Главная страница
Образовательный портал Как узнать результаты егэ Стихи про летний лагерь 3агадки для детей
qrcode

Метрология - копия. Расчёт сужающего устройства при измерении расхода вещества


НазваниеРасчёт сужающего устройства при измерении расхода вещества
АнкорМетрология - копия.doc
Дата13.01.2017
Размер0.52 Mb.
Формат файлаdoc
Имя файлаMetrologia_-_kopia.doc
ТипПояснительная записка
#3883
КаталогОбразовательный портал Как узнать результаты егэ Стихи про летний лагерь 3агадки для детей
Образовательный портал Как узнать результаты егэ Стихи про летний лагерь 3агадки для детей

Министерство образования и науки Украины

Национальная металлургическая академия Украины

Кафедра автоматизации производственных процессов




ИНДИВИДУАЛЬНОЕ ЗАДАНИЕ
по дисциплине: Метрология, технологические измерения и приборы

Тема: Расчёт сужающего устройства при измерении расхода вещества

методом переменного перепада давления.

Вариант №9

Выполнил:

ст.гр. АВ01-09-2

Игуменов М.Н.
Проверил:

Шибакинский В.И.

Днепропетровск 2011

1. Содержание работы.

Работа включает в себя пояснительную записку и графическую часть .

Пояснительная записка должна отразить:

- общие сведения об измерении расхода вещества;

- сущность метода переменного перепада давления;

- основные достоинства и недостатки метода;

- расчёт сужающего устройства (диафрагмы) с применением ПЭВМ;

- алгоритм расчёта диафрагмы и его описания;

- выбор 4омплекта аппаратуры для реализации метода переменного перепада давления и краткую характеристики выбранной аппаратуры;

- результаты расчёта.
Графическая часть должна содержать сборочный чертёж диафрагмы, функциональную схему измерения расхода газа (жидкости) и принципиальную схему измерений расходомерного комплекта.
2. Оформление пояснительной записки.

В соответствии с заданием (приложение) оформляется лист исходные данные, в котором указываются:

Общие данные:

1. завод;

2. цех;

3. агрегат;

4. объект измерения;

5. среднее барометрическое давление местности (Рб, Па).

Трубопровод:

1. внутренний диаметр (Д, мм);

2. материал трубопровода;

3. чертёж участка установки сужающего устройства (длины прямых участков);

Измеряемая среда;

1. наименование;

2. часовой расход: максимальный Qomax (Qмmax); средний Qоср (Qмср); минимальный Qomin (Qмmin, м /ч);

3. средняя температура (t, C);

4. среднее избыточное давление (Ри, Па).
5. допустимая потеря давления (Pпд, Па)

6. для газов:

- средний химический состав, %(объем);

- относительная влажность (’, %);

- плотность в нормальных условиях (’н, кг/м);

7. для жидкостей (кроме воды):

- плотность в нормальных условиях при t=20, P=101325 Па (’н, кг/м);

Вязкость при температуре С и давлении Па (, кг/сек).

2.2. Для расчета на ПЭВМ определяются дополнительные данные в виде расчетного листа, в котором приводятся:

Объемный расход газа, приведенный к нормальному состоянию Qном, м/ч

(20, 101325 Па )

, м/ч
Расчет диафрагмы для расхода сжатых газов.

А. – сужающее устройство.

1. Тип (диафрагма (камерная типа ДК));

2. Материал сужающего устройства;

3. Поправочный коэффициент на тепловое расширение K’t=

Б. – трубопровод.

1. Материал трубопровода;

2. Поправочный коэффициент на тепловое расширение K’’t=

3. Внутренний диаметр D= D * K’t, мм

В. – измеряемая среда

1. Название газа;

2. Расчетные расходы, м/ч

- Максимальный – Q(верхний предел измерения по прибору);

- Средний – Q

- Минимальный -- Q

3. Средняя температура. Т=t+273, K

4. Среднее абсолютное давление Р=Р+ P, Па

5. Расчетная допустимая потеря давления, Па

Р=Р’( Q/ Qном), где

Q - расчетный максимальный расход, являющийся верхним пределом измерения дифмономета, м/ч.

