Diafragmakulumõõturi tareerimine (0)

Microsoft Word - Annaabisse panekuks copy.docx



1  Töö eesmärk  Töö eesmärkideks on:     tutvuda diafragmakulumõõturi ehituse ja tööpõhimõttega, 
  tareerida diafragmakulumõõtur, 
  koostada tareerimiskõverad 𝑄 = 𝑘√𝑝 ja C = f(ReD) korral, 
  esitada koostatud kõverate valemid ja diafragmakulumõõturi tööpiirkond. 


2  Katseseadmete kirjeldus      Joonis 2.1. Joa ahenemine ja voolu kiirenemine diafragma piirkonnas     Vedeliku voolamisel läbi torule asetatud diafragma  tekib joa kohalik ahenemine  ja vooluse 
kiirenemine (joonis 2.1). Joa kineetiline energia suureneb, kuid potentsiaalne energia, seega 
ka  staatiline  rõhk  väheneb.  Teatud  kaugusel  diafragma  taga  saavutab  voolukiirus  esialgse 
väärtuse  ning  staatiline  rõhk  taastub  osaliselt  (p'3).  Diafragma  hüdrodünaamilise  takistuse 
tõttu esineb jääv rõhukadu (p'1 – p'3).  
          


       Joonis 2.2. Diafragmakulumõõturi tareerimisseadme skeem:  
1) mõõtepaak; 2) nivooklaas; 3) veekulu reguleerimiskraan;   4) vee sisselaskekraan; 5) väljalaskekraan;  6) rõhulangu mõõteriist;    7) impulsskraanid;  8) piesomuundur;  9) pump; 10) kogumispaak;  
A) diafragma sõlm   
 
       Joonis 2.3. Diafragma sõlm A     


Muutuva  rõhulanguga  kulumõõtur  koosneb  kuludiafragmast,  piesomuundurist  ja  nendega  ühendatud numbrinäiduga mõõteriistast. Staatiline rõhulang vahetult diafragmas (joonis 2.1) 
p  =  p1  –  p2  sõltub  vedeliku  kulust.  Selle  sõltuvuse  määramist  katselisel  teel  nimetatakse 
diafragmakulumõõturi  tareerimiseks,  mis  ongi  töö  põhiülesanne.  Torule  on  monteeritud 
rõngaskambritega diafragma (sõlm A, joonis 2.2). Veevoolu avamiseks mõõtepaaki ja sellest 
möödajuhtimiseks järjekordse veekulu reguleerimise ajal on ette nähtud kraan 4. Rõhulangu 
mõõdetakse  digitaalmõõteriistaga  6,  mis  saab  impulsi  piesomuunduri  8  kaudu.  Diafragma 
lahutamiseks mõõteriistast on impulsstorudel kraanid 7. Katse ajal mõõtepaaki 1 kogunenud 
vee  maht  määratakse  nivooklaasi  2  mõõteskaalalt.  Veekulu  reguleeritakse  kraani  3  abil. 
Mõõtepaaki tühjendatakse kraani 5 kaudu. Diafragma ehitus (sõlm A) on joonisel 2.3.  
  Kokkusurumatu vedeliku ( = const) voolamisel kehtib Bernoulli võrrand (2.1):   𝑝
 +   𝑤 2 + 𝑔𝑧 = 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑡𝑎𝑛𝑡   w – vedeliku vool kiirus m/s;  
g – raskuskiirendus m/s2 ; 
z – iseloomustatava punkti kõrgus m; 
p – vedeliku staatiline rõhk valitud punktis; 
ρ – vedeliku tihedus. 
  Kehtib ka joa pidevuse võrrand (massijäävusseadus) (2.2):  Aw = constant  A – toru ristlõikepind m2 ; 
w – vedeliku vool kiirus m/s; 
ρ – vedeliku tihedus. 
     


Võrrandite (2.1) ja (2.2) koos lahendamisel ja arvestades tegeliku rõhulanguga  p = p1 – p2 
vahetult diafragma ees ja taga, saadakse seos vedeliku mahulise kulu ja staatilise rõhulangu 
vahel. Valem (2.3):  𝑄 =   A  2p   𝑚 /𝑠   A – diafragma ristlõikepind m2 ;  – diafragma kulutegur; 
ρ – vedeliku tihedus; 
Δp – rõhulang diafragmas.  Diafragma  kulutegur    arvestab  joa  ahenemise  iseloomu,  energiakadu  voolamisel  läbi 
diafragma ning kiiruste ebaühtlast jaotust joa ristlõikes. Valem (2.4):    = CE   
C – läbivoolutegur; 
E – drosseli geomeetria tegur. 
  𝐸 = (1 −   𝛽 ) .   𝛽 =   𝑑 𝐷   (𝑑 = 15𝑚𝑚, 𝐷 = 21,5𝑚𝑚)    
Läbivoolutegur C sõltub drosseli geomeetriast, voolamisrežiimi iseloomustavast Reynoldsi 
arvust  ja  diameetrite  suhtest  β.  Selle  teguri  välja  arvutamiseks  on  koostatud  keerukaid 
empiirilisi valemeid. Lisainfot leiab [1]. 


