Методика расчета диафрагмы для измерения расхода сухого газа и пара. Мир водоснабжения и канализации Коэффициенты и вычисляют по формуле
Приводимые далее расчетные формулы (равно как и методы расчета) справедливы для любых сужающих устройств, и в том числе, для стандартных диафрагм и сопел, но, разумеется, числовые значения коэффициентов расхода и поправочных множителей на изменение плотности газа и пара будут различны для разных сужающих устройств.
Учитывая, что площадь круглого отверстия сужающего устройства F 0 = d 2 /4 и p = p 1 - p 2 , а также производя соответствующую подстановку в формулы расхода (1),(2), получим значения Q м и Q о в виде:
где p измеряются в паскалях.
В большинстве технических расчетов применяют не секундный, а часовой расход. Измерять же диаметр d удобнее в миллиметрах, а не метрах.
С учетом вышеизложенного получим следующие выражения для Q м (кг/ч) и Q о (м 3 /ч):
(3)
Погрешности измерения расхода с помощью диафрагм и сопел
Уравнения расхода, например (3), содержат пять множителей , , 1/2 , p 1/2 , d 2 , от погрешностей которых зависит погрешность измерения расхода Q м или Q о. Имеются в виду случайные погрешности перечисленных величин. Систематические погрешности должны быть устранены или же учтены соответствующими поправками. Если были бы известны средние квадратические случайные погрешности , , d , , p , то на основании закона сложения средних погрешностей можно записать
В общем случае погрешность коэффициента расхода надо определять по формуле (5):
В формуле (5) через и обозначена исходная погрешность а, которой оценивается достоверность коэффициента .
где D- диаметр трубы;
d - диаметр диафрагмы;
m - относительная площадь сужающего устройства.
Согласно стандарту ИСО 5167 для диафрагм с угловым и фланцевыми отборами и = 0,3 % при т < 0,36 и и = 0,5% при т > 0,36. Для сопел и = 0,4 % при т < 0,36 и и = % при т > 0,36. В правилах РД 50-213-80 для сопел и = 0,3 % при т 0,25 и и = % при m > 0,25.
Если при определении т допущена погрешность из-за неточного измерения значений d и D , то возникает дополнительная погрешность m коэффициента , которую можно определить, исходя из формул (6) и (7) и зная погрешности d и D .
(6)
(7)
откуда для диафрагм
(8)
и для сопел
(9)
Значения d и D зависят от точности измерения d и D. Максимальная погрешность измерения d находится в пределах от 0,02 до 0,1%. Соответственно d будет изменяться от 0,01 до 0,05%.
Погрешность измерения перепада давления p или, иначе говоря, погрешность дифманометра будет определяться разными формулами, которые зависят от того, отнесен ли класс точности S дифманометра (т. е. основная погрешность показаний прибора в процентах) к верхнему пределу измерения разности давлений S p или же к верхнему пределу измерения расхода S Q Эти формулы имеют вид:
Согласно ГОСТ 18140-84 дифманометры, предназначенные для работы в комплекте с сужающими устройствами, имеют класс S Q отнесенный к верхнему пределу измерения расхода. Обычно S Q =(0,51,5)%. /1/
Недостатки
Недостатком метода являются относительно большие погрешности (1- 2%), обусловленные демпфирующим действием сужающего устройства, нелинейной зависимостью между расходом и перепадом давлений, неравномерным распределением давления, износом сужающего устройства, изменением плотности вещества и др. Последняя причина особенно существенна при измерении расхода газа или пара.
При общем благополучии нашей жизни, мы страдаем от пожаров. Никакая страховка не поможет возместить нанесенный огнем ущерб, потому что моральный вред, причиненный страдальцу, не соизмерим. Поэтому, при постройке жилых комплексов и административных зданий, государство, в лице строительной компании, старается возможными средствами самостоятельно предохранить себя от случайного огня.
С этой целью в определенных нормативами местах устанавливаются пожарные краны - запорные клапаны в комплекте с соединительной головкой и рукавом пожарным с ручным стволом.
При приведении пожарного крана в рабочее состояние на выходе клапана устанавливают диафрагму (шайба из латуни или нержавеющей стали, толщиной 3 мм, с отверстием посередине). ДиафрагмА пожарного крана служит для снижения избыточного давления в системах противопожарного водопровода.
Диаметр диафрагмы пожарного крана
По нормативам условный проход пожарных кранов, устанавливаемых в зданиях и сооружениях составляет 50 и 70 мм, поэтому стандартный внешний диаметр диафрагмы соответственно: 50 и 65 мм.
