Государственная система обеспечения единства измерений

ИЗМЕРЕНИЕ РАСХОДА И КОЛИЧЕСТВА ЖИДКОСТЕЙ И ГАЗОВ С ПОМОЩЬЮ СТАНДАРТНЫХ СУЖАЮЩИХ УСТРОЙСТВ

Часть 1

Принцип метода измерений и общие требования

ISO 5167-1:2003

Measurement of fluid flow by means of pressure differential devices inserted in

circular cross-section conduits running full -

Part 1: General principles and requirements

(MOD)

Предисловие

Цели, основные принципы и основной порядок проведения работ по межгосударственной стандартизации установлены ГОСТ 1.0-92 «Межгосударственная система стандартизации. Основные положения» и ГОСТ 1.2-97 «Межгосударственная система стандартизации. Стандарты межгосударственные, правила и рекомендации по межгосударственной стандартизации. Порядок разработки, принятия, применения, обновления и отмены»

Сведения о стандарте

1 ПОДГОТОВЛЕН Обществом с ограниченной ответственностью «Отраслевой метрологический центр Газметрология» (ООО «ОМЦ Газметрология»), Федеральным государственным унитарным предприятием «Всероссийский научно-исследовательский институт расходометрии» (ФГУП «ВНИИР»), государственным предприятием «Всеукраинский государственный научно-производственный центр стандартизации, метрологии, сертификации и защиты прав потребителей» Госпотребстандарта Украины (Укрметртестстандарт), Национальным университетом «Львовская политехника»

2 ВНЕСЕН Федеральным агентством по техническому регулированию и метрологии Российской Федерации

3 ПРИНЯТ Межгосударственным советом по стандартизации, метрологии и сертификации (протокол № 28 от 9 декабря 2005 г.)

За принятие проголосовали:

(Поправка, ИУС 6-2007).

4 Настоящий стандарт является модифицированным по отношению к международному стандарту ИСО 5167-1:2003 «Измерение расхода среды с помощью устройств переменного перепада давления, помещенных в заполненные трубопроводы круглого сечения. Часть 1. Общие принципы и требования» (ISO 5167-1:2003 «Measurement of fluid flow by means of pressure differential devices inserted in circular cross-section conduits running full - Part 1: General principles and requirements») путем внесения технических отклонений, объяснение которых приведено во введении к настоящему стандарту, и путем изменения его структуры.

Наименование настоящего стандарта изменено относительно наименования указанного между народного стандарта для приведения в соответствие с ГОСТ 1.5-2001 (подраздел 3.6)

5 Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 31 октября 2006 г. № 237-ст межгосударственный стандарт ГОСТ 8.586.1-2005 (ИСО 5167-1:2003) «Государственная система обеспечения единства измерений. Измерение расхода и количества жидкостей и газов с помощью стандартных сужающих устройств. Часть 1. Принцип метода измерений и общие требования» введен в действие в качестве национального стандарта Российской Федерации с 1 января 2007 г.

6 ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ

Информация о введении в действие (прекращении действия) настоящего стандарта публикуется в указателе «Национальные стандарты».

Информация об изменениях к настоящему стандарту публикуется в указателе «Национальные стандарты», а текст изменений - в информационных указателях «Национальные стандарты». В случае пересмотра или отмены настоящего стандарта соответствующая информация будет опубликована в информационном указателе «Национальные стандарты»

Содержание

Введение

Комплекс межгосударственных стандартов ГОСТ 8.586.1-2005 - ГОСТ 8.586.5-2005 под общим наименованием «Государственная система обеспечения единства измерений. Измерение расхода и количества жидкостей и газов с помощью стандартных сужающих устройств» (далее - комплекс стандартов) состоит из следующих частей:

- Часть 1. Принцип метода измерений и общие требования;

- Часть 2. Диафрагмы. Технические требования;

- Часть 3. Сопла и сопла Вентури. Технические требования;

- Часть 4. Трубы Вентури. Технические требования;

- Часть 5. Методика выполнения измерений.

Комплекс стандартов распространяется на измерение расхода и количества жидкостей и газов методом переменного перепада давления при применении следующих типов сужающих устройств: диафрагмы, сопла ИСА 1932, эллипсного сопла¹), сопла Вентури и трубы Вентури.

Комплекс стандартов устанавливает требования к геометрическим размерам и условиям применения сужающих устройств, используемых в трубопроводах круглого сечения, полностью заполненных однофазной (жидкой или газообразной) средой, скорость течения которой менее скорости звука в этой среде.

Части 1- 4 комплекса стандартов являются модифицированными по отношению к международным стандартам [1] - [4].

В первой части приведены термины и определения, условные обозначения, принцип метода измерений, установлены общие требования к условиям измерений при применении всех типов сужающих устройств.

Вторая, третья и четвертая части устанавливают технические требования к конкретным типам сужающих устройств: вторая часть - к диафрагмам, третья - к соплам ИСА 1932, эллипсным соплам и соплам Вентури, четвертая - к трубам Вентури.

В пятой части приведена методика выполнения измерений с помощью указанных типов сужающих устройств.

В отличие от международного стандарта [1] в настоящий стандарт введены:

- дополнительные термины и определения;

- дополнительные требования, отражающие потребности национальной экономики государств, указанных в предисловии, и особенности изложения межгосударственных стандартов.

Введенные дополнительные требования, термины и определения выделены в стандарте путем заключения в рамки из тонких линий.

С целью облегчения практического применения настоящий стандарт дополнен приложениями А, Б, В, Г.

Раздел 8 международного стандарта [1] переработан с учетом требований [5] и перенесен в ГОСТ 8.586.5.

Сведения о соответствии ссылочных международных стандартов межгосударственным стандартам, использованным в настоящем стандарте в качестве нормативных ссылок, приведены в дополнительном приложении И.

Сравнение структуры настоящего стандарта со структурой указанного межгосударственного стандарта приведено в дополнительном приложении К.

Дата введения - 2007-01-01

1 Область применения

В настоящем стандарте даны определения необходимых терминов и условные обозначения, изложен принцип метода измерений с помощью стандартных сужающих устройств и расчета расхода и количества жидкостей и газов, протекающих в полностью заполненных трубопроводах круглого сечения.

Стандарт устанавливает общие требования к сужающим устройствам и их установке, измерительным трубопроводам, условиям проведения измерений расхода и количества жидкостей и газов.

Стандарт распространяется на сужающие устройства, для которых были проведены экспериментальные исследования, число и качество которых обеспечивает их применение с прогнозируемой неопределенностью их характеристик без индивидуальной градуировки.

2 Нормативные ссылки

В настоящем стандарте использованы ссылки на следующие межгосударственные стандарты:

ГОСТ 8.417-2002 Государственная система обеспечения единства измерений. Единицы вели чин

ГОСТ 8.566-99 Государственная система обеспечения единства измерений. Межгосударственная система данных о физических константах и свойствах веществ и материалов. Основные положения.

ГОСТ 8.586.2-2005 (ИСО 5167-2:2003) Государственная система обеспечения единства измерений. Измерение расхода и количества жидкостей и газов с помощью стандартных сужающих устройств. Часть 2. Диафрагмы. Технические требования

ГОСТ 8.586.3-2005 (ИСО 5167-3:2003) Государственная система обеспечения единства измерений. Измерение расхода и количества жидкостей и газов с помощью стандартных сужающих устройств. Часть 3. Сопла и сопла Вентури. Технические требования

ГОСТ 8.586.4-2005 (ИСО 5167-4:2003) Государственная система обеспечения единства измерений. Измерение расхода и количества жидкостей и газов с помощью стандартных сужающих устройств. Часть 4. Трубы Вентури. Технические требования

ГОСТ 8.586.5-2005 Государственная система обеспечения единства измерений. Измерение расхода и количества жидкостей и газов с помощью стандартных сужающих устройств. Часть 5. Методика выполнения измерений

ГОСТ 2789-73 Шероховатость поверхности. Параметры и характеристики

ГОСТ 2939-63 Газы. Условия для определения объема

ГОСТ 15528-86 Средства измерений расхода, объема или массы протекающих жидкости и газа. Термины и определения

Примечание - При пользовании настоящим стандартом целесообразно проверить действие ссылочных стандартов и классификаторов в информационной системе общего пользования - на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет или по ежегодно издаваемому информационному указателю «Национальные стандарты», который опубликован по состоянию на 1 января текущего года, и по соответствующим ежемесячно издаваемым информационным указателям, опубликованным в текущем году. Если ссылочный стандарт заменен (изменен), то при пользовании настоящим стандартом следует руководствоваться замененным (измененным) стандартом. Если ссылочный стандарт отменен без замены, то положение, в котором дана ссылка на него, применяется в части, не затрагивающей эту ссылку.

3 Термины и определения

В настоящем стандарте применены термины по ГОСТ 15528 и [6], а также следующие термины с соответствующими определениями.

3.1 Давление среды и перепад давления на сужающем устройстве

3.1.1 отверстие для отбора давления: Кольцевая щель (сплошная или прерывистая), выполненная в камере усреднения, или круглое отверстие, просверленное в стенке измерительного трубопровода или во фланце.

Примечание - Отверстия для отбора давления располагают на входе сужающего устройства (далее - до сужающего устройства) и на выходе или в горловине сужающего устройства (далее - после сужающего устройства).