3  Katse protseduur  Enne  katse  alustamist  nullitakse  diferentsiaalmanomeetri  näit  vajutades  nuppu  „Tare“.  
Mitmesuguste veekulude korral, mida reguleeritakse ventiili 3 abil, mõõdetakse 240 sekundi 
jooksul paaki kogunev vee maht  Q'. Veehulk  Q'  loetakse mõõtepaagi nivooklaasi  2  skaalalt   dm3. Iga veekulu korral loetakse 4 korda diferentsiaalmanomeetri näit (katse alguses, kohe 
pärast kraani asendi muutmist, ja siis iga minuti järel, viimane näit võetakse just enne kraani 
asendi muutmist). Katse kestab 4 minutit või kuni mõõteanumasse on kogunenud 100 dm3 
vett. Kokku teostatakse 10 katset erinevatel veekuludel. Kulud tuleks valida nõnda, et kaetakse 
kogu  katseseadme  töövahemik  (minimaalsest  maksimaalse  kuluni).  Katsetulemuste  kõvera 
väljajoonistamise  seisukohalt  on  kasulik  võtta  tihedamalt  punkte  väikese  veekulu  juures. 
Voolava vee temperatuuri mõõdetakse termomeetriga.  


4  Katseandmete töötlus    Tabel 1. Katse käigus mõõdetud andmed.  Katse  nr  Vee maht  paagis, dm3  t ,s  Diferentsiaalmanomeetri näit, kPa  alg  lõpp  1  2  3  4  5  1  60  86  240  0.29  0.3  0.28  0.31  0.3  2  40  82  240  0.95  0.91  0.93  0.89  0.92  3  40  91  240  1.35  1.36  1.37  1.34  1.32  4  40  98  240  1.78  1.76  1.77  1.73  1.74  5  30  95  240  2.2  2.16  2.22  2.18  2.14  6  20  90  240  2.6  2.59  2.62  2.58  2.57  7  20  94  240  3.01  3.03  2.98  2.97  2.85  8  20  98  240  3.41  3.38  3.35  3.35  3.27  9  20  103  240  2.82  3.78  3.78  3.67  3.65  10  20  107  240  4.2  4.15  4.07  4.02  3.97  Vee temperatuur 23 ⁰C    4.1  Q – kui suur hulk vett läbib diafragmat sekundis  𝑄 =   𝑄′ τ   10     Q - vooluhulk sekundis    Q’ – paaki voolanud vee hulk dm3    Τ – aeg sekundites mis kulus vee paaki voolamiseks (terve katse vältel 240s)  Tabel 2.     Alg  Lõpp  Kogus  Q’1  60  86  26  Q’2  40  82  42  Q’3  40  91  51  Q’4  40  98  58  Q’5  30  95  65  Q’6  20  90  70  Q’7  20  94  74  Q’8  20  98  78  Q’9  20  103  83  Q’10  20  107  87   


Näide Q1 näol:  𝑄 =   𝑄′ τ   10   =   26 240   10 = ≈ 1,08  10 𝑑𝑚 𝑠     Tabel 3.  Q1  1,08  10 𝑑𝑚 𝑠   Q2  1,75  10 𝑑𝑚 𝑠   Q3  2,125  10 𝑑𝑚 𝑠   Q4  2,417  10 𝑑𝑚 𝑠   Q5  2,708  10 𝑑𝑚 𝑠   Q6  2,917  10 𝑑𝑚 𝑠   Q7  3,083  10 𝑑𝑚 𝑠   Q8  3,250  10 𝑑𝑚 𝑠   Q9  3,458  10 𝑑𝑚 𝑠   Q10  3,625 10 𝑑𝑚 𝑠        


4.2  Arvutan kuluteguri α  𝑄 =  α A  2 𝛥 𝑝  𝜌     Ehk siis   α =   𝑄 𝐴    𝜌 2 𝛥 𝑝     A - diafragma pind    Δp – rõhulang (Pa)    ρ – vee tihedus 23°C = 997,6 kg/m3    4.2.1  Leian rõhulangud- arvutan diferentsiaalmanomeetri viie näidu keskmise rõhu  (vaata Tabel 1)  Näide Δp1 näol:  Δp1 = 0,29 + 0,30 + 0,28 + 0,31 + 0,3 = 1,48  1,48 / 5 = 0,29 kPa = 296 Pa    Δp1  Δp2  Δp3  Δp4  Δp5  Δp6  Δp7  Δp8  Δp9  Δp10  Rõhulang Pa  296  920  1348  1756  2180  2592  2968  3352  3540  4082  4.2.2  Leian diafragma ristlõikepindala A m2   Diafragma diameeter = 0,15mm, raadius = 0,075mm = 0,0075m  Ristlõikepindala valem 𝐴 = 𝜋𝑟 =  𝜋  0,0075 =  1,767  10  𝑚     4.2.3  Leian kuluteguri α  Näide α1 näol :  α =   𝑄 𝐴    𝜌 2 𝛥 𝑝 =   1,08  10 1,767  10    997,6 2   296 =  ≈ 0,793  