Установка диафрагмы пожарного крана
Для возможности соединения пожарного оборудования вместе используют соединительные головки, изготовленные из алюминия. Экономия времени при пожаре обязательна, поэтому головки сконструированы именно таким образом: быстро смыкаемые, просты в обращении и надежны. Для работы с напорным оборудованием, в зависимости от выхода запорного клапана, имеется два вида головок: муфтовые и цапковые.
Головки муфтовые соединяют запорный клапан с напорным пожарным рукавом. Их название соответствует виду. Они цилиндрической формы с внутренней резьбой. Диафрагма при этом кладется внутрь головки. Головка накручивается на клапан сверху и удерживает диафрагму в перпендикулярном положении.
Головка цапковая выполняет те же функции, но имеет другое устройство. Она также цилиндрической формы, но резьба у нее не внутри, а снаружи. При этом диафрагму кладут внутрь головки и фиксируют стопорным кольцом. Затем головка цапковая вкручивается в клапан.
Принцип действия диафрагмы пожарного крана
Любая постройка различной этажности предполагает установку множества пожарных кранов, каждый из которых может быть снабжен не одним напорным рукавом. Вся система должна работать стабильно и отлажено. То есть при тушении одновременно нескольких очагов возгорания в здании, вода должна быть распределена равномерно в зависимости от высоты.
Давление воды во противопожарном водопроводе на каждом этаже должно быть примерно одинаковым и сравнимым. Стабильный напор воды должен позволять тушить очаги как на первом, так и на этажах выше.
Именно в этих целях используют диафрагмы пожарных кранов. Установленная диафрагма, ограничивая бесконтрольный объем выхода воды из водопровода, предупреждает перепад давления в системе и снижает избыточное. На всех этажах здания напор воды у пожарных кранов регулируется диафрагмами. Водопровод будет работать везде, что позволит ликвидировать все очаги возгорания.
Внутренний диаметр диафрагмы пожарного крана
Установка диафрагм регулируется нормативной документацией. Согласно своду правил в здании устанавливается необходимое количество пожарных кранов. В имеющейся таблице документально указан расход воды. Из этих расчетов и данных допускается установка диафрагм на 3-4 этажа постройки с одним и тем же диаметром отверстия.
Нормы давления воды у клапана в здании рассчитывается в соответствии с площадью помещения, а также длиной, шириной и высотой до самой дальней точки перекрытия. В производственных зданиях - до 50 метров. Руководствуясь этими подсчетами рассчитывают внутренний диаметр диафрагмы, то есть размер отверстия.
Для этого применяется старая поверенная номограмма 1985 года.
Для определения нужного диаметра:
На левой вертикальной оси на номограмме отмечаем в метрах избыточный напор, ставим точку;
На правой вертикальной оси устанавливаем значение напора воды, которое требуется, измеренное в лошадиных силах, ставим точку;
Соединяя эти две крайние точки линией, на пересечении средней линии находим нужное значение;
Средняя шкала оцифрована с обеих сторон, с левой стороны указываются значения для клапана пожарного крана ду50;
Если диафрагма идет для клапана ду70, берем значение с правой стороны центральной оси;
Искомое значение получается в миллиметрах, с погрешностью 0,5 миллиметра.
Преимущества диафрагмы пожарного крана
Преимуществом диафрагмы является универсальность ее назначения, это довольно простой способ регулировки давления в внутреннем пожарном водопроводе.
Недостатки диафрагмы пожарного крана
Нужные размеры внутреннего диаметра диафрагмы подсчитываются довольно неточно, с большой погрешностью.
Насосы К 20/18а создают напор в сетях, превышающий максимально допустимый
45 м п.6.7 на 5 м, насосы К 45/30 – на 20 м.
Для снижения гидростатического напора у пожарных кранов на 1–7 этажах предусматриваем установку диафрагм.
Пожарные краны на 1-м этаже расположены на высоте 2,35 м от поверхности земли, а каждый вышерасположенный на 2,8 м выше нижерасположенного. Величины избыточного гидростатического напора у пожарных кранов равны разности величины превышения напора в сети и геометрической высоты расположения кранов. Диаметр отверстия диафрагм определяем по номограмме черт. 5 . Диафрагмы устанавливают между соединительными головками и пожарными кранами.