3.1.3 статическое давление среды: Абсолютное давление движущейся среды, которое может быть измерено посредством подключения средства измерений к отверстию для отбора давления.

3.1.4 перепад давления на сужающем устройстве: Разность между значениями статического давления среды до и после сужающего устройства с учетом разности высоты положения отверстий для отбора давления до и после сужающего устройства.

3.1.5 отношение значений давления среды на сужающем устройстве: Отношение статического давления среды после сужающего устройства к ее статическому давлению до сужающего устройства.

3.2 Сужающие устройства

3.2.3 отверстие стандартного сужающего устройства: Круглое отверстие сужающего устройства, соосное трубопроводу при установке сужающего устройства в трубопровод.

3.2.5 диафрагма: Тип стандартного сужающего устройства, выполненного в виде тонкого диска с отверстием, имеющим со стороны входа потока острую прямоугольную кромку.

3.2.6 сопло: Тип стандартного сужающего устройства, имеющего плавно сужающуюся часть на входе, переходящую на выходе в горловину.

3.2.9 сопло Вентури: Сопло, которое состоит из входной части в виде сопла ИСА 1932, горловины и выходной части в виде расходящегося конуса (диффузора).

3.2.10 труба Вентури: Тип стандартного сужающего устройства, которое состоит из входного цилиндрического участка, сходящейся конической части (конфузора), горловины и расходящейся конической части (диффузора).

3.2.12 относительный диаметр отверстия сужающего устройства: Отношение диаметра отверстия сужающего устройства к внутреннему диаметру измерительного трубопровода перед сужающим устройством, рассчитываемое по формуле.

Примечание - Для трубы Вентури в качестве внутреннего диаметра измерительного трубопровода перед сужающим устройством принимают внутренний диаметр цилиндрической части входного участка.

3.3 Параметры потока и среды

3.3.4 массовый расход среды: Масса среды, протекающей через отверстие сужающего устройства в единицу времени.

3.3.6 число Рейнольдса: Отношение силы инерции к силе вязкости потока, рассчитываемое по формуле

                                    (3.2)

3.3.7 показатель адиабаты (изоэнтропии) газа: Отношение относительного изменения давления к соответствующему относительному изменению плотности газа в процессе изменения его состояния без теплообмена с окружающей средой, рассчитываемое по формуле

|_s.                                                                                                      (3.3)

Примечание - Значение показателя адиабаты зависит от типа газа, его температуры и давления. Показатель адиабаты используют в формулах для расчета коэффициента расширения.

3.3.8 коэффициент Джоуля-Томсона: Отношение изменения температуры среды к соответствующему изменению ее давления при постоянной энтальпии, рассчитываемое по формуле

|_Н или |_p.                                      (3.4)

3.3.9 коэффициент истечения: Отношение действительного значения расхода жидкости к его теоретическому значению, вычисляемое по формуле

                                                           (3.5)

Значение коэффициента скорости входа E определяют по формуле

                                                                      (3.6)

Примечание - Произведение С • Е называется «коэффициентом расхода».

3.3.10 коэффициент расширения: Поправочный коэффициент, учитывающий уменьшение плотности газа, обусловленное уменьшением его статического давления после сужающего устройства или в его горловине.

Примечание - Коэффициент расширения равен единице, если измеряемая среда - жидкость, и меньше единицы, если измеряемая среда - газ.

3.4 Измерительный трубопровод

3.4.2 среднеарифметическое отклонение профиля шероховатости: Среднеарифметическое из абсолютных значений отклонения профиля от средней линии в пределах базовой длины (см. также ГОСТ 2789 и [7]).

Примечания

1 Средняя линия - линия, для которой сумма квадратов расстояний от нее до поверхности выступов и впадин шероховатости минимальна.

2 Среднеарифметическое отклонение профиля шероховатости измеряют профилографами или профилометрами.

4 Обозначения и сокращения

4.1 Условные обозначения

Условные обозначения величин приведены в таблице 1.

Таблица 1 - Условные обозначения величин

4.2 Индексы условных обозначений величин

4.4 Единицы величин

5 Метод определения расхода среды

5.1 Принцип метода

5.1.1 Расход среды определяют методом переменного перепада давления.

Метод основан на создании в ИТ с помощью СУ местного сужения потока, часть потенциальной энергии которого переходит в кинетическую энергию, средняя скорость потока в месте его сужения повышается, а статическое давление становится меньше статического давления до СУ. Разность давления (перепад давления) тем больше, чем больше расход среды, и, следовательно, она может служить мерой расхода.

Массовый расход среды при этом рассчитывают по формуле

q_m = (πd²/4) CЕ ε (2ρ∆p)^0.5                                                                    (5.1)

Вывод формулы (5.1) приведен в приложении А.

5.3 Основной принцип расчета расхода среды

Расчет массового расхода среды д_т выполняют в соответствии с формулой (5.2) при известных значениях ее составляющих, часть из которых получают путем непосредственных измерений, другую часть - расчетным путем.

Уравнение расхода среды является неявным, т. к. коэффициент С (для СУ кроме сопел Вентури) и поправочный коэффициент К_ш (для СУ кроме труб Вентури) зависят от числа Re, которое, в свою очередь, зависит от значения расхода среды. Такое уравнение решается итерационным методом. Руководство по выбору процедуры итераций и начальных приближений приведено в приложении В и ГОСТ 8.586.5 (раздел 8).

5.4 Определение физических свойств, давления и температуры среды, перепада давления на сужающем устройстве

5.4.2 Определение давления среды и перепада давления на сужающем устройстве

5.4.2.1 Давление среды, а также перепад давления на сужающем устройстве измеряют методами и СИ, соответствующими требованиям ГОСТ 8.586.5.

5.4.2.2 Отбор статического давления выполняют с помощью либо отдельных отверстий в стенках ИТ или фланцах, либо нескольких взаимно соединенных отверстий, либо с помощью кольцевой щели (сплошной или прерывистой), выполненной в камере усреднения [см. ГОСТ 8.586.2 (подраздел 5.2); ГОСТ 8.586.3 (пункты 5.1.5 и 5.3.3); ГОСТ 8.586.4 (подраздел 5.4)].

При применении нескольких взаимно соединенных отверстий для отбора статического давления до СУ, после СУ или в горловине СУ их рекомендуется соединять по схеме (на примере стандартной диафрагмы), представленной на рисунке 1.

^а) Сечение А - А (до СУ) и сечение В - В (после СУ)

Рисунок 1 - Схема соединения нескольких отверстий для отбора статического давления

При измерении расхода газа давление среды рекомендуется измерять через отдельное отверстие в ИТ или в камере усреднения давления до СУ при ее наличии.

Допускается применение одного и того же отверстия для отбора статического давления с целью измерения перепада давления на СУ и измерения давления среды.

5.4.3 Определение температуры среды

Для расчета физических свойств среды необходима информация о ее температуре до СУ в сечении ИТ, предназначенном для отбора статического давления. Для исключения влияния ПТ или его защитной гильзы (при ее наличии) на распределение скоростей потока в этом сечении его размещают до или после СУ на некотором расстоянии от СУ.

6 Общие требования к условиям измерений

6.1 Требования к сужающему устройству

6.1.1 СУ должно быть изготовлено, установлено и применено в соответствии с требованиями соответствующей ему части комплекса стандартов.

Если характеристики СУ или условия их применения выходят за пределы, указанные в соответствующей ему части комплекса стандартов, то следует экспериментально определить коэффициент истечения данного СУ при фактических условиях его эксплуатации.

6.1.2 СУ должно быть изготовлено из коррозионно-эрозионно-стойкого по отношению к среде материала, температурный коэффициент линейного расширения которого известен в диапазоне изменения температуры среды.

6.2 Требования к свойствам среды

6.2.1 Среда может быть либо сжимаемой (газ, в том числе сухой насыщенный и перегретый пар), либо несжимаемой (жидкость).

6.2.2 Среда должна быть однофазной и однородной по физическим свойствам. Коллоидные растворы с высокой степенью дисперсности (например, молоко) допускается считать однофазными.

6.3 Требования к параметрам потока

6.3.1 Расход среды должен быть постоянным или медленно изменяющимся во времени. Допускаются пульсации потока, если выполняется условие [8] и [9]:

                                                    (6.1)

где n - число измерений перепада давления за интервал времени, принятый для оценки пульсаций потока;

i - номер измерения;

∆р_i; - значение перепада давления на СУ при i-м измерении;

- среднее значение перепада давления на СУ.

6.3.2 При течении среды через СУ ее фазовое состояние не должно изменяться.

6.3.2.1 При измерении расхода жидкости минимальное статическое давление среды в отверстии СУ должно быть больше давления насыщенного пара среды.

При наличии опасности изменения фазового состояния следует увеличить диаметр отверстия СУ и (или) рабочее давление.

6.3.2.2 При измерении расхода газа его температура в отверстии СУ должна быть выше темпера туры точки росы по влаге и температуры конденсации газа.

6.3.3 Если среда является газом, то отношение перепада давления на СУ к давлению среды должно быть не более 0,25.

6.3.5 Скорость среды должна быть меньше скорости звука в этой среде.

7 Требования к измерительному трубопроводу и его оснащению

7.1 Общие положения

7.1.1 ИТ должен быть круглого сечения по всей длине прямолинейных участков. Выполнение данного требования контролируют визуально, за исключением участков в непосредственной близости от СУ (длиной 2D), где такая оценка может быть дана только по результатам измерений геометрических характеристик сечения трубопровода, выполненных в соответствии с требованиями, зависящими от типа СУ.