  Tabel 4. Kuluteguri α väärtused  α1  α 2  α 3  α 4  α 5  α 6  α 7  α 8  α 9  α 10  0,793  0,729  0,731  0,729  0,733  0,726  0,715  0,710  0,734  0,718      4.3  Arvutan läbivooluteguri  α =  C E     C – läbivoolutegur;    E – drosseli geomeetria tegur.  𝐸  =   (1  −   β  ) ,   β =   𝑑 𝐷     d = 15mm, D = 21,5mm    Teostan diameetri suhte ning drosseli geomeetria teguri arvutused:    β =   𝑑 𝐷 =   15𝑚𝑚 21,5𝑚𝑚 = 0,69767𝑚𝑚 = ≈ 0,698mm   𝐸  =   (1  −   β  ) , = (1 − 0,698 ) , =   0,7626 , = ≈ 1,1451    Arvutan läbivooluteguri:  α =  C E   𝐶 =   α 𝐸   Teostan tehte C1 näol:  𝐶 =   α 𝐸 =   0,793 1,1451 = ≈ 0,693  


Tabel 5. Läbivooluteguri C väärtused  C1  C 2  C 3  C 4  C 5  C 6  C 7  C 8  C 9  C 10  0,693  0,637  0,638  0,637  0,640  0,634  0,624  0,620  0,641  0,627          4.4  Arvutan Reynoldsi arvu  𝑅𝑒 =   𝑤 𝐷 𝑣        𝑅𝑒 =   𝑤 𝐷 𝑣  =   4 𝑄 𝐷 π 𝐷  𝑣 = 1,273  𝑄 𝐷𝑣     D – hüdrauliline diameeter m;    Q – vedeliku kulu m3/s;    v – vedeliku kinemaatiline viskoossus m2/s = 0,9333  10-6 m2/s    w – vedeliku voolamise kiirus m/s  Teostan arvutise ReD1 näol:  𝑅𝑒 =   𝑤 𝐷 𝑣  =   4 𝑄 𝐷 π 𝐷  𝑣 = 1,273  𝑄 𝐷𝑣 =  1,273  1,08  10 0,0215  0,9333   10   = =  1,273  1,08  10 2,006595  10    =  6851,6       


Tabel 6. Reynoldsi arvu väärtused  ReD1  6851,6  ReD2  11102,1  ReD3  13481,2  ReD4  15331,7  ReD5  17192,5  ReD6  18524,7  ReD7  19539,8  ReD8  20618,3  ReD9  21950,5  ReD10  22997,3    Järgnevas tabelis (Tabel 7.) on ühtselt välja toodud iga katsega saadud tulemused.  Tabel 7. Katsega seotud tulemuste kogum  Kats e  nr.  Rõhulang  Voolu  kogus  Katse kestvus  Vedeliku kulu  Reynoldsi  arv  Läbivoolu  tegur  Kulutegur    Δp  Q’  τ  Q  ReD  C  α  kPa  Dm3  s  m3/s        1.  0,296  26  240  1,08  10   6851,6  0,693  0,793  2.  0,920  42  240  1,75  10   11102,1  0,637  0,729  3.  1,348  51  240  2,125  10   13481,2  0,638  0,731  4.  1,756  58  240  2,417  10   15331,7  0,637  0,729  5.  2,180  65  240  2,71  10   17192,5  0,640  0,733  6.  2,592  70  240  2,92  10   18524,7  0,634  0,726  7.  2,968  74  240  3,08  10   19539,8  0,624  0,715  8.  3,352  78  240  3,25  10   20618,3  0,620  0,710  9.  3,540  83  240  3,46  10   21950,5  0,641  0,734  10.  4,082  87  240  3,625  10   22997,3  0,627  0,718  Vee temperatuur: t = 23 ⁰C 


5  Kokkuvõte  Tabelis 7 välja toodud arvutuste andmete põhjal on koostatud ka graafikud.  
Esimesel  graafikul  (Diagramm  1)  on  välja  toodud  C  =  f(Red)  sõltuvus  ning  teisel  graafikul 
(Diagramm 2) on välja toodud Q = k√Δp sõltuvus.    Diagramm 1. Läbivoolutegur funktsioonina Reynoldsi arvust    Diagramm 2. Vedeliku kulu sõltuvus rõhulangust  All on välja toodud konstandi k arvutus Q1 näol.   
Näide Q1 näol:  𝑄 = 𝑘   Δp    𝑘 = 𝑄 Δp = 6,28  10        0,6 0,62 0,64 0,66 0,68 0,7 0 5000 10000 15000 20000 25000 C ReD C = f(ReD) 0 0,00005 0,0001 0,00015 0,0002 0,00025 0,0003 0,00035 0,0004 0 0,00005 0,0001 0,00015 0,0002 0,00025 0,0003 0,00035 0,0004 Q k√(delta)p Q = k√(delta)p


6  Kasutatud kirjandus  1.  Vee tiheduse tabel kraadide suhtes. https://www.simetric.co.uk/si_water.htm  2.  Kinemaatilise  viskoossuse  kalkulaator.  https://www.engineeringtoolbox.com/water-
dynamic-kinematic-viscosity-d_596.html