Результаты расчета приведены в таблице 9.
|
Таблица 9. Расчет диаметров отверстий диафрагм |
||||||||
|
Номер этажа |
Величина избыточного напора у ПК и подводок, Нср, м |
Диаметр отверстия диафрагмы, мм |
||||||
|
Хоз-питьевой водопровод |
||||||||
|
5 - 2,35 = 2,65 | ||||||||
|
Хоз-противо-пожарный водопровод |
||||||||
|
Горячий водопровод |
||||||||
Для снижения избыточного гидростатического напора в сети горячего водопровода у водоразборных приборов на 1–7 этажах, в соответствии с рекомендациями п.10.9 , предусматриваем установку регуляторов давления КФРД-10-2,0 на подводках в квартиры. Давление после регулятора равно 0,05 МПа (5 м).
5. Расчет и проектирование канализации
При проектировании внутренней канализации зданий руководствуются требованиями . В жилом доме проектируем хозяйственно-бытовую канализацию для отвода сточных вод от моек, умывальников, ванн, унитазов, установленных на кухнях и в ванных комнатах. Диаметры отводных труб от санитарных приборов назначаются не менее приведенных в приложении 2 . Трубы прокладываем с уклоном 0,03 при диаметре условного прохода
50 мм и 0,02 при 100 мм. Диаметр стояка назначаем не менее наибольшего диаметра присоединяемых к нему отводных труб и проверяем на пропуск расчетного расхода п.18.5 .
Максимальный секундный расход сточных вод q s , л/с, определяется согласно п.3.5 по формулам
а) при общем максимальном секундном расходе воды в здании или сооружении q tot 8 л/с
б) при q tot 8 л/с
,
л/с.
Величину
– расхода стоков от санитарно-технического
прибора, л/с, принимают согласно
приложению 2 . В качестве расчетного
принимается прибор с наибольшим
водоотведением.
Диаметр выпуска в соответствии с п. 17.29 назначаем не менее наибольшего диаметра присоединяемых к нему стояков.
Для проектируемого жилого дома предусматриваем устройство внутренней канализационной сети (отводные трубы и стояки), а также участков, прокладываемых в подвале, и выпусков из полиэтиленовых труб низкого давления ПНД по ГОСТ 22689.2-89 диаметром 50 мм и 110мм для отводных труб, 110 мм – для стояков.
Расчет канализационных трубопроводов следует производить, согласно п.18.2 , назначая скорость движения жидкости V, м/с, и наполнение H/d таким образом, чтобы было выполнено условие
,
принимая К = 0,5 – для трубопроводов из пластмассовых.
При этом скорость движения жидкости должна быть не менее 0,7 м/с, а наполнение трубопроводов – не менее 0,3.
Назначенные диаметры труб проверяем на пропуск расчетных расходов гидравлическим расчетом.
Общий максимальный секундный расход q tot = 4,05 л/с* (таблица 1), т.е. меньше
8 л/с. Поэтому расчетный расход сточных вод определяем по формуле
,
л/с.
Январь 22 2018
Выбор диафрагм
1. Общее понятие диафрагм
Диафрагма представляет собой шайбу с определенным диаметром отверстия. Диафрагмы увеличивают сопротивление пожарного крана, вследствие чего расход воды через него уменьшается. Диаметр диафрагм подбирают таким образом, чтобы все пожарные краны обеспечивали расход воды, близкий к расчетному значению независимо от высоты здания.
2.Расчет диафрагм
Диаметр отверстия диафрагмы в зависимости от проходного диаметра клапан пожарного крана, давления и расхода определяется расчетным методом или по номограмме.
2.1.Расчетный метод определения диаметра диафрагм
Диаметр диафрагмы d определяется следующим образом:
d 2 /D 2 =F/F пк или d=D*(F/F пк) 0.5
Q=10*μ*F*(2*g*P) 0.5 ; Q н =Q в *(P н /P в) 0.5
по формуле Дарси-Вейсбаха:
ΔР=Р н -Р в =ε*V 2 /(200*g);
из формулы поучаем ε=200*g*ΔР/V 2
V=Q/F пк,
где D — проходной диаметр клапана пожарного крана; F, F пк — площадь проходного отверстия соответственно диафрагмы и клапана пожарного крана; Q н, Q в — расход соответственно через диафрагму и клапан пожарного крана; ΔР — разница давлений расположения наинизшего и наивысшего клапанов пожарных кранов; P н, P в — давление соответственно наинизшего и наивысшего клапанов пожарных кранов; ε — коэффициент сопротивления диафрагмы; V — скорость водяного потока через клапан.