7.1.2 ИТ может быть расположен горизонтально, вертикально и наклонно. При этом ИТ должен быть полностью заполнен средой.

7.1.3 СУ должно быть установлено между двумя прямолинейными участками ИТ, минимальная длина которых для каждого типа СУ приведена в соответствующих частях комплекса стандартов.

Участки ИТ, расположенные непосредственно до и после СУ, считают прямолинейными, если отклонение линии, образуемой наружной поверхностью трубопровода и любым продольным сечением, от прямой линии на любом отрезке участка ИТ не превышает 0,4 % длины отрезка.

Участок ИТ между двумя МС до СУ считают прямолинейным, если отклонение от прямолинейности визуально не обнаруживается.

При применении составной конструкции ИТ, уступ на стыке его секций не должен превышать установленных пределов, зависящих от типа СУ и расстояния от уступа до СУ.

7.1.4 Если для изготовления ИТ использованы прямошовные трубы и для отбора статического давления применяют одно отдельное отверстие, то шов трубы на участке длиной не менее 0,5Д расположенном непосредственно перед отверстием для отбора давления, не должен располагаться в секторе поперечного сечения ИТ с углом ±30° от оси данного отверстия. Если для отбора статического давления используют кольцевую щель или несколько взаимно соединенных отверстий, то шов может быть расположен в любом секторе.

При применении труб со спиральным сварным швом должна быть обеспечена гладкая внутренняя поверхность ИТ на длине 10Dдо СУ (или на всем участке между СУ и ближайшим до него МС, если длина этого участка не более 10D) и не менее 4D после СУ (после трубы Вентури - не менее 4d), путем ее механической обработки (внутренний валик должен быть сточен).

Высота внутреннего шва прямошовной трубы, а также внутреннего валика сварного шва соединения секций ИТ не должна превышать допуска на уступ, установленного для каждого типа СУ в соответствующих ему частях комплекса стандартов.

7.1.5 На внутренней поверхности ИТ не должны скапливаться осадки в виде песка, пыли, металлической окалины и других загрязнений. Внутренняя поверхность ИТ должна быть чистой в течение всего времени измерений, все дефекты поверхности должны быть устранены на длине не менее 10D до СУ (или на всем участке между СУ и ближайшим до него МС, если длина этого участка не более 10/)) и не менее AD после СУ (после трубы Вентури - не менее Ad). Для обеспечения возможности очистки внутренней поверхности ИТ рекомендуется соединение участков ИТ выполнять разъемными. Разъемное соединение должно располагаться не ближе 2D до СУ.

Допускаемые значения Ra для каждого типа СУ приведены в ГОСТ 8.586.2 (подпункт 5.3.2.3), ГОСТ 8.586.3 (подпункты 5.1.6.4,5.2.6.4),  ГОСТ 8.586.4 (пункт6.4.2). Шероховатость внутренней поверхности ИТ следует измерять приблизительно на тех же участках трубопровода, которые использовались для определения и проверки внутреннего диаметра ИТ. При определении Ra следует использовать прибор для измерения шероховатости поверхности с электронным усреднением, имеющий шаг отсечки не менее 0,75 мм и диапазон измерений, достаточный для измерения значений Ra внутренней поверхности ИТ. В качестве результата измерений Ra принимают среднее значение результатов не менее четырех измерений.

Шероховатость может изменяться со временем, что следует учитывать при выборе частоты чистки ИТ или проверки значений Ra.

Значение Ra допускается рассчитывать по формуле

Ra = R_ш/π,                                                                         (7.1)

где R_ш - эквивалентная шероховатость согласно диаграмме Моуди [10].

Допускается значения R_ш определять по таблице Д.1 (приложение Д).

7.1.6 ИТ может быть оснащен дренажными и (или) продувочными отверстиями. Дренажные отверстия предназначены для удаления твердых отложений и накопившихся жидкостей, а продувочные - для удаления газовых пробок в жидкой среде. В процессе выполнения измерений не допускаются утечки среды через дренажные и продувочные отверстия.

Диаметр дренажных и продувочных отверстий должен быть не более 0,08D).

При применении для отбора статического давления отдельных отверстий дренажные и продувочные отверстия размещают на расстоянии более 0,5D) от отверстия для отбора давления. Расстояние определяют по прямой линии между центрами каждого из этих отверстий и центром отверстия для отбора давления, расположенного с той же стороны СУ. Плоскости, каждая из которых проходит через ось одного из указанных отверстий и ось трубопровода, должны находиться по отношению друг к другу под углом не менее 30°.

Допускается дренажные и (или) продувочные отверстия выполнять в корпусе камер усреднения. На рисунке 2 приведен вариант размещения дренажных или продувочных отверстий в корпусе камер усреднения

1 - отбор давления до СУ; 2 - направление потока; 3 - отбор давления после СУ; 4 - диафрагма; 5 - дренажные и (или) продувочные отверстия

Рисунок 2 - Размещение дренажных и продувочных отверстий в камере усреднения

7.1.7 При прохождении участка трубопровода между местом размещения ПТ и СУ среда охлаждается или нагревается, в зависимости от того, холоднее или теплее она окружающего воздуха. В результате температура среды в месте расположения ПТ может отличаться от температуры в месте расположения СУ. Другая составляющая неопределенности результата измерения температуры обусловлена наличием теплообмена корпуса ПТ со стенкой ИТ за счет теплопроводности и излучения.

Для уменьшения неопределенности результата измерения температуры ИТ теплоизолируют.

7.2 Минимальная длина прямолинейных участков измерительного трубопровода

7.2.1 При входе в СУ поток должен быть стабилизированным. Поток считается стабилизированным, если длина прямолинейных участков ИТ соответствует требованиям раздела 6 соответствующей типу СУ части комплекса стандартов - ГОСТ 8.586.2, ГОСТ 8.586.3 или ГОСТ 8.586.4.

Длина прямолинейного участка после МС неопределенного типа может быть сокращена, если выполняются следующие условия:

- угол закрутки потока - менее 2° во всех точках поперечного сечения трубопровода;

- в каждой точке поперечного сечения ИТ, расположенного до СУ на длине 2D отношение местной осевой скорости потока к его максимальной осевой скорости в данном сечении отличается не более чем на ± 5 % от такого же отношения для стабилизированного турбулентного потока.

7.2.2 Установка УПП или струевыпрямителя до СУ в регламентированном месте между МС и СУ позволяет использовать более короткие прямолинейные участки ИТ.

Описание конструкции ряда типов УПП и струевыпрямителей приведено в приложении Е. К эксплуатации допускаются УПП или струевыпрямители, которые прошли испытания в соответствии с приложением Ж. Устройства, прошедшие испытания с каким-либо конкретным типом СУ, указаны в относящейся к ним части комплекса стандартов.

Приложение А
(справочное)
Теоретические основы метода измерений

В настоящем приложении рассматривают течение реальной несжимаемой жидкости через диафрагму, схем которого приведена на рисунке А.1.

Далее по тексту для обозначения величин, относящихся к сечениям 0, 1 и 2 (см. рисунок А.1), применяя индексы, соответствующие номеру сечения.

Рисунок А.1 - Схема течения несжимаемой жидкости через диафрагму

Записывают уравнение Бернулли для потока реальной несжимаемой жидкости для сечений 1 и 2 (см. рису нок А.1):

                           A.1)

где Ф1, Ф2 - коэффициенты Кориолиса, равные отношению действительной кинетической энергии потока к его средней кинетической энергии, рассчитываемые по формуле

ψ₁, ψ₂ - доли скоростного напора до и после СУ, учитывающие разность значений измеренного давления от давления в сечениях 1 и 2;

ξ - коэффициент сопротивления;

F- площадь поперечного сечения.

С помощью уравнения неразрывности

значения скорости потока , и  через скорость  в отверстии диафрагмы площадью сечения F_o рассчитывают по формулам:

                                                                            (A.2)

                                                                           (A.3)

где β² - относительная площадь отверстия диафрагмы, рассчитываемая по формуле

β² = F₀ F₁                                                                               (A.4)

μ - коэффициент сужения потока, рассчитываемый по формуле

μ = F₂/F₁                                                                                (A.5)

Подставляют  и , выраженные через скорость, в уравнение (А.1). Решение этого уравнения относительно скорости  дает следующую зависимость для расчета массового расхода среды:

     (A.6)

Умножают и делят правую часть уравнения на коэффициент скорости входа , тогда получим следующее уравнение:

                                       (A.7)

где

                             (A.8)

Существующие теоретические методы расчета коэффициента истечения, как правило, не обеспечивают достаточную для практики точность. Поэтому значения коэффициентов истечения, стандартизованные в отечественных и зарубежных нормативных документах, являются результатом обработки высокоточных многочисленных экспериментальных исследований.

При выводе уравнения (А.7) было сделано допущение, что плотность среды при ее течении через СУ не изменяется. Это допущение справедливо для несжимаемых сред. Для газов такое допущение может привести к значительной неопределенности результатов измерений.

Процесс истечения газа через СУ можно считать адиабатическим (отвод или подвод тепла отсутствует). В этом случае состояние газа изменяется по адиабате:

                                                                     (A.9)

Записывают уравнение сохранения энергии в дифференциальной форме:

                                                  (A.10)

где L_tp - удельная работа, затраченная на преодоление сил трения;

h - высота положения рассматриваемых сечений над горизонтальной плоскостью, относительно которой рассматривается его положение.

