ГОСТ 8.439-81 Государственная система обеспечения единства измерений (ГСИ). Расход воды в напорных трубопроводах. Методика выполнения измерений методом площадь-скорость.
ГОСТ 8.439-81
Группа Т86
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ СОЮЗА ССР
Государственная система обеспечения единства измерений
РАСХОД ВОДЫ В НАПОРНЫХ ТРУБОПРОВОДАХ
Методика выполнения измерений методом площадь - скорость
State System for Ensuring the Uniformity of Measurements.
Water flow rate in closed conduits. Technique of Measuring by
Velocity - area Method
Дата введения 1983-01-01
РАЗРАБОТАН Министерством энергетики и электрификации СССР
ИСПОЛНИТЕЛИ
М.В. Печенкин, канд. техн. наук (руководитель темы); М.Г. Селянинов
ВНЕСЕН Министерством энергетики и электрификации СССР
Член Коллегии Ф.В. Сапожков
УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ постановлением Государственного комитета СССР по стандартам от 23 сентября 1981 г. N 4342.
ВНЕСЕНА поправка, опубликованная в ИУС N 12, 1982 год
Настоящий стандарт устанавливает методику выполнения измерений объемного расхода воды в напорных трубопроводах методом площадь - скорость при помощи трубок Пито и гидрометрических вертушек и нормы точности измерений при практически стационарном и равномерном поле скоростей воды, состав и свойство которой не препятствуют применению указанных средств измерений, а температура и плотность по сечению трубопровода за время измерений практически не изменяются.
Стандарт полностью соответствует международным стандартам ИСО 3966-77 и ИСО 3354-75.
1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ
1.1. Расход воды определяют по значению местных скоростей в сечении потока и площади этого сечения. Измеряют размер трубопровода, местные скорости в заданном числе точек измерительного поперечного сечения потока (далее - сечения) и по этим данным - объемный расход воды.
1.2. Требуемый режим потока обеспечивают выбором измерительного сечения на прямолинейном участке трубопровода.
1.3. Соответствие режима потока требованиям настоящего стандарта, необходимость применения устройств для выравнивания потока или введения поправок в результаты измерений, а также время измерений местной скорости оценивают по результатам контрольных измерений (см. п.4.4).
1.4. Скорость потока измеряют следующими способами:
последовательным измерением местных скоростей. При этом одно средство измерений устанавливают поочередно в каждую точку измерений;
параллельным (одновременным) измерением местных скоростей в заданных точках сечения. Для этого используют стационарную батарею гидрометрических вертушек;
интеграционным (непосредственным) измерением средних скоростей на окружностях круглого сечения трубопровода или на вертикалях либо горизонталях прямоугольного сечения трубопровода. Для этого используют вращающуюся перекладину или скользящую штангу с гидрометрическими вертушками.
1.5. Число точек измерений в поперечном сечении потока устанавливают исходя из требуемой точности определения расхода (см. п.1.7), а их положение в поперечном сечении трубопровода зависит от метода вычисления средней скорости (см. п.1.6).
1.6. Среднюю скорость потока вычисляют одним из следующих методов:
графическим интегрированием поля скоростей, включающим построение профиля местных скоростей в поперечном сечении, измерение и суммирование площадей под этой кривой;
численным интегрированием поля скоростей, отличающимся от графического только тем, что профиль скоростей задают аналитическим выражением, а интегрирование выполняют аналитически;
арифметическим, основанным на предположении, что средняя скорость равна среднему взвешенному значению местных скоростей, измеренных в точках поперечного сечения потока с приблизительно равными коэффициентами расхода.
1.7. Погрешность определения расхода не должна превышать ±2% при 95%-ной доверительной вероятности при условии коррекции систематических погрешностей.
1.8. Пояснения терминов, используемых в настоящем стандарте, приведены в справочном приложении 1.