6. Плотность сухого газа в нормальном состоянии, н, кг/м

7. Максимально возможное давление водяного пара при температуре t, P, Па.

8. Максимально возможная плотность водяного пара при t, , кг/м.

9. Относительная влажность в долях единицы, ’.

10. Относительная влажность в рабочем состоянии



Где: - максимально возможная плотность водяного пара при t=20С и Р’=101325 Па

11. Коэффициент сжимаемости К

12. Промежуточная величина для определения



13. Плотность сухой части газа в рабочем состоянии, кг/м



14. Плотность влажного газа в рабочем состоянии, кг/м



15. Показатель адиабаты

16. Динамическая вязкость ,Па*с

17. Число Рейнольдса

Re = 0,354 ; Re= (Q/ Q)Re

Г. – дифмонометр

2.3 Пояснение к заполнению расчетного листа.

1. Расчет следует выполнить до 4-ой значащей цифры.

2. Внутренний диаметр трубопровода не менее 50 мм.

3. В качестве материала сужающего устройства для холодного воздуха нужно применять

Ст.3, Ст.20,12Х13.

4. В интервале температуры от -20 до +60 коэффициенты K’t и K’’t равны 1; в общем

случае

Kt=1+(t-20),

Для Ст.20 -- =1,38*10*К

Для Ст.12Х18Н9Т -- =1,74*10*К

5. Расчетный максимальный расход Q выбирают из ряда:

(1; 1,25; 1,6; 2; 2,5; 3,2; 4; 5; 6,3; 8)10, где

n- любое целое число или ноль.

6. Плотность воды при температуре t и давлении Р находят по специальным таблицам.

Плотность газов в нормальных условиях находят по таблице. Плотность газовых

смесей, кг/м, определяют по их химическому составу:

, где

,… - объемные доли компонентов;

,… - плотность компонентов смеси.

7. Для газов низкого давления (0,1 МПа и более) коэффициент сжимаемости К=1. Для сжатых газов (воздуха, 0, СН) величину К находят по таблице.

8. Предварительное значение предельного перепада давления не дифманометре для диафрагм определяют по номограммам. Если задана величина потери давления в сужающем устройстве, то находят точку на пересечении линий, соответствующих значениям потери давления Рпд и величине С, и принимаем по кривым ближайшее к этой точке меньшее значение перепада давления . Если потеря не лимитирована, то находят по номограмме точку пересечения значения С с линией потерь модуля m=0,2 и выбирают ближайшее к этой точке значение перепада . Одновременно с определяют предварительное значение модуля и потерю давления

2.4 Расчет сужающего устройства.
В инструкции изложена методика и приведен алгоритм расчета стандартных диафрагм.

Объемный расход, соответствующий перепаду давления на сужающем устройстве для рабочих условий определяется по формуле:
, м/ч
Массовый расход

, кг/ч

Где - коэффициент расхода;

- поправочный множитель на расширение измеряемой среды;

m—модуль диафрагмы;

d—диаметр проходного сечения диафрагмы, мм;

Д—диаметр трубопровода, мм;

--перепад давления на сужающем устройстве, Па;

-- плотность вещества в рабочих условиях, кг/м

Расход сухого газа, приведенный к нормальным условиям, определяется по формуле:

, м/ч (3)

Расход сухой части влажного газа в рабочих условиях, выраженный через расход в нормальных условиях, вычисляется по формуле:

, м/ч (4)

Где:

Р— абсолютное давление измеряемого газа, Па;

Т— температура газа,К;

— относительная влажность в рабочих условиях, в долях единицы;

— максимально-возможное давление водяного пара во влажном газе при t , Па

К—коэффициент сжимаемости газа;

Т=293 К – температура газа при нормальных условиях;

Р=101325 Па – давление газ при нормальных условиях;

или =Z – промежуточная величина для определения

При расчете диафрагмы используют следующие зависимости:

а) , где - показатель адиабаты;

б) [0,5959+0,0312m+] (6)

где Re – число Рейнольдса для расхода Q;
в) Граничное число Рейнольдса Re выбирают в зависимости от модуля m:
для 0,05 0,20 Re=5000