После интегрирования уравнение (А. 10) примет вид:

Интеграл в уравнении (А.11) с учетом (А.9) рассчитывают по формуле

Принимают L_тр = 0, h₁ = h₂ и учитывают уравнения неразрывности:

                                                                    (A.12)

                                                                 (A.13)

где μ_г - коэффициент сужения потока для газа.

Тогда получают следующее уравнение для расчета массового расхода газа:

   (A.14)

Умножают и делят правую часть уравнения (А. 14) на коэффициент истечения, тогда окончательно получают следующее уравнение:

                                                                     (A.15)

Где

(A.16)

Для сопел можно допустить, что Ф₁ = Ф₂ = μ = μ_Г = 1 и ψ₁ = ψ₂ = ξ = 0. При этом уравнение (А.16) примет следующий вид:

                         (A.17)

Уравнение (А. 16) применимо и для других типов СУ, но расчеты по нему возможны только при наличии информации о параметрах потока: Ф₁, Ф₂, μ, μ_г, ψ₁, ψ₂, ξ Вычисление данных величин для диафрагм является сложным, что делает уравнение (А.16) не приемлемым для практического использования. Поэтому для диафрагм значения коэффициента расширения, приведенные в отечественных и зарубежных нормативных документах, являются результатом экспериментальных исследований.

Приложение Б
(рекомендуемое)
Рекомендации по выбору типа сужающего устройства

Б.1 При выборе типа СУ необходимо учитывать их качественные характеристики, приведенные в таблице Б.1.

Таблица Б.1 - Качественные характеристики СУ

Б.2 На основании данных таблицы Б.1 для измерения расхода и количества среды в ИТ внутренним диаметром свыше 100 мм предпочтительно применение диафрагм. Сопла ИСА 1932 рекомендуется применять, если определяющим критерием выбора типа СУ является стабильность характеристик при длительной эксплуатации. Сопла ИСА 1932 могут обеспечивать наибольшую точность измерений относительно диафрагм в трубопроводах с небольшим внутренним диаметром. Сопла Вентури рекомендуется применять, если требуется обеспечение надежности работы расходомера и низких потерь давления в измерительных системах. Трубы Вентури рекомендуется применять для измерения расхода загрязненных потоков, а также, если наряду с надежностью и низкой потерей давления, требуются короткие прямолинейные участки ИТ до и после СУ.

Б.3 При выборе способа отбора давления на диафрагмах следует учитывать следующие положения.

a) Достоинством углового способа отбора давления являются удобство монтажа диафрагмы, а также возможность применения кольцевых камер усреднения, обеспечивающих усреднение давления, что позволяет в некоторых случаях снизить требование к эксцентриситету установки диафрагмы, уменьшить влияние МС на показание расходомера. Недостатками данного способа отбора являются зависимость измеряемого перепада давления от диаметра отверстий (или ширины щели) для отбора давления и большая, относительно других способов отбора давления, вероятность загрязнения отверстий.

б) Достоинством фланцевого и трехрадиусного способов отбора давления является меньшая степень засорения отверстий. Имеются данные, указывающие на некоторое снижение влияния шероховатости стенок трубопровода на коэффициент истечения диафрагм с фланцевым и трехрадиусным способами отбора давления. Недостатком трехрадиусного и фланцевого способов отбора является то, что без применения дополнительных специальных конструкций (см. рисунок 1) статическое давление до и после диафрагмы измеряется без их осреднения по периметру трубопровода. Кроме того, для трехрадиусного способа отбора требуется сверление стенки трубопровода.

Приложение В
(справочное)
Основные принципы решения уравнения расхода

B.1 Задачи, решаемые с помощью уравнения расхода

Решение уравнения расхода выполняют с целью выбора параметров СИ, геометрических характеристик СУ и ИТ, проверки условий применения расходомера, а также расчета расхода и количества среды.

Основные задачи, решаемые с помощью уравнения расхода:

- определение расхода среды по заданным характеристикам ИТ, СУ и параметрам среды;

- расчет диаметра отверстия СУ по перепаду давления на СУ, характеристикам среды и ИТ, параметрам потока;

- расчет перепада давления на СУ по заданным характеристикам ИТ, СУ и параметрам потока;

- расчет внутреннего диаметра ИТ и числа ИТ по заданной допускаемой скорости среды или по заданным значениям верхней границы диапазона измерений перепада давления на СУ и относительного диаметра отверстия СУ.

Ниже приведены основные принципы решения уравнения расхода.

B.2 Определение расхода среды

Коэффициент истечения СУ (кроме сопел Вентури) и поправочный коэффициент, учитывающий шероховатость внутренней поверхности ИТ, зависят от числа Re и, следовательно, от значения расхода среды, поэтому уравнение расхода является неявным уравнением.

Уравнение расхода (см. 5.1.4) может быть решено методом итераций.

Итерационный процесс рекомендуется проводить по числу Re (см. ниже) или по расходу среды [см. ГОСТ 8.586.5 (раздел 8)].

Для этого уравнение расхода (см. 5.1.4) записывают в общем неявном виде относительно числа Re:

                                                                  (B.1)

где - коэффициент истечения, рассчитанный для значения числа Re, равного 10⁶;

- поправочный коэффициент, учитывающий шероховатость внутренней поверхности ИТ, рассчитанный при числе Re = 10⁶;

Re* - модифицированное число Рейнольдса, которое рассчитывают по формуле

)                                     (B.2)

Уравнение расхода (см. 5.1.4) с учетом формулы (В.1) может быть решено в следующей последовательности:

а) рассчитывают С' и К'_ш и, применяя формулу (В.2), вычисляют значение Re*;

б) рассчитывают коэффициент истечения С, поправочный коэффициент К_ш при числе Re = Re* и вычисляют первое приближение для числа Re по формуле

                                                                  (B.3)

в) рассчитывают относительную разность δ₁, значений Re₁, и Re* по формуле

и проверяют выполнение неравенства:

                                                                              (B.4)

Если неравенство (В.4) выполняется, то значение Re₁ принимают как решение уравнения (В.1), в другом случае определяют новое приближение для числа Re по формуле

                                                                (B.5)

где С и К_ш рассчитывают при числе Re = Re₁.

г) рассчитывают относительную разность δ₂ значений Re₂ и Re₁ по формуле

и проверяют выполнение неравенства:

                                                                              (B.6)

Если неравенство (В.6) выполняется, то значение Re₂ принимают как решение уравнения (В.1), в другом случае рассчитывают новое приближение для числа Re по общей формуле

                                                         (B.7)

где С и К_ш рассчитывают при числе Re, рассчитанном на n-м цикле вычислений,

или

                                               (B.8)

Поиск новых приближений для числа Re прекращают при выполнении неравенства:

                                                              (B.9)

д) используя вычисленное значение числа Re, рассчитывают коэффициенты С и К_ш и значение расхода среды по формуле (5.2).

В.3 Расчет диаметра отверстия СУ

Расчет диаметра отверстия СУ может быть выполнен по следующим исходным данным:

- q_{m min}, q_{m max} ∆p_в , p, T, ρ, μ, для газа дополнительно - к;

- D, R_ш, для диафрагм - начальное значение радиуса входной кромки диафрагмы и межконтрольный интервал диафрагмы [см. ГОСТ 8.586.2 (подпункт 5.3.2.4)].

Расчет выполняют в следующей последовательности:

а) для газов проверяют выполнение неравенства:

∆p_в = 0,25p.                                                                           (B.10)

Если неравенство (В.10) не выполняется, то расчет прекращают, так как измерение расхода среды при таком режиме невозможно, или выбирают другой верхний предел измерений перепада давления, удовлетворяющий неравенству (В. 10);

б) по данным соответствующей части комплекса стандартов [см. ГОСТ 8.586.2 (пункт 5.3.1), ГОСТ 8.586.3 (подпункты 5.1.6.1, 5.2.6.1, 5.3.4.1),  ГОСТ 8.586.4 (пункты 5.5.2, 5.5.3, 5.5.4)] определяют значения верхней границы Re_B и нижней границы Re_в диапазона допускаемых значений Re для выбранного типа СУ;

в) рассчитывают значения верхней границы Re_max и нижней границы Re_min рабочего диапазона значений Re по формулам:

и проверяют выполнение неравенств:

Re_в ≥ Re_max;                                                                           (B.11)

Re_н ≤ Re_min.                                                                            (B.12)

Если неравенства (В.11) и (В.12) не выполняются, то расчет прекращают или выбирают другой тип СУ, для которого неравенства (В.11) и (В.12) выполняются;

г) рассчитывают значение вспомогательной величины А по формуле

                                                                 (B.13)

д) используя соответствующую часть комплекса стандартов [см. ГОСТ 8.586.2 (пункт 5.3.1), ГОСТ 8.586.3 (подпункты 5.1.6.1, 5.2.6.1, 5.3.4.1),  ГОСТ 8.586.4 (пункты 5.1.2, 5.1.3, 5.1.4)], определяют значения верхней границы β_в и нижней границы β_н диапазона допускаемых значений β для выбранного типа СУ;

е) рассчитывают значения вспомогательных величин В₁ и В₂ по формулам:

B₁ = E₁ C₁ K_ш1 K_п1 β²_в ε₁;                                                      (B.14)

В₂ = E₂ C₂ K_ш2 K_п2 β²_нε₂,                                                       (B.15)

где Е₁, Е₂ - коэффициенты скорости входа при β_в и β_н, соответственно;

С₁, - коэффициент истечения при Re_max и β_в;

С₂ - коэффициент истечения при Re_max и β_н;

К_п1 - поправочный коэффициент К_п для диафрагм при β_в (для остальных СУ К_п1 = 1);

К_п2 - поправочный коэффициент К_п для диафрагм при р_н (для остальных СУ К_п2 = 1);

К_ш1 - поправочный коэффициент К_ш при Re_max и β_в (для труб Вентури К_ш1 = 1);

К_ш2 - поправочный коэффициент К_ш при Re_max и β_н (для труб Вентури К_ш2 = 1);

ε₁ - коэффициент расширения при β_в, ∆р_в, к и р;

ε₂ - коэффициент расширения при β_н> ∆р_в> к и р.