2. СРЕДСТВА ИЗМЕРЕНИЙ И ВСПОМОГАТЕЛЬНЫЕ УСТРОЙСТВА
2.1. При измерениях местных скоростей, размеров трубопровода и температуры воды должны быть применены средства измерений, указанные ниже:
гидрометрические вертушки типов ГР-21 и ГР-55 по ГОСТ 15126-80, установленные на штанге типа ГР-56. Максимальная относительная погрешность индивидуальной градуировки в рабочем диапазоне скоростей ±1% при 95%-ной доверительной вероятности;
механические секундомеры 2-го класса точности по ГОСТ 5072-79;
хронографы типа ГР-30;
дифференциальные трубки Пито (см. справочное приложение 2);
дифференциальные манометры классов 0,4-0,6 по ГОСТ 18140-77 и жидкостные микроманометры классов 0,4 и 0,6 по ГОСТ 11161-71. Максимальная относительная погрешность дифференциального манометра в рабочем диапазоне измерений - 1%;
штангенциркуль по ГОСТ 166-80;
микрометрический нутромер по ГОСТ 10-75;
металлическая рулетка по ГОСТ 7502-80;
ртутный термометр типа ТМ-10 по ГОСТ 112-78.
2.2. Для установки средств измерений в сечении трубопровода применяют следующие вспомогательные устройства:
устройство ввода и фиксации средств измерений;
стационарную батарею;
вращающуюся перекладину и скользящую штангу;
устройство для выравнивания потока (струевыпрямители, сетки, решетки).
Схемы вспомогательных устройств и требования, предъявляемые к ним, приведены в справочном приложении 3.
2.3. Средства измерений и вспомогательные устройства применяют при следующих условиях.
2.3.1. Трубки Пито и гидрометрические вертушки применяют при отсутствии в жидкости взвеси, препятствующей их нормальной работе.
2.3.2. Поток в сечении должен быть стационарным, параллельноструйным и симметричным относительно оси трубопровода. Форма распределения скоростей в сечении не должна изменяться при постоянном расходе и при его изменении в рабочем диапазоне.
Отклонение от параллельноструйности - не более 5°, уровень турбулентности - не более 10% (см. п.4.4).
2.3.3. Трубки Пито применяют при числах Рейнольдса, больших 200, рассчитанных по диаметру отверстия полного давления.
Абсолютную погрешность дифференциального манометра принимают постоянной в рабочем диапазоне давлений. При этом относительная погрешность будет увеличиваться с уменьшением измеряемого давления, а рабочим диапазоном дифференциального манометра следует считать верхний участок его шкалы, в пределах которого относительная погрешность не превышает значения, указанного в п.2.1.
Относительную погрешность градуировки гидрометрической вертушки принимают постоянной в диапазоне измеряемых скоростей.
Гидрометрическую вертушку применяют только в диапазоне скоростей, в котором она отградуирована. Допускается экстраполировать градуировочную кривую за пределы рабочего диапазона в область больших скоростей. В область малых скоростей экстраполяция не допускается.
2.3.4. Если загрузка измерительного сечения средствами измерений и их держателями не превышает 2% площади поперечного сечения трубопровода, погрешности от загрузки сечения и градиента скорости не учитывают. При загрузке сечения на 2-6% необходима коррекция результатов измерений (см. разд. 6). При загрузке сечения более чем на 6% измерения не проводят.
2.3.5. Средства измерений не допускается применять при высоком уровне турбулентности потока, так как показания трубки Пито и гидрометрической вертушки будут заниженными при поперечных пульсациях скорости и завышенными - при продольных. Степень завышения будет зависеть от амплитуды и частоты пульсаций потока и инерционности измерительного устройства (см. справочное приложение 6).
Для повышения точности отсчитывания при низкочастотных пульсациях следует применять дифференциальный манометр с демпфирующим устройством (см. справочное приложение 3) или при использовании гидрометрической вертушки увеличивать продолжительность измерения.
2.4. Допускается применять другие средства измерений, удовлетворяющие по точности требованиям настоящего стандарта.