Таблица 1. Взаимосвязь между коэффициентом сопротивления диафрагмы и соотношением площади проходного отверстия диафрагмы и клапана пожарного крана.
| показатель | значение | ||||||
| коэффициент сопротивления диафрагмы, ε | 226,0 | 43,8 | 17,5 | 7,8 | 3,75 | 1,8 | 0,8 |
| соотношение F/F пк | 0,1 | 0,2 | 0,3 | 0,4 | 0,5 | 0,6 | 0,7 |
2.2. Определение диаметра диафрагм по номограмме
Для определения диаметра дисковой диафрагмы по номограмме (рисунок 1) на левой линейке (Р) отмечают точку, соответствующую максимальному значению давления на клапане пожарного крана, а на правой линейке (q) отмечают точку, соответствующую требуемому или расчетному расходу. Через эти точки проводится прямая. Точка пересечения этой прямой со средней линейкой (Ø50-70) и будет искомым значением диаметра диафрагмы: в левой части — для диаметра клапана пожарного крана DN50, а в правой — для диаметра DN65.
Пример определения диаметра диафрагмы по номограмме:
Например, требуется определить диаметра диафрагмы для клапанов DN 50 и DN65, если давление у них составляет 0.4МПа, расход через ручной пожарный ствол составляет q=5л/с. Для решения данной задачи необходимо провести прямую, соединяющую эти два значения на номограмме. Точка пересечения этой прямой со средней линейкой (Ø50-70) и даст нужное значение диаметра диафрагмы — Ø19мм (для клапана DN65), либо Ø18.7 мм (для клапана DN50).
Рисунок 1.
Примечание: Чтобы определить численное значение давления у клапана пожарного крана в «МПа», необходимо число на левой линейке (Р) разделить на 100.
Диафрагму следует устанавливать между клапаном пожарного крана и соединительной головкой. Таким образом при отсоединении пожарного рукава от клапана диафрагма будет открыта для наблюдения и проверки диаметра отверстия. Количество диафрагм различных диаметров должно быть по возможности наименьшим. Допускается устанавливать диафрагмы с одинаковым диаметром отверстий на 3-4 этажа здания.
Диафрагма фотоаппарата является одним из трех факторов, влияющих на экспозицию. Поэтому понимание действия диафрагмы - это обязательное условие для того, чтобы делать глубокие и выразительные, правильно экспонированные фотографии. Есть как положительные, так и отрицательные стороны использования различных диафрагм, и этот урок научит вас, что они собой представляют и когда какие следует использовать.
Шаг 1 - Что такое диафрагма фотоаппарата?
Лучший способ понять, что такое диафрагма - представить ее как зрачок глаза. Чем шире открыт зрачок, тем больше света попадает на сетчатку.
Экспозицию составляют три параметра: диафрагма, выдержка и ISO. Диаметр диафрагмы регулирует количество света, поступающего к матрице, в зависимости от ситуации. Есть различные творческие варианты использования диафрагмы, но когда речь идет о свете, важно запомнить, что более широкие отверстия пропускают больше света, а более узкие меньше.
Шаг 2 - Как определяется и изменяется диафрагма?
Диафрагма определяется с помощью так называемой шкалы диафрагм. На дисплее вашей камеры вы можете увидеть F/число. Число означает, насколько широкая диафрагма, что, в свою очередь, определяет экспозицию и глубину резкости. Чем меньше число, тем шире отверстие. Это может сначала вызвать путаницу - почему малое число соответствует большей светосиле? Ответ прост и лежит в плоскости математики, но сначала вы должны узнать, что такое диафрагменный ряд или стандартная шкала диафрагм.
Диафрагменный ряд: f/1.4, f/2, f/2.8, f/4, f/5.6, f/8, f/11, f/16, f/22
Главное, что нужно знать об этих числах - то, что между этими значениями одна ступень экспозиции, то есть при переходе от меньшего значения к большему в объектив будет попадать в два раза меньше света. В современных камерах есть также и промежуточные значения диафрагмы, позволяющие более точно настроить экспозицию. Шаг настройки в этом случае равен ½ или 1/3 ступени. К примеру, между значениями f/2.8 и f/4 будут лежать значения f/3.2 и f/3.5.
Теперь о более сложных вещах. Точнее о том, почему количество света между основными значениями диафрагмы различается в два раза.