Рассчитывают значения вспомогательных величин δ₁ и δ₂ по формулам:

δ₁ = (B₁ - A)/A;

δ₂ = (B₂ - A)/A;

Если величины δ₁ и δ₂ имеют одинаковый знак, то расчет прекращают, так как в диапазоне допускаемых значений δ не существует значения, удовлетворяющего исходным данным.

Если величины δ₁ и δ₂ имеют разные знаки, то расчет продолжают;

ж) относительно неизвестной величины δ решают следующее уравнение:

A = ECK_шK_пβ²ε.                                                                    (B.16)

Решение уравнения (В.16) может быть выполнено любым итерационным методом. При применении метода бисекции решение уравнения выполняют в следующей последовательности:

- рассчитывают значение р по формуле

Β = (β_в + β_н)/2;                                                                       (B.17)

- для значения β рассчитывают значение вспомогательной величины В по формуле

В = Е С К_ш  К_п, β² ε,                                                             (B.18)

где расчет С и К_ш выполняют при Re_max, а значение е вычисляют при ∆р_в, к и р;

- проверяют выполнение неравенства:

                                                       (B.19)

Если неравенство (В. 19) не выполняется, то рассчитывают новое значение β по формуле (В. 17), в которой, если выполняется неравенство В < А принимают β_н = β, рассчитанное на первом шаге итерации, в другом случае принимают β_в = β.

Для нового значения β по формуле (В.18) рассчитывают значение В и проверяют неравенство (В.19). Если неравенство не выполняется, то продолжают выбор новых значений β, используя для замены β_в и β_н в формуле (В.17) значение β, рассчитанное на предыдущем шаге итерации.

Выбор значений β осуществляют до выполнения неравенства (В.19);

и) для найденного значения β, используя соответствующую часть комплекса стандартов [см. ГОСТ 8.586.2 (пункт 5.3.1), ГОСТ 8.586.3 (подпункты 5.1.6.1, 5.2.6.1, 5.3.4.1),  ГОСТ 8.586.4 (пункты 5.5.2, 5.5.3, 5.5.4)], определяют верхнее (Re_в) и нижнее (Re_н) значения допускаемого диапазона значений чисел Re и проверяют неравенства (В.11) и (В.12). Если неравенства выполняются, то значение р, рассчитанное в соответствии с перечислением ж), принимают как окончательное, в другом случае расчет диаметра отверстия СУ при заданных исходных данных невозможен;

к) используя значение β, найденное по перечислению ж), вычисляют диаметр отверстия СУ по формуле

d₂₀ = β D/K_су.                                                                         (B.20)

Примечание - При расчете внутреннего диаметра отверстия диафрагмы дополнительно проверяют, что d₂₀ находится в диапазоне допустимых значений [см. ГОСТ 8.586.2 (пункт 5.3.1)]. Если данное условие выполняется, то значение d₂₀ считается найденным.

В.4 Расчет диапазона изменений перепада давления на СУ

Расчет диапазона изменений перепада давления на СУ может быть выполнен по следующим исходным данным:

- q _{m min}, q _{m max}, p, ρ, μ, для газов дополнительно - к

- β, d, D, R_ш, для диафрагм - начальное значение радиуса входной кромки диафрагмы и межконтрольный интервал [см. ГОСТ 8.586.2 (подпункт 5.3.2.4)].

Расчет выполняют в следующей последовательности:

а) рассчитывают значения верхней границы Re _max и нижней границы Re _min рабочего диапазона значений Re по формулам:

и проверяют выполнение неравенств:

Re_в ≥ Re_max;                                                                            (B.21)

Re_н ≤ Re_min.                                                                            (B.22)

где Re_в и Re_н - наибольшее и наименьшее допускаемые значения числа Re, для выбранного типа СУ и значения β [см. ГОСТ 8.586.2 (пункт 5.3.1), ГОСТ 8.586.3 (подпункты 5.1.6.1, 5.2.6.1, 5.3.4.1),  ГОСТ 8.586.4 (пункты 5.5.2, 5.5.3, 5.5.4)].

Если неравенства (В.21) и (В.22) не выполняются, то расчет прекращают или выбирают другой тип СУ, для которого выполняются данные неравенства;

б) рассчитывают значение вспомогательной величины S по формуле

                                                      (B.23)

в) если среда - жидкость, то принимают верхнюю границу диапазона изменений перепада давления на СУ равной значению S. Если среда - газ, то относительно неизвестной величины ∆р решают следующее уравнение:

∆p = S ε^-2.                                                                               (B.24)

Решение уравнения (В.24) может быть выполнено итерационным методом:

- рассчитывают значение ∆р₁ по формуле

∆p₁ = S/0,9409;

- проводят вычисления на первом шаге итерации

∆p₂ = S ε ₂^-2,

где ε₁ - коэффициент расширения при ∆р = ∆p₁.

- проводят вычисления на втором шаге итерации

∆p₃ = S ε₂^-2,

где ε₂ - коэффициент расширения при ∆р = ∆р₂.

- рассчитывают верхнюю границу диапазона изменений перепада давления на СУ по формуле

                                          (B.25)

г) рассчитывают вспомогательную величину S₁ по формуле

                                                (B.26)

где С и К_ш рассчитывают при Re _min;

д) если среда - жидкость, то нижнюю границу диапазона изменений перепада давления на СУ принимают равной значению S₁ Если среда - газ, то относительно неизвестной величины ∆р решают следующее уравнение:

∆p = S₁ε^-2.                                                                              (B.27)

Решение уравнения (В.27) может быть выполнено методом, изложенным выше [см. перечисление в)]. За нижнюю границу диапазона изменений перепада давления на СУ принимают результат расчета.

В.5 Расчет внутреннего диаметра ИТ и числа ИТ

В.5.1 Расчет внутреннего диаметра и числа ИТ по заданной допускаемой скорости среды

8.5.1.1 Исходными данными для расчета являются тип СУ и следующие параметры потока и среды: , q_mmin, ρ и μ.

Расчет выполняют в следующей последовательности. Вспомогательные параметры А_min, А_max, С рассчитывают по формулам:

                                                                      (B.28)

                                                                     (B.29)

                                                                          (B.30)

Значения верхних и нижних границ диапазона допускаемых значений Re, β, D и d для выбранного типа СУ определяют в соответствии с ГОСТ 8.586.2 (пункт 5.3.1), ГОСТ 8.586.3 (подпункты 5.1.6.1, 5.2.6.1, 5.3.4.1), ГОСТ 8.586.4 (пункты 5.1.2, 5.1.3, 5.1.4, 5.5.2,5.5.3, 5.5.4).

Для диафрагм принимают Re_н = 5000, для сопел ИСА 1932 принимают два значения Re_н1 =70000 и Re_н2 = 20000.

B.5.1.2 Для диафрагм с фланцевым способом отбора давления проверяют условие

                                                       (B.31)

Если неравенство (В.31) не выполняется - расчет невозможен, необходимо изменить исходные данные.

B.5.1.3 Параметры N_н, N_в, N*_н рассчитывают по формулам:

N_н = С/D²_в;                                                                            (B.32)

N_в = С/ D²_в                                                                                                     (B.33)

N^*_н = (1/С) (A_max/Re_в)².                                                         (B.34)

Для всех СУ, кроме сопел ИСА 1932, дополнительно рассчитывают параметр N*_н по формуле

N^*_в = (1/С) (A_min/Re_н)².                                                          (B.35)

Для сопел ИСА 1932 дополнительно рассчитывают параметры N*_в1,, N*_в2 по формулам:

N^*_в1 = (1/С) (A_min/Re_н1)².                                                       (B.36)

N^*_в2 = (1/С) (A_max/Re_н2)².                                                       (B.37)

Значения параметров, рассчитанных по формулам (В.32) - (В.37), с индексом «н» округляют до ближайшего большего целого, а с индексом «в» округляют до ближайшего меньшего целого числа.

B.5.1.4 Начальное приближение N для числа ИТ и значения их внутреннего диаметра D рассчитывают по формулам:

N = N_min = max (N_в, N^*_н);                                                      (B.38)

                                                                          (B.39)

B.5.1.5 Для сопел ИСА 1932 допускаемые границы для β определяются условиями:

N ≤ N_max1 = min (N_в, N^*_в1);                                                    (B.40)

N < N_max2 = min (N_в, N^*_в2);                                                    (В.41)

0,3 ≤ β < 0,44 - при выполнении условия (В.40);

0,3 ≤ β < 0,80 - при одновременном выполнении условий (В.40) и (В.41).