для 0,2 0,59 Re=10000

для 0,59 0,64 Re=20000

г) Потеря давления Р,Па

Р=(1-1,035m) , (7)

Расчет сужающего устройства заключается в определении его диаметра d при обязательном

выполнение следующих условий:

- стандартный максимальный перепад давления должен быть выбран как можно большим, так как при этом обеспечивается постоянство коэффициента расхода в широком диапазоне измеряемого расхода ();

- стандартный минимальный перепад давления должен быть выбран как можно меньшим, так как с увеличением перепада давления возрастают безвозвратные потери давления;

С учетом вышесказанного, перепад давления необходимо выбирать из условий, удовлетворяющих приведенным противоречивым требованиям. В тех случаях, когда потеря давления не лимитирована, стандартный минимальный перепад давления следует выбрать таким, чтобы m=0,2 (при этом длины прямых участков трубопроводов до и после сужающего устройства получаются минимальными).

- погрешность расчета не должна превышать 0,1%

Таким образом, результат расчета диаметра сужающего устройства считается окончательным, если

(8)

(9)



0,1 (10)

Где и - значение объемного и массового расходов, полученные в результате расчетов на ПЭВМ по формулам:

(11)

(12)

Если хотя бы одно из ограничений (2-10) не выполняется, расчет следует скорректировать.

После расчета сужающего устройства находят нижний рабочий участок шкалы дифманометра , на котором а=соnst из формулы:

=0,354 или
=0,354

Используя формулу (11), строят градуировочную характеристику шкалы дифманометра:

=f(P).

2.5. Расчет диафрагмы проводим на ПЭВМ по программе «DIA», работающей в диалоговом режиме по алгоритму. Алгоритм расчета предусматривает итерационную процедуру уточнения модуля диафрагмы при выполнении условий (8,10).

Сущность метода
Метод переменного перепада давления при измерении расхода основан на дроссилировании(сужении) потока вещества с помощью сужающего устройства.

Сущность метода состоит в образовании перепада статических давлений до и после сужающего устройства, которое функционально связано со скоростью потока вещества

v = f(P).

Перепад давления образуется за счет того, что в месте сужения кинетическая энергия потока возрастает, а потенциальная энергия уменьшается. А так как характеристикой потенциальной энергии является статическое давление, то образуется перепад давления до и после сужения.

Диафрагма (рис. 1а) есть тонкий диск, который имеет центральное отверстие. При преодолении потоком диафрагмы происходит его внезапное сужение, которое сопровождается довольно интенсивным вихреобразованием , в особенности после диафрагмы . Вихри, которые получаются перед диафрагмой, в преобладающей части выносятся потоком, поэтому потери энергии перед диафрагмой очень маленькие.(1-2%). Основная же потеря энергии потоком происходит после диафрагмы. Статическое давление измеряют непосредственно перед и после диафрагмы (рис. 1а). В измерительной технике потерю энергии на диафрагме оценивают от перепада статического давления. Для диафрагм эта величина составляет в среднем 0,4-0,5%. Главной характеристикой, как диафрагмы, так и других указанных здесь суживающих устройств, является модуль или относительная площадь , что представляет собой отношение площади наиболее узкого пересечения устройства – S к площади поперечного пересечения трубопровода - S:
=
где d - диаметр отверстия диафрагмы (устройства), м;

D- внутренний диаметр трубопровода, м.

Трату жидкости определяют по скорости в наиболее узком месте потока. Для диафрагмы расположение его однозначно неопределенно, поэтому статическое давление измеряют сразу после диафрагмы, а несоответствие его наиболее узкого пересечения потока учитывают соответствующим поправочным коэффициентом.

Внутренний диаметр корпуса диафрагмы равен (с допустимым отклонением +1%) диаметру трубопровода D .

В камерной диафрагме давление и дифманометр передаются посредством двух кольцевых уравнительных камер, расположенных в её корпусе перед и за заслонкой с отверстием, соединенных с полостью трубопровода двумя кольцевыми щелями или группой равномерно расположенных по окружности радиальных отверстий (не менее 4х с каждой стороны диска). Кольцевая камера перед диском называется «+», а за ним – «-». Наличие у диафрагмы кольцевых камер позволяет усреднить давление по окружности трубопровода, что обеспечивает более точное измерение перепада давления. Площадь аb поперечного сечения кольцевой камеры должна составлять не менее половины площади кольцевой щели или группы отверстий, площадь каждого из которых равна 12-16 мм. Толщина h внутренней стенки кольцевой камеры берется не менее двойной ширины кольцевой щели с h>2C.