3. УСЛОВИЯ ПРОВЕДЕНИЯ ИЗМЕРЕНИЙ
3.1. При измерениях должны быть соблюдены следующие условия.
3.1.1. Выбор измерительного сечения
3.1.1.1. Измерительное сечение выбирают на прямых участках трубопровода, где измеряемые скорости находятся в пределах рабочего диапазона средств измерений.
Длина прямого участка трубопровода перед измерительным сечением должна быть возможно большей, т. е. измерительное сечение необходимо располагать как можно дальше от любых местных сопротивлений, способных вызвать асимметрию, закрученность и повышенную турбулентность потока.
Длина прямого участка вверх по потоку должна быть не менее 20 диаметров трубопровода круглого сечения или 80 гидравлических радиусов трубопровода любой формы сечения. Длина прямого участка между измерительным сечением и местным сопротивлением, расположенным ниже по потоку, должна быть не менее 5 диаметров трубопровода круглого сечения или 20 гидравлических радиусов трубопровода любой формы сечения.
3.1.1.2. В измерительном сечении режим потока должен соответствовать требованиям п.2.3.2, что устанавливают при контрольных измерениях (см. п. 4.4). Если контрольные измерения показывают, что поток недостаточно равномерный, то применяют устройства для его выравнивания (см. справочное приложение 3).
3.1.2. Положение и число точек измерений в сечении
2.
3.1.2.2. В круглом измерительном сечении минимальное число точек измерений должно быть 12. Точки располагают на пересечении двух взаимно перпендикулярных диаметрах с тремя концентрическими окружностями так, чтобы на каждом радиусе было не менее трех точек измерений, не считая контрольной, расположенной в центре трубопровода.
3.1.2.3. В прямоугольном измерительном сечении минимальное число точек измерений должно быть 25. Если используют арифметический способ вычислений средней скорости, то положение точек измерений определяют пересечением не менее пяти прямых, параллельных каждой из стенок трубопровода (см. п.5.4.1.2).
4. ПОДГОТОВКА И ПРОВЕДЕНИЕ ИЗМЕРЕНИЙ
4.1. При подготовке к измерениям следует провести внешний осмотр гидрометрической вертушки, трубки Пито и дифференциального манометра и проверить их исправность.
4.1.1. При внешнем осмотре гидрометрической вертушки должно быть установлено соответствие ее следующим требованиям:
ротор должен свободно вращаться в подшипниках, деформация его должна отсутствовать;
вертушка должна выдавать четкие импульсы, а вторичное измерительное устройство должно осуществлять их надежную регистрацию;
трение в подшипниках должно контролироваться наблюдением за остановкой раскрученного ротора. При этом остановка не должна быть резкой;
форма ротора должна соответствовать гипсовой форме или металлическому шаблону.
4.1.2. При внешнем осмотре трубки Пито и дифференциального манометра должно быть проверено соответствие их следующим требованиям:
отверстия трубки не должны быть засорены, трубки полного и статического давления не должны сообщаться, носок трубки не должен быть поврежден, головка трубки должна быть перпендикулярна к держателю, соединительная линия к дифференциальному манометру должна быть минимальной длины, соединительные линии должны быть абсолютно герметичны и в них не должно быть пузырьков воздуха, демпфирование манометра должно быть линейным (см. справочное приложение 3).
Соединительные линии должны соответствовать Правилам 28-64 и требованиям международного стандарта ИСО 2186-73. Средства измерений контролируют до и после каждого цикла измерений.
4.2. Установка средств измерений в измерительном сечении трубопровода
4.2.1. При последовательном способе измерений применяют средство ввода и фиксации (см. справочное приложение 3).
Допускается применять стационарные батареи гидрометрических вертушек в трубопроводах прямоугольного сечения. В этом случае вертушки располагают на вертикальных или горизонтальных штангах. Недостатком такой конструкции является значительная загрузка измерительного сечения.
4.2.3. При интеграционном способе измерений в трубопроводах круглого сечения гидрометрические вертушки устанавливают на вращающейся перекладине.