При нарушении двух условий решение невозможно, необходимо изменить исходные данные.

B.5.1.6 Для труб и сопел Вентури, эллипсных сопел и диафрагм проверяют условие:

N ≤ N_max = min (N_в, N^*_в);                                                      (B.42)

Если условие (В.42) не выполняется - расчет невозможен, необходимо изменить исходные данные.

При выполнении условия (В.42) для труб Вентури и эллипсных сопел расчет закончен, для сопел Вентури и диафрагм дополнительно проверяют выполнение условия:

max (β_н D, d_н) ≤ β_в D.                                                            (B.43)

Если условие (В.43) выполняется, то расчет закончен.

Если условие (В.43) не выполняется, то увеличивают N, рассчитывают новое значение D по формуле (В.39) и повторяют процесс, начиная с проверки условия (В.42).

В.5.2 Расчет внутреннего диаметра и числа ИТ по заданным значениям верхней границы диапазона измерений перепада давления на СУ и относительного диаметра отверстия СУ

B.5.2.1 Исходными данными для расчета являются - тип СУ, β, р, ∆р, q_mmax, q_mmin, ρ, μ, для газов дополнительно - к.

Расчет выполняют в следующей последовательности.

Значения верхних и нижних границ диапазона допускаемых значений Re, D и г/для выбранного типа СУ определяют в соответствии с ГОСТ 8.586.2 (пункт 5.3.1), ГОСТ 8.586.3 (подпункты 5.1.6.1, 5.2.6.1, 5.3.4.1),  ГОСТ 8.586.4 (пункты 5.1.2, 5.1.3, 5.1.4, 5.5.2,5.5.3, 5.5.4).

Для диафрагм с фланцевым способом отбора давления принимают Re_н = 5000.

Вспомогательный параметр A рассчитывают по формуле

                                                        (B.44)

B.5.2.2 По формулам (В.28), (В.29) определяют вспомогательные параметры: A_min и А_max.

B.5.2.3 Значения верхней границы D*_в и нижней границы D*_н диапазона допускаемых значений внутреннего диаметра ИТ рассчитывают по формулам:

D*_н = max(D_н;d_н/β);                                                               (B.45)

D*_в = D_в.                                                                               (B.46)

B.5.2.4 Параметры рассчитывают по формулам:

N_н = A_max/(Re_в D*_н);                                                              (B.47)

для всех типов СУ, кроме диафрагм с фланцевым способом отбора давления

N_в = A_min/(Re_н D*_в);                                                               (B.48)

для диафрагм с фланцевым способом отбора давления

N_в = min (N_в1;N_в2),                                                                (B.49)

где N_в1 = A_min/(Re_нD*_в); N_в2 = (A_min/170000)/(β D*_в)².

Значения N_н и N_в округляют в соответствии с В.5.1.3.

При N_в < N_н решение невозможно, необходимо изменить исходные данные.

B.5.2.5 При N_н ≤ N_в принимают число ИТ, удовлетворяющее условию:

N_н ≤ N ≤ N_в.                                                                          (B.50)

B.5.2.6 При условии D*_н ≤ D ≤ D*_в относительно D решают уравнение

F = (q^*_mmax - q_mmax)/q_mmax = 0.                                                (B.51)

где

q^*_mmax = A N C K_ш K_п D².                                                     (B.52)

Значения С, К_ш, К_п в зависимости от выбранного типа СУ определяют в соответствии с ГОСТ 8.586.2 (пункт 5.3.2,), ГОСТ 8.586.3 (подпункты 5.1.6.2, 5.1.6.4, 5.2.6.2, 5.3.4.2),  ГОСТ 8.586.4 (пункты 5.5.2, 5.5.3, 5.5.4).

Число Re при этом рассчитывают по формуле

Re = A_max/(DN).                                                                     (B.53)

B.5.2.7 Для решения уравнения (В.51) рекомендуется следующий алгоритм:

а) принимают D₁ = D*_н; D₂ = D*_в, рассчитывают соответствующие значения q_{m max1}, q_{m max2} - по формуле (В.52) и F₁, F₂ - по формуле (В.51);

б) принимают

D*=(D_l + D₂)/2

и рассчитывают соответствующие значения q*_{m max} - по формуле (В.52), F* - по формуле (В.51);

при |F*| < 0,001 полученное значение D* принимают в качестве окончательного, иначе процесс продолжают с перечисления в);

в) при условии F* F₁ > 0, принимают D₁ = D* и F₁ = F*;

при условии F* F₁ < 0, принимают D₂ = D* и F₂ = F*

переходят к выполнению перечисления б).

Приложение Г
(справочное)
Температурный коэффициент линейного расширения материала

Значения температурного коэффициента линейного расширения материала СУ и ИТ могут быть рассчитаны в зависимости от температуры по формуле, полученной на основе данных [13] и [14]:

α_t = 10^-6[a₀+a₁ (t/1000) + a₂(t/1000)²],                                   (Г.1)

где a₀, a₁ a₂ - постоянные коэффициенты, определяемые в соответствии с таблицей Г.1.

Таблица Г.1 - Значения постоянных коэффициентов a₀, a₁ a₂ и границы области применения формулы (Г.1)

Окончание таблицы Г.1

Дополнительная информация о значениях температурного коэффициента линейного расширения для марок стали, не приведенных в таблице Г.1, приведена в [13].

Приложение Д (справочное)
Шероховатость внутренней поверхности трубопроводов

Таблица Д.1 - Значения эквивалентной шероховатости R_ш, среднеарифметического отклонения профиля шероховатости Ra и относительной расширенной неопределенности U'_Rш

Приложение Е
(справочное)
Конструкция устройств подготовки потока и струевыпрямителей

Е.1 Общие положения

Е.1.1 В настоящем приложении приведена конструкция наиболее распространенных УПП и струевыпрямителей.

Включение УПП или струевыпрямителя в настоящее приложение не означает, что данное устройство прошло испытания в соответствии с приложением Ж.

Информация о УПП или струевыпрямителях, прошедших испытания, и методах их монтажа на ИТ приведена в ГОСТ 8.586.2 (пункт 6.3.1).

Допускается применение других конструкций УПП и струевыпрямителей, неуказанных в настоящем приложе нии, если они прошли испытания в соответствии с приложением Ж.

Е. 1.2 Коэффициент гидравлического сопротивления УПП и струевыпрямителей определяют по формуле

                                                                        (E.1)

где ∆w - потеря давления в струевыпрямителе или УПП.

Е.2 Струевыпрямители

Е.2.1 Общее описание

Струевыпрямитель представляет собой устройство, ликвидирующее или значительно уменьшающее завих рения, но не обеспечивающее устранение осесимметричных или асимметричных деформаций эпюры скоростей потока.

Примерами данных устройств являются трубчатые струевыпрямители «АМСА» и «Etoile».

Е.2.2 Трубчатый струевыпрямитель

Конструкция трубчатого струевыпрямителя приведена на рисунке Е.1.

Струевыпрямитель состоит из связки параллельных и касающихся друг друга трубок, установленных в ИТ.

Число трубок должно быть не менее 19, а их длина не менее 10d_тр, где d_тр - наружный диаметр трубки. Трубки соединяют вместе и помещают связку в ИТ. При этом оси трубок должны быть параллельны оси ИТ.

Конструкция трубчатого струевыпрямителя, состоящего из связки 19 трубок, приведена в ГОСТ 8.586.2 (пункт 6.3.2).

Коэффициент гидравлического сопротивления трубчатого струевыпрямителя зависит от числа трубок, толщины их стенок. Для трубчатого струевыпрямителя, состоящего из 19 трубок, толщина стенки которых менее 0,025D, коэффициент гидравлического сопротивления равен 0,75.

^a) Длина L трубок должна быть в пределах от 2D до 3Д предпочтительно насколько возможно ближе к 2D.

^b) Наружный диаметр струевыпрямителя, 0,95D ≤ D_f ≤ D.

1 - минимизированный зазор; 2 - стенка ИТ; 3- толщина стенки трубки (меньше 0.025D); 4 - дополнительные центрирующие прокладки - обычно в четырех местах

Рисунок Е.1 - Трубчатый струевыпрямитель

В альтернативной конструкции трубчатого струевыпрямителя трубки закреплены к фланцу с помощью их наружного обода, слегка выступающего в ИТ.

Е.2.3 Струевыпрямитель «АМСА»

Струевыпрямитель «АМСА» имеет сотовую конструкцию с квадратными ячейками, размеры которых приведены на рисунке Е.2. Ребра должны быть как можно более тонкими, имея при этом достаточную прочность.

Коэффициент гидравлического сопротивления в струевыпрямителе «АМСА» может быть принят равным 0,25.

Рисунок Е.2 - Струевыпрямитель «АМСА»

Е.2.4 Струевыпрямитель «Etoile»

Конструкция струевыпрямителя «Etoile» приведена на рисунке Е.З. Струевыпрямитель состоит из восьми радиальных лопастей, расположенных под равными углами. Длина лопастей равна удвоенному диаметру ИТ. Лопасти рекомендуется изготовлять насколько возможно тонкими при достаточной прочности.

