Клапан вентури принцип работы

Внешний вид трубки Вентури

Принцип работы

Устройство трубки Вентури представляет собой несколько элементов:

1. Диффузор. Это сужающая часть устройства. Здесь поток воздуха или жидкости сжимается с увеличением потенциальной энергии потока. Потенциальная энергия газа или жидкости выражается давлением. То есть в результате прохождения через диффузор происходит увеличение давления потока.
2. Узкий в сравнении с диаметром основного трубопровода цилиндр. Этот отрезок позволяет производить манипуляции с суженным в сечении потоком. Такой поток обладает меньшей скоростью и большей потенциальной энергии в сравнении с остальным трубопроводом.
3. Инфузор. Расширяющийся раструб, который позволяет потоку воздуха плавно восстановить свои изначальные параметры для дальнейшей подачи в сеть.
4. Цилиндр–переходник такого же сечения, что и основной трубопровод. Эта часть трубки Вентури служит переходником конца трубки и трубопровода.

Преимущества

Основное преимущество трубки Вентури – плавное изменение параметров потока: скорости и потенциального давления. В результате при замерах получаются приближенные к реальности значения. Любой другой измеритель подобного типа в процессе преобразования потока, изменил бы и режим движения жидкости или газа с ламинарного на турбулентный.

Ламинарный режим подразумевает плавное течение потоков жидкости или газа. Внутренние слои струи или потока в таком случае не перемешиваются между собой. Тогда как турбулентный поток представляет собой огромное количество разнонаправленных завихрений с постоянным перемешиванием жидкости или газа. И ламинарный, и турбулентный режим предполагает движение в одном направлении.

Но смена процесса прохождения газа ведет к изменению давления и скорости по непредсказуемым законам. Поэтому трубка Вентури обрела огромную популярность среди гидравлических измерительных приборов.

В гидравлике не разделяют жидкость и газ. Фактически различие между двумя этими средами сводится к разной плотности. Основные законы поведения потока воздуха и жидкости совпадают. Поэтому в университетах изучают вентиляцию, отопление и водоснабжение на одной или смежных специальностях.

Недостатки

Единственным, но огромным недостатком трубки вентури является ее габариты. Уместить в ладонь трубку вентури, необходимую для измерений можно. Но система, для которой подойдет такой прибор будет слишком мала. А замеру требуется производить в первую очередь в реальных условиях.

То же касается и большей части других сфер применения трубки вентури. Наиболее огромные устройства требуются для проведения аэродинамических испытаний вентиляционного оборудования.

Сферы использования

Разберем в подробности принципы работы трубки Вентури в каждой отдельной сфере жизни общества.

Аспирация

Аспирацией называют процесс отчистки воздуха от пыли перед выбросом в атмосферу. Удаление неочищенного воздуха ведет к серьезному ухудшению экологической обстановки, увеличивает вероятность пожара, создает смог. Поэтому перед выбросом воздуха его стараются максимально отчистить от загрязнений, в том числе и от твердых частиц, то есть пыли.

Трубка вентури в этом плане хороша возможностью тонкой отчистки от огромного числа подвидов пыли. Пыль в вентиляции разделяется на виды. И крайне цениться оборудование, которое может убирать большой перечень загрязнений, например: неорганическую пыль, органическую от муки, табака и так далее. К тому же, редко какое устройство способно отчистить воздух от мелких фракций.

Все эти преимущества характерны для трубки вентури. Однако, существует огромный недостаток, из-за которого куда чаще применяются другие устройства: циклоны. В силу своего устройства трубка Вентури способна без недостатков для основной системы замедлить, а потом снова ускорить поток воздуха.

В середине устройства при этом на мгновение происходить зависание твердых частиц, которые парят под действием силы инерции. После несколько мгновений частицы будут падать, пока поток воздуха вновь их не подхватит.

Во время зависания пыль легко поддается отделению от основного потока воздуха. Но устройство трубки вентури позволяет сделать это только с помощью противоположно направленного потока воды. В верхней части трубки устанавливают форсунки, распыляющие жидкость. Любое использование воды в системах аспирации связано с достаточно большими расходами: на насосы, на дополнительное оборудование и саму воду. Поэтому трубку Вентури как часть системы отчистки используют крайне редко.

Схема применения трубки Вентури в системах аспирации

Эжекция

Эжекцией называют процесс смешения двух сред, при этом одна из сред находится под давлением и увлекает с собой другую. Для того, чтобы использовать трубку вентури в эжекторе, в центральную часть вставляют узкий раструб, через который подается поток от вентилятора. Зачем это нужно? Так получается передвигать загрязненную воздушную среду без соприкосновения рабочего вещества с лопастями вентилятора.

В результате перемещения воздуха, создается разность давлений. Воздух перемещается. Зачем такие сложности? Во время работы вентилятора так или иначе соприкасаются между собой металлические части устройства. Это служит причиной появления искры. В случае удаления лековоспламеняемых веществ системами вентиляции, одна искра может стать причиной катастрофы.

Благодаря эжектору работают и системы пневмотранспорта. Наиболее банальный пример такой системы: воздушная почта в банках и офисах, которая мгновенно доставляет записки на другие этажи здания. Но у системы есть множество вариантов применения: например, схожим образом перемещают муку в пекарнях, на элеваторах и мельницах.

Схема Эжектора с трубкой Вентури

Подача удобрений

Самый простой вариант использования устройства: подача удобрений. Это маленький аналог трубки вентури на шланг, который позволяет смешивать удобрение с водой прямо в шланге. Принцип работы трубки вентури тот же, что и в эжекторе.

Измерение параметров потока воздуха

Измерение потоков воздуха происходит с помощью двух манометров: один устанавливается до входа в центральный цилиндр, другой в самом цилиндре. Таким образом происходит отбор большого и малого давления. Под двум величинам с применением специальной формулы можно узнать расход жидкости или газа.