В трубопроводах прямоугольного сечения гидрометрические вертушки устанавливают на скользящей штанге.
Скользящую штангу, состоящую из одного или двух рядов гидрометрических вертушек, перемещают так, чтобы вертушки последовательно занимали все измерительные вертикали или горизонтали измерительного сечения. При равномерном перемещении скользящей штанги непосредственно измеряют среднюю скорость на всех вертикалях или горизонталях измерительного сечения. Линейная скорость вращения или перемещения не должна превышать 5% средней скорости потока.
4.2.4. Параллельный и интеграционный способы измерений применяют только с гидрометрическими вертушками.
4.3. Проведение измерений
4.3.1. Размеры поперечного сечения трубопровода измеряют в последовательности, приведенной ниже.
В трубопроводах круглого сечения внутренний диаметр измеряют не менее четырех раз с приблизительно равными углами между измеряемыми диаметрами. Если разность между двумя измерениями диаметра оказывается более 0,5%, число измерений удваивают.
Диаметр трубопровода принимают равным среднему арифметическому значению этих измерений.
В трубопроводах прямоугольного сечения ширину и высоту измеряют на каждой измерительной горизонтали и вертикали. Если разность между двумя измерениями более 1%, то число измерений удваивают. Ширину и высоту трубопровода принимают равными среднему арифметическому значению этих измерений. Внутренние размеры трубопровода измеряют нутромером. Допускается определять площадь измерительного сечения измерением наружного периметра трубопровода и толщины стенки трубы.
4.4. Контрольные измерения
Контрольные измерения выполняют перед проведением основных измерений или параллельно с ними для установления соответствия режима потока в измерительном сечении требованиям настоящего стандарта и определения времени измерений.
4.4.1. Для контроля стационарности потока должна быть предусмотрена контрольная точка измерений в центре измерительного сечения. В этой точке рекомендуют устанавливать измерительный преобразователь самопишущего средства измерений с возможно более высокой чувствительностью. Если график местной скорости в функции времени за время выполнения измерений во всех точках измерительного сечения не выходит за пределы ±1%, то поток считают стационарным. Если местная скорость изменяется более чем на 1%, то необходима коррекция на медленные колебания скорости (см. п.6.5).
4.4.2. Равномерность распределения скоростей проверяют при помощи построения профиля скоростей по данным измерений местных скоростей на горизонтали, проходящей через центр измерительного сечения, при нескольких значениях расхода в рабочем диапазоне его измерений. Если профиль скоростей симметричен относительно оси трубопровода, типичен для турбулентного потока, не изменяется при изменении расхода, а поток параллельноструйный, то поле скоростей считают равномерным.
4.4.3. Поток считают параллельноструйным, если выходной сигнал гидрометрической вертушки максимальный, а трубки Пито минимальный при ориентации их осей в направлении, параллельном оси трубопровода в пределах ±5°.
4.4.4. Контроль уровня турбулентности
Для косвенной оценки уровня турбулентности при измерениях гидрометрическими вертушками допускается использовать эмпирическую зависимость
4.4.5. Время измерений местной скорости гидрометрической вертушкой
4.4.6. Время измерений местной скорости при параллельном способе
4.4.7. Время измерений местной скорости трубкой Пито
р.
4.5. Измерение местной скорости потока
Для определения местной скорости потока измеряют среднюю частоту следования импульсов с гидрометрической вертушкой или среднюю разность уровней дифференциального манометра, соединенного с трубкой Пито.
.
Плотность жидкости должна быть измерена с погрешностью ±0,5% при 95%-ной доверительной вероятности.
Результат измерений дифференциального давления должен соответствовать среднему по времени его значению в данной точке пульсирующего потока. Это достигается путем введения демпфера в дифференциальный манометр или снятием нескольких отсчетов по дифференциальному манометру через неравные промежутки времени. Число отсчетов считают достаточным, если отбрасывание любого из них (выпадающие отсчеты должны быть отброшены) не изменяет среднее арифметическое отсчетов более чем на 1%.