Коэффициент гидравлического сопротивления струевыпрямителя «Etoile» может быть принят равным 0,25.

Рисунок Е.3 - Струевыпрямитель «Etoile»

Е.3 Устройства подготовки потока

Е.3.1 Общее описание

УПП представляет собой устройство, которое ликвидирует или значительно уменьшает вихри в потоке, а так же устраняет полностью или частично осесимметричные и асимметричные деформации эпюры скоростей потока.

Примерами данных устройств могут служить УПП «Gallagher», «K-LabNOVA», «NEL (Spearman)», «Sprenkle» и «Zanker».

E.3.2 Устройство подготовки потока «Gallagher»

УПП «Gallagher» защищено патентом. Оно состоит из антивихревого устройства, отстойника и профильного устройства, приведенных на рисунках Е.4 и Е.5.

Коэффициент гидравлического сопротивления УПП «Gallagher» зависит от технических условий на его изготовление и может быть принят равным двум.

^a) Условный диаметр трубопровода.

^b) Длина, равная диаметру наружного диаметра фланца УПП.

^c) 3,2 мм при D_у от 50 до 75 мм, 6,4 мм при D_y от 100 до 450 мм, 12,7 мм при D_у  от 500 до 600 мм, 12,7 мм при D_y 50 до 300 мм, 17,1 мм при D_v от 350 до 600 мм.

^d) 3,2 мм при D_у  от 50 до 75 мм, 6,4 мм при D_y от 100 до 450 мм, 12,7 мм при D_у  от 500 до 600 мм.

1 - антивихревое устройство; 2 - профильное устройство

Рисунок Е.4 - Схема УПП «Gallagher»

1 - антивихревое устройство - вариант трубчатого типа:однородная концентрированная связка из 19 трубок возможно установленных на штифтах); 2 - антивихревое устройство - вариант лопастного типа: 8 лопастей длиной от 0,125 D до0,25 D, концентричных с трубой (устройство может быть помещено на входе в ИТ); 3 - профильное устройство : схема 3-8-16 (см. примечание)

Примечание - Схема профильного устройства включает в себя:

3 отверстия, центры которых расположены на окружности диаметром от 0,15 D до 0,155 D.Диаметр отверстий выбирают так, чтобы суммарная площадь отверстий составляла от 3% до 5% площади сечения ИТ.

8 отверстий. центры которых расположены на окружности диаметром от 0,44 D до 0,48 D. Диаметр отверстий выбирают так, чтобы их суммарная площадь составляла от 19% до 21% площади сечения ИТ;

16 отверстий, центры которых расположены на окружности диаметром от 0,81 D до 0,85 D.Диаметр выбирают так, чтобы их суммарная площадь отверстий составляла от 25% до 29% площади сечения трубопровода.

Рисунок Е.5 - Типичные компоненты УПП «Gallagher» (вид спереди)

Е.3.3 Устройство подготовки потока «K-Lab NOVA»

Перфорированный диск K-Lab конструкции NOVA, известной как УПП «K-Lab NOVA», защищен патентом. Устройство состоит из диска с 25 просверленными отверстиями, расположенными по симметричной круговой схеме, при веденной на рисунке Е.6. Толщина перфорированного диска должна находиться в пределах от 0,125D до 0,15D.

Толщина, наружный диаметр и лицевая поверхность фланца зависят от его типа и применения. Размеры отверстий являются функцией внутреннего диаметра трубопровода и числа Re.

При условии Re ≥ 8 10⁵ изготовляют:

центральное отверстие диаметром (0,18629 ± 0,00077) D;

8 отверстий диаметром (0,163 ± 0,00077) D центры которых расположены на окружности диаметром 0,5D±0,5 мм;

16 отверстий диаметром (0,1203 ± 0,00077) D центры которых расположены на окружности диаметром 0,85D± ±0,5 мм.

При условии 8 10⁵ > Re ≥ 10⁵ изготовляют:

центральное отверстие диаметром (0,22664 ± 0,00077) D

8 отверстий диаметром (0,16309 ± 0,00077) D центры которых расположены на окружности диаметром 0,5D±0,5mm;

16 отверстий диаметром (0,12422 ± 0,00077) D центры которых расположены на окружности диаметром 0,85 D ± 0,5 мм.

Коэффициент гидравлического сопротивления УПП «K-Lab NOVA» может быть принят равным двум.

Рисунок Е.6 - Схема УПП «K-Lab NOVA»

Рисунок Е.7 - Схема УПП «NEL (Spearman)»

Е.3.4 Устройство подготовки потока «NEL (Spearman)»

УПП «NEL (Spearman)» приведено на рисунке Е.7. Размеры отверстий являются функцией внутреннего диаметра ИТ. Данные по отверстиям следующие:

4 отверстия (d₁) диаметром 0,1D центры которых расположены на окружности диаметром 0,18D

8 отверстий (d₂) диаметром 0,16D центры которых расположены на окружности диаметром 0,48D

16 отверстий (d₃) диаметром 0,12D центры которых расположены на окружности диаметром 0,86D.

Толщина перфорированной пластины равна 0,12D.

Коэффициент гидравлического сопротивления УПП «NEL (Spearman)» может быть принят равным 3.2.

Е.3.5 Устройство подготовки потока «Sprenkle»

Конструкция УПП «Sprenkle» приведена на рисунке Е.8.

УПП «Sprenkle» состоит из трех перфорированных пластин, расположенных последовательно на расстояни! (1 ± 0,1)D друг от друга.

Для уменьшения потерь давления рекомендуется, чтобы отверстия имели фаску под углом 45° со стороны входа потока, а общая площадь отверстий в каждой пластине должна быть более 40 % площади поперечного сечения ИТ.

Отношение толщины пластины к диаметру отверстий должно быть не менее единицы, а диаметр отверстий - не более 0,05D (см. рисунок Е.8).

Пластины соединяют друг с другом прутками или шпильками, расположенными по периферии просвета ИТ и имеющими как можно меньший диаметр, но создающими достаточно прочное крепление.

Коэффициент гидравлического сопротивления УПП «Sprenkle» принимают равным 11, если входные кроме отверстий имеют фаски, или 14 - при их отсутствии.

1 - перфорированные пластины

Рисунок Е.8 - Схема УПП «Sprenkle»

Е.3.6 Устройство подготовки потока «Zanker»

Конструкция УПП «Zanker» приведена на рисунке Е.9.

УПП «Zanker» состоит из перфорированной пластины с отверстиями, за которыми расположены каналы (по одному на каждое отверстие), образованных пересечением ряда пластин (см. рисунок Е.9). Пластины должны иметь как можно меньшую толщину, но обеспечивать достаточную прочность.

Коэффициент гидравлического сопротивления УПП «Zanker» может быть принят равным пяти.

Е.3.7 Дисковое устройство подготовки потока «Zanker»

Дисковое УПП «Zanker» является развитием конструкции УПП, описанной в Е.3.6. У нового устройства имеется такое же распределение отверстий, но увеличена толщина пластины до 0,15D и отсутствует сотовая структура каналов, прикрепленных к пластине.

^a) 4 отверстия диаметром 0,141D центры которых расположены на окружности диаметром 0,25D.

^b) 8 отверстий диаметром 0,139D центры которых расположены на окружности диаметром 0,56D.

^c) 4 отверстия диаметром 0,1365D центры которых расположены на окружности диаметром 0,75D.

^d) 8 отверстий диаметром 0,11D центры которых расположены на окружности диаметром 0,85D.

^е) 8 отверстий диаметром 0,077D центры которых расположены на окружности диаметром 0,90D.

Рисунок Е.9 - УПП «Zanker»

Дисковое УПП «Zanker» включает 32 просверленных отверстия, расположенных по симметричной круговой схеме. Размеры отверстий зависят от внутреннего диаметра ИТ и приведены на рисунке Е.10.

Допуск на диаметр каждого отверстия равен ± 0,1 мм при D < 100 мм.

Толщина перфорированной пластины, l_п, такова, что 0,12D ≤ l_п ≤ 0,15D. Толщина фланцев зависит от применения; наружный диаметр и лицевые поверхности фланцев зависят от их типа и применения.

  

^a) 4 центральных отверстия диаметром (0,141 ± 0,001)D центры которых расположены на окружности диаметром (0,25 ± 0,002)D.

^b) 8 отверстий диаметром (0,139 ± 0,001)D центры которых расположены на окружности диаметром (0,56 ± 0,005)D.

^c) 4 отверстия диаметром (0,1365 ± 0,001)D центры которых расположены на окружности диаметром (0,75 ± 0,0075)D.

^d) 8 отверстий диаметром (0,110 ± 0,001)D центры которых расположены на окружности диаметром (0,85 ± 0,085)D.

^e) 8 отверстий диаметром (0,077 ± 0,001)D центры которых расположены на окружности диаметром (0,90 ± 0,009)D.

Рисунок Е.10 - Схема дискового УПП «Zanker»

Коэффициент гидравлического сопротивления дискового УПП «Zanker» может быть принят равным трем.

Приложение Ж
(обязательное)
Испытание устройств подготовки потока и струевыпрямителей

Ж.1 Испытания УПП и струевыпрямителей, применяемых для любого типа местного сопротивления

Ж.1.1 Если УПП или струевыпрямитель прошли испытания на соответствие требованиям Ж.1.2 - Ж.1.5 с конкретным типом СУ, то они могут быть установлены после любого типа МС с СУ того же типа, относительный диаметр отверстия которого не более 0,67.

