точности из-за износа, что делает его хорошим выбором для высокоскоростных потоков и эрозионных/коррозионных приложений.

V-образный конус создает зону контролируемой турбулентности, которая сглаживает входящий нерегулярный профиль скорости и создает стабильный перепад давления, который измеряется краном ниже по потоку. Коэффициент бета V-образного конуса определяется таким образом, что отверстие и V-образный конус с одинаковыми коэффициентами бета будут иметь равные площади отверстий.

Где d — диаметр конуса, а D — внутренний диаметр трубы.

При такой конструкции коэффициент бета может превышать 0,75. Например, 3-дюймовый измеритель с бета-коэффициентом 0,3 может иметь диапазон от 0 до 75 галлонов в минуту. Согласно опубликованным результатам испытаний потоков жидкости и газа точность системы составляет от 0,25 до 1,2% AR.

Расходомеры Вентури

| Venturi Design

Расходомеры Вентури обеспечивают высокую точность и надежность для измерения расхода трубопроводных жидкостей под давлением, включая жидкости, газы и пар, а также трубопроводных жидкостей с высокой вязкостью, трубопроводных жидкостей, содержащих твердые частицы, а также агрессивных или загрязненных трубопроводных жидкостей.

HVT-FV Изготовленная трубка Вентури

+/- 0,50% Погрешность без калибровки
Низкие потери, муниципальные и промышленные применения

• Размер линии: от 1/2 до 144 дюймов.
• Потери напора, % от перепада: от 3,50 до 10,0 процентов
• Рекомендуемое число Рейнольдса трубы: более 75 000

Посмотреть продукт

HVT-CI Чугун/ HVT-DI Дуктильный Вентури

+/- 0,50% Некалиброванная погрешность
Низкие потери, муниципальное и промышленное применение

• Размер линии: от 4 до 96 дюймов.
• Потеря напора, % от перепада: от 3,50 до 10,0 процентов
• Рекомендуемое число Рейнольдса трубы: более 75 000 для базовой точности

Посмотреть продукт

Контроллер расхода HVT-FC

+/- 0,50 % Неоткалиброванная погрешность
Низкие потери, контроль расхода

• Размер линии: от 4 до 96 дюймов
• Потеря напора, % дифференциала (вентури): 3,50–10,0 %
• Рекомендуемое число Рейнольдса трубы: более 75 000 для базовой точности

Посмотреть продукт

Герметичная измерительная система HVT-SMS

+/- 0,50 % Неоткалиброванная погрешность
Низкие потери, сильно загрязненная жидкость

• Размеры линий: от 6 до 14 дюймов для 2-дюймовых SMS; с 16 до 96 дюймов для 3 дюймов SMS
• Потеря напора, % дифференциала (вентури): от 3,50 до 10,0 %
• Рекомендуемое число Рейнольдса трубы: более 75 000 для базовой точности

Посмотреть продукт

CV Классический Вентури

+/- 1,00–1,50 % Некалиброванная погрешность
Чистые жидкости и газы

• Размер линии: от 2 до 48 дюймов
• Потеря напора, % от перепада: от 10 до 25 процентов
• Рекомендуемое число Рейнольдса трубы: более 200 000 для базовой точности.