Если постоянная времени демпфера обеспечивает сглаживание пульсаций так, что пульсации уровней в дифференциальном манометре не превышают ±2% среднего значения за время, равное десяти периодам пульсаций (десяти минимумам или максимумам, которые можно обнаружить), то допускается снимать один отсчет по дифференциальному манометру, визуально усреднив его показания.
Местную скорость потока находят по градуировочному уравнению трубки Пито
Если местная скорость в контрольной точке медленно изменяется во времени, необходимо фиксировать время отсчета в каждой точке измерений (см. п.6.5), что позволит скорректировать эти изменения.
4.5.3. Измерение местной скорости потока параллельным способом
Местную скорость измеряют стационарной батареей. Электрические импульсы с гидрометрических вертушек и время регистрируют на многоперьевом хронографе.
Местную скорость определяют так же, как и в п.4.5.1.
4.5.4. Измерение местной скорости потока интеграционным способом
При этом способе непосредственно измеряют средние скорости на окружностях круглого измерительного сечения, горизонталях или вертикалях прямоугольного измерительного сечения равномерным вращением или перемещением штанги с гидрометрическими вертушками в измерительном сечении потока. Электрические импульсы с гидрометрических вертушек и время регистрируют на хронографе.
Во избежание ошибок от угла наклона кажущейся скорости к оси вертушек рекомендуется проверять измерения, выполненные непрерывным интегрированием, изменяя направление движения вращающейся или скользящей штанги.
Среднюю скорость на горизонтали или вертикали определяют за время опускания и подъема штанги. При этом время измерений должно быть установлено по п.4.5.3.
4.5.5. При определении плотности воды измеряют ее статическую температуру термометром в точке потока, отстоящей от стенки на расстоянии 0,75 радиуса трубопровода и по таблице стандартных справочных данных ГСССД 2-77 "Вода. Плотность при атмосферном давлении и температурах от 0 до 100 ° С" определяют плотность.
5. ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ ИЗМЕРЕНИЙ
5.1. Общие положения
При обработке результатов измерений вычисляют среднюю скорость потока и расход воды по данным измерений местных скоростей и поперечных размеров трубопровода.
Среднюю скорость вычисляют интегрированием поля местных скоростей, заданного в виде профилей скорости в сечении потока.
Как правило, точки измерений располагают так, чтобы разделить поперечное сечение потока на участки с приблизительно равными расходами. Все точки измерений в этом случае имеют приблизительно равный вес (значимость). Положение точек измерений зависит также от метода вычисления расхода.
При выборе числа и положения точек измерений следует соблюдать требования п.3.3.1.
5.2. Вычисление средней скорости графическим интегрированием поля местных скоростей
5.2.1. Круглое сечение
На черт. 1 показано расположение точек измерений в измерительном сечении круглого трубопровода в зависимости от числа точек измерений на радиусе. В табл. 1 приведены относительные длины радиусов измерительных окружностей при числе точек измерений на радиусе от 3 до 8.
Черт. 1
Таблица 1
|
|
|
|
|
|
|
|
Число точек | Относительная длина радиуса измерительной окружности | ||||||
измерений на радиусе |  |  |  |  |  |  |  |
3 | 0,816 | 0,577 | - | - | - | - | - |
4 | 0,866 | 0,707 | 0,500 | - | - | - | - |
5 | 0,894 | 0,775 | 0,632 | 0,447 | - | - | - |
6 | 0,912 | 0,816 | 0,707 | 0,577 | 0,408 | - | - |
7 | 0,926 | 0,845 | 0,756 | 0,655 | 0,535 | 0,378 | - |
8 | 0,936 | 0,866 | 0,791 | 0,707 | 0,613 | 0,500 | 0,354 |
Среднюю скорость потока определяют суммой двух интегралов
(Поправка. ИУС N 12-82).
Для получения доступа к полной версии без ограничений вы можете выбрать подходящий тариф или активировать демо-доступ.