Если УПП или струевыпрямитель прошли дополнительные испытания на соответствие требованиям Ж.1.6, то они могут быть установлены с СУ при β более 0,67.

Если УПП или струевыпрямитель прошли испытания и при их установке на ИТ соблюдены положения, изложенные в Ж.1.7, то нет необходимости увеличивать неопределенность коэффициента истечения.

Ж.1.2 Необходимо проверить, что определенные с помощью испытательного оборудования коэффициенты истечения применяемых СУ, при наличии достаточной длины прямолинейных участков ИТ, исключающих влияния МС на поток в СУ, находятся в пределах неопределенности коэффициентов истечения, рассчитанных по формулам, приведенным:

- в ГОСТ 8.586.2 (подпункты 5.3.2.1 и 5.3.3.1) - для диафрагмы;

- ГОСТ 8.586.3 (подпункты 5.1.6.2 и 5.1.7.1) - для сопла ИСА 1932;

- ГОСТ 8.586.3 (подпункты 5.2.6.2 и 5.2.7.1) - для эллипсного сопла;

- ГОСТ 8.586.3 (подпункты 5.3.4.2 и 5.3.5.1) - для сопла Вентури;

-  ГОСТ 8.586.4 (пункты 5.5.2 и 5.7.1) - для труб Вентури с литой необработанной входной конической частью;

- ГОСТ 8.586.4 (пункты 5.5.3 и 5.7.2) - для труб Вентури с обработанной входной конической частью;

- ГОСТ 8.586.4 (пункты 5.5.4 и 5.7.3) - для труб Вентури со сварной входной конической частью из листовой стали.

Ж.1.3 Испытания УПП или струевыпрямителей проводят с применением СУ, имеющих значение β, равное 0,67. Результаты испытания считают положительными, если отклонение коэффициента истечения СУ, полученное в процессе испытаний, от значения коэффициента истечения, полученного при проведении испытаний по Ж.1.2, менее 0,23 %, при следующих вариантах установки УПП или струевыпрямителя:

а) перед УПП или струевыпрямителем имеется достаточной длины прямолинейный участок ИТ, обеспечивающий отсутствие деформации потока среды (минимальную необходимую длину прямолинейного участка ИТ допускается определять по ГОСТ 8.586.2 (колонка А таблицы 4) в соответствии с видом МС перед УПП или струевыпрямителем при значении β, равном 0,67);

б) УПП или струевыпрямитель установлены после задвижки, закрытой на 50 %, или сегментной диафрагмы, перекрывающей половину сечения ИТ;

в) УПП или струевыпрямитель установлены после устройства, создающего закрутку потока (максимальный угол закрутки потока в сечении ИТ на расстоянии 18D от устройства должен быть не менее 24°, а на расстоянии 30D - не менее 20°). Закрутку потока следует создавать завихрителем или другими способами. Примером завихрителя может служить завихритель «Chevron», приведенный на рисунке Ж.1.

Перед МС, указанными в перечислениях б) и в), должен находиться прямолинейный участок ИТ, имеющий достаточную длину, чтобы это МС не оказывало влияние на СУ. Минимальную необходимую длину этого прямолинейного участка допускается определять по ГОСТ 8.586.2 (колонка А таблицы 4) в соответствии с видом МС при значении β, равном 0,67.

Примечание - Эти испытания требуются для подтверждения того, что устройство подготовки потока или струевыпрямитель:

- не оказывают влияния на коэффициент истечения СУ;

- является эффективным в асимметричном потоке;

- является эффективным в закрученном потоке.

Дополнительная информация по указанным испытаниям и завихрителю «Chevron» содержится в [15] и [16].

  

Рисунок Ж.1 - Завихритель «Chevron»

Ж.1.4 Испытания УПП или струевыпрямителей проводят также с применением СУ, имеющих значение β, равное 0,4. При этом испытания выполняют в соответствии с требованиями Ж.1.3 только для варианта установки УПП или струевыпрямителя, указанного в перечислении в) Ж.1.3.

Ж.1.5 С целью обеспечения возможности применения УПП или струевыпрямителя при любых числах Re, необходимо установить, что они не только удовлетворяют требованиям Ж.1.3 и Ж.1.4 для одного числа Re, но также соответствуют требованиям, приведенным в перечислениях а) или б), или в)Ж.1.3 для второго числа Re.

Числа Re, при которых проводят испытания, должны удовлетворять следующим условиям:

10⁴ ≤ Re₁ ≤ 10⁶ и Re₂ > 10⁶                                                                    (Ж.1)

и

λ₁ - λ₂ ≥ 0,0036,                                                                    (Ж.2)

где λ₁, λ₂ - коэффициенты трения ИТ, рассчитанные при числах Re₁ и Re₂, соответственно, которые могут быть получены по диаграмме Моуди [10] или рассчитаны по формуле

                                    (Ж.3)

Если УПП или струевыпрямитель будет применяться только при условии Re > 3 10⁶, испытания по пунктам Ж.1.3 и Ж.1.4 достаточно провести при одном значении числа Re, значение которого более 3 10⁶.

Если УПП или струевыпрямитель будет применяться с трубой Вентури или соплом Вентури, то испытания по пунктам Ж.1.3 и Ж.1.4 достаточно провести при одном значении числа Re, выбранного из допускаемого диапазона чисел Re для данного типа СУ.

С целью обеспечения применения УПП или струевыпрямителя на трубопроводах с любыми значениями внутреннего диаметра ИТ необходимо установить, что он не только удовлетворяет требованиям Ж.1.3 и Ж.1.4 при одном значении D, но также соответствует требованиям, приведенным в перечислениях а) или б), или в) Ж. 1.3 при втором значении D.

Внутренние диаметры ИТ при проведении испытаний должны удовлетворять следующим условиям:

D₁ ≤ 0,11 м;                                                                           (Ж.4)

D₂ ≤ 0,19 м.                                                                           (Ж.5)

Ж.1.6 Если УПП или струевыпрямитель предполагается использовать с СУ, относительный диаметр которого превышает 0,67, то сначала проверяют выполнение требования пунктов Ж.1.2 - Ж.1.5. Затем проводят испытания, описанные в Ж.1.2 - Ж.1.5, при максимальном значении β_mах, при котором УПП или струевыпрямитель предполагается использовать. Допускаемое отклонение коэффициента истечения СУ принимают равным (0,63β_mах-0,192)%.

Числа Re, при которых проводят испытания по Ж.1.5, должны удовлетворять следующим условиям:

10⁴ ≤ Re₁ ≤ 10⁶ и Re₂ > 10⁶                                                                    (Ж.6)

и

                                       (Ж.7)

Если УПП или струевыпрямитель удовлетворяет требованиям, приведенным в Ж.1.2 - Ж.1.6, то его допускают к применению с СУ при β ≤ β_mах.

Ж.1.7 Длины прямолинейных участков ИТ, при которых проводились испытания УПП или струевыпрямителя, в условиях их эксплуатации являются:

- необходимыми (с указанием допуска) для участка ИТ между УПП (или струевыпрямителем) и СУ;

- минимальными допускаемыми для участка ИТ между МС и УПП (или струевыпрямителем).

Длины должны быть представлены в относительном виде.

Ж.2 Испытания УПП и струевыпрямителей, применяемых для конкретной установки

В случае применения УПП или струевыпрямителя только для конкретной установки выполняют сокращенные испытания.

Результаты испытаний считают удовлетворительными, если для заданных СУ, МС, УПП или струевыпрямителя и места их размещения на ИТ отклонение значения коэффициента истечения данного СУ от значения коэффициента истечения, полученного при проведении испытаний по Ж.1.2, меньше 0,23%.

Допускаемое отклонение коэффициента истечения может быть увеличено до (0,63β - 0,192) % при β > 0,67.

При положительных результатах испытаний значение неопределенности коэффициента истечения СУ принимают равным значениям, приведенным:

- в ГОСТ 8.586.2 (подпункты 5.3.2.1 и5.3.3.1) - для диафрагмы;

- ГОСТ 8.586.3 (подпункты 5.1.6.2 и 5.1.7.1) - для сопла ИСА 1932;

- ГОСТ 8.586.3 (подпункты 5.2.6.2 и 5.2.7.1) - для эллипсного сопла;

- ГОСТ 8.586.3 (подпункты 5.3.4.2 и 5.3.5.1) - для сопла Вентури;

- ГОСТ 8.586.4 (пункты 5.5.2 и 5.7.1) - для труб Вентури с литой необработанной входной конической частью;

- ГОСТ 8.586.4 (пункты 5.5.3 и 5.7.2) - для труб Вентури с обработанной входной конической частью;

- ГОСТ 8.586.4 (пункты 5.5.4 и 5.7.3) - для труб Вентури со сварной входной конической частью из листовой стали.

Приложение И
(справочное)
Сведения о соответствии ссылочных международных стандартов межгосударственным стандартам, использованным в настоящем стандарте в качестве нормативных ссылок

Таблица И.1

Приложение К
(справочное)
Сопоставление структуры настоящего стандарта со структурой примененного в нем международного стандарта

Таблица К.1

Библиография

Ключевые слова: расход, количество, среда, измерение, метод, общие требования, диафрагмы, сопла ИСА 1932, эллипсные сопла, сопла Вентури, трубы Вентури