Это происходит из математических формул. Например, мы имеем объектив 50 мм с диафрагмой 2. Чтобы найти диаметр диафрагмы, мы должны разделить 50 на 2. Получится 25 мм. Радиус будет равен 12,5 мм. Формула для площади S=Пи х R 2 .
Вот несколько примеров:
50 мм объектив с диафрагмой f/2 = 25 мм. Радиус получается 12,5 мм. Площадь согласно формуле равна 490 мм 2 . Теперь посчитаем для диафрагмы f/2.8. Диаметр диафрагмы равен 17,9 мм, радиус 8,95 мм, площадь отверстия 251,6 мм 2 .
Если разделить 490 на 251, то получится не ровно два, но это только потому, что диафрагменные числа округлены до первого десятичного знака. На самом деле равенство будет точным.
Вот так реально выглядят соотношения отверстий диафрагмы.
Шаг 3 - Как диафрагма влияет на экспозицию?
С изменением размера диафрагмы изменяется и экспозиция. Чем шире диафрагма, тем сильней экспонируется матрица, тем более светлое изображение получается. Лучший способ продемонстрировать это - показать серию фотографий, где изменяется только диафрагма, а остальные параметры неизменны.
Все изображения ниже были сделаны на ISO 200, выдержка 1/400 сек, без вспышки, а изменялась только диафрагма. Значения диафрагмы: f/2, f/2.8, f/4, f/5.6, f/8, f/11, f/16, f/22.
Однако, основное свойство диафрагмы - это не управление экспозицией, а изменение глубины резкости.
Шаг 4 - Эффект глубины резкости
Глубина резкости - сама по себе обширная тема. Чтобы раскрыть ее, нужно несколько десятков страниц, но сейчас мы рассмотрим ее очень кратко. Речь идет о расстоянии, которое будет передаваться резко спереди и сзади объекта съемки.
Все, что вам действительно нужно знать, с точки зрения взаимосвязи диафрагмы и глубины резкости, это то, что чем шире диафрагма (f/1.4) тем меньше глубина резкости, а чем уже диафрагма (f/22), тем поле резкости больше. Прежде, чем я покажу вам подборку фотографий, сделанных с разной диафрагмой, посмотрите на диаграмму ниже. Она помогает понять, почему это происходит. Если вы не понимаете точно, как именно это работает, ничего страшного, пока для вас важно знать о самом эффекте.
На нижнем рисунке представлено фото, сделанное на диафрагме f/1.4. На нем ярко выражен эффект ГРИП (Глубины резко изображаемого пространства)
Наконец подборка фотографий, сделанных в приоритете диафрагмы, таким образом экспозиция остается постоянной, а меняется только диафрагма. Диафрагменный ряд такой же, как в предыдущем слайд-шоу. Обратите внимание, как меняется глубина резкости при изменении диафрагмы.
Шаг 5 - Как использовать различные диафрагмы?
Прежде всего следует помнить, что нет правил в фотографии, есть рекомендации, в том числе когда дело доходит до выбора диафрагмы. Все зависит от того, хотите ли вы применить художественный прием или максимально точно запечатлеть сцену. Чтобы легче принимать решение, привожу несколько наиболее употребляемых традиционно значений диафрагмы.
f/1.4 : превосходно для съемки в условиях низкой освещенности, но будьте осторожны, при таком значении очень маленькая ГРИП. Лучше всего применять для небольших объектов или для создания эффекта мягкого фокуса
f/2 : Использование то же самое, но объектив с такой диафрагмой может стоить одну треть от объектива с диафрагмой 1,4
f/2.8 : Также хорошо применять в условиях низкой освещенности. Лучше всего применяется для съемки портретов, так как глубина резкости больше и в нее попадет все лицо, а не только глаза. Хорошие зум-объективы как правило имеют это значение диафрагмы.
f/4 : Это минимальная диафрагма, используемая для съемки человека при достаточном освещении. Диафрагма может ограничивать работу автофокуса, поэтому вы рискуете промахнуться на открытой диафрагме.
f/5.6 : Хорошо использовать для фотографии 2-х человек, но для низкой освещенности лучше использовать подсветку вспышкой.
f/8 : Используется для больших групп, так как гарантирует достаточную глубину резкости.
f/11 : На этом значении большинство объективов имеют максимальную резкость, так что это хорошо для портретов
f/16 : Хорошее значение при съемке на ярком солнечном свете. Большая глубина резкости.
f/22 : Подходит для съемки пейзажей, где не требуется внимания к деталям на переднем плане.