В реальных условиях манометры устанавливаются у фланцев, которыми соединяются отдельно взятые части системы. Использовать литую трубку Вентури для измерения невозможно. Так получилось, что изначально лабораторная установка нашла множество применений в реальной жизни: от вентиляции и научных замеров до банальной подачи удобрений.

Вот некоторые способы того, как работает трубка вентури.

Трубка Вентури (труба Вентури, расходомер Вентури) — устройство для измерения расхода или скорости потока газов и жидкостей, представляющее собой трубу с горловиной, включаемую в разрыв трубопровода. Имеет наименьшие потери давления среди сужающих поток расходомеров. Названа по имени итальянского учёного Дж. Вентури.

Содержание

Принцип действия [ править | править код ]

В основе принципа действия трубки Вентури лежит эффект Вентури — явление уменьшения давления в потоке жидкости или газа, когда этот поток проходит через суженный участок трубы, что, в свою очередь, является прямым следствием действия закона Бернулли.

Конструкция [ править | править код ]

Трубка Вентури состоит из входного конуса конфузора (2), горловины (3) и диффузора (4). Для выравнивания давления на периферии горловина и входной конус имеют кольцевые усредняющие камеры (1), в нижней части которых устанавливают приспособления для спуска жидкости. Если конечный диаметр диффузора меньше диаметра трубопровода, то труба называется короткой, если равен — длинной. Отводы от трубы подключают к дифференциальному манометру. Расход определяется выражением:

Q = C A 2 1 − ( A 2 A 1 ) 2 2 P 1 − P 2 ρ , <displaystyle Q=<frac <2>><sqrt <1-left(<frac <2>><1>>>
ight)^<2>>>><sqrt <2<frac <1>-P_<2>><
ho >>>>,>

Q — объемный расход жидкости,

C — экспериментальный коэффициент, отражающий потери внутри расходомера,

A₁ и A₂— площади сечения трубопровода и горловины соответственно,

ρ — плотность жидкости или газа,

P₁ и P₂ — статические давления на входе трубы и в горловине.

В случае измерения расхода газа в выражение вводят коэффициент сжимаемости газа.

Материалы для изготовления трубки Вентури [ править | править код ]

Суживающее устройство должно быть изготовлено из коррозионно-эрозионно-стойкого по отношению к среде материала, температурный коэффициент линейного расширения которого известен в диапазоне изменения температуры среды. Наибольшее распространение приобрели нержавеющие стали. К их числу относятся стали марок 14Х17, 10Х23Н13 и 12Х18Н10Т.

Применение [ править | править код ]

Применяется в трубопроводах диаметром от 50 до 1200 мм, при этом отношение сечений горловины и трубопровода должно лежать в пределах от 0,1 до 0,6. Применяется при числах Рейнольдса свыше 2⋅10 4 . Потери напора при использовании трубы Вентури составляют от 5 до 20 %, погрешность измерения в диапазоне 2—10 %.

Трубка Вентури в скоростных газоочистителях [ править | править код ]

Скоростные газопромыватели используются, главным образом, для очистки газов от микронной и субмикронной пыли. Принцип действия этих аппаратов базируется на интенсивном дроблении газовым потоком, движущимся с большой скоростью (обычно около 60…150 м/с, но может доходить и до 430 м/с), орошаемой жидкости. Осаждению частичек пыли на капельках жидкости способствует турбулентность газового потока и высокие относительные скорости между уловленными частичками пыли и капельками.

Наиболее распространённым аппаратом этого класса является скруббер Вентури, являющийся наиболее эффективным из влажных пылеуловителей, используемых в промышленности. Основная часть скруббера Вентури, с целью снижения гидравлических потерь, выполняется в виде трубы Вентури.

Трубка Вентури в инжекторных системах [ править | править код ]

Инжектор — вид струйного насоса для сжатия газов и паров, а также нагнетания жидкости. Инжектором жидкость, газ или пар нагнетается в ёмкости с повышенным давлением.

Принцип работы инжекторов основан на преобразовании кинетической и тепловой энергии рабочего потока в потенциальную энергию смешанного (рабочего и инжектируемого) потока.

По неизвестным причинам в 20 веке появился омоним — принцип действия дозатора-инжектора системы подачи топлива двигателей внутреннего сгорания не имеет ничего общего с (инжектором — струйным насосом — повышение давления воздуха на впуске в ДВС по причине нагнетания воздуха факелом распыла топливного инжектора в значимых величинах отсутствует (по причине отсутствия во впускном коллекторе ДВС характерных для струйного насоса-инжектора конических форм вокруг факела распыла, по причине 15 кратной разницы в весе топлива и воздуха в типичном ДВС на углеводородах, по причине незначительного давления топлива перед дозатором-инжектором) и не является целью применения топливного дозатора-инжектора вместо карбюратора (непосредственно использующем для подъёма топлива из поплавковой камеры эжекцию — вид струйного насоса). Струйный насос используется для подачи питательной воды в паровые котлы, для приготовления и подачи химических растворов в системах орошения и внесения удобрений.

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

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

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

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

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

Классификация труб Вентури

Классификация может осуществляться по виду входного конуса.

Таким образом можно различать следующие виды:

с литой конической частью необработанной — изготавливаются путем литья конуса в песочную форму или иными, похожими методами, после которых обработка конической части измерительного прибора не предусматривается. Обработка осуществляется лишь горловины и закругления, находящегося между коническими и цилиндрическими элементами.

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

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

Трубы Вентури служат для измерения расхода различных жидкостей и газа.

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

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

↑

Области применения измерительного прибора

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

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

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

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

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