Ширина С кольцевой щели и диаметр отдельного отверстия для отбора давления у камерных и бескамерных диафрагм при m<0,45 не превышает 0,03 D. Т.е. С0,03 D, d0,03 D, а при m>0,45 лежит в пределах 0,01-0,02 D. Одновременно С не должна выходить за пределы 1-10мм.

Толщина E диска диафрагмы не превышает 0,05 D. E0,05 D, отверстие в нем d-расчетная величина. Со стороны входа потока оно имеет острую входную кромку под углом 90, за которой расположена цилиндрическая часть длиной e, составляющей

0,005-0,02 D. При E>0,05 D цилиндрическая часть отверстия оканчивается на выходе потока коническим расширением под углом , равным 30-45. При m>0,5 величина e1/3E.

Точность измерения расхода при помощи диафрагмы зависит от степени остроты входной кромки отверстия, влияющей на значение коэффициента расхода . Кромка не должна иметь скруглений, заусенцев и зазубрин. При d<125мм она должна быть настолько острой, чтобы луч света не давал отражения.

Лист исходных данных
Общие данные


  1. Завод

  2. Цех

  3. Агрегат

  4. Объект измерения

  5. Среднее барометрическое давление местности =101000 Па



Трубопровод


1. Внутренний диаметр D=100мм

2. Материал 12Х18Н9Т

3. Чертеж участка установки сужающего устройства (длины прямых участков).


Измеряемая среда


  1. Наименование: вода

  2. Часовой расход:

максимальный , () = 50

средний , () = 30

минимальный , () = 15

3. Средняя температура t = 25

4. Среднее избыточное давление Ри=7кг/см2

5. Допустимая потеря давления Ри.д.=0,7кг/см2

6. Для воды: - средний хим. состав:


- плотность в н.у. = 1000 кг/м

- вязкость 0,0000877 кгС/м


Пояснение к листу исходных данных



  1. Среднее барометрическое давление

  2. Диаметр трубопровода при 20 выбирают по допустимой скорости вещества в трубопроводе. По выбранной скорости находят диаметр D=18,85,мм (1). Где - расход вещества в рабочих условиях, .

Найденную по (1) величину округляют до ближайшего стандартного значения: 50,70, 80,100,125,150,175,200,225,250,300,350,400,450,500,600,800,1000,1200,1400,1600,2000, 2400,3000,3400,4000 мм.

  1. Средний расход составляет:



Минимальный расход:



  1. Допустимая потеря давления, кПа:

- при измерении расхода жидкости, пара и сжатого газа

Р=10100 или Р= (0,050,10)Р;

- при измерении расхода газа низкого давления Р=0,50,2 или Р=(0,50,4) Р


  1. Относительная влажность газов : природного О, воздуха 60-60%; технического кислорода, доменного, коксового, смешанного газов 100%.


Расчетный лист
Объемный расход газа, приведенный к нормальному состоянию Q (20, Pб = 101325 Па).

, м/ч
А. – сужающее устройство.

1. Тип(диафрагма(камерная типа ДК));

2. Материал сужающего устройства;

3. Поправочный коэффициент на тепловое расширение K’t= 1
Б. – трубопровод.

1. Материал трубопровода 12Х18Н9Т

2. Поправочный коэффициент на тепловое расширение K’’t= 1

3. Внутренний диаметр D= D * K’t, мм
В. – измеряемая среда

1. Наименование - вода;

2. Расчетные расходы, м/ч:

- Максимальный – Q= 50 (верхний предел измерения по прибору);

- Средний – Q= 30

- Минимальный - Q= 15

3. Средняя температура Т=t+273, = 293K

4. Среднее абсолютное давление Р=10000 Па

5. Расчетная допустимая потеря давления, Па

Р=Р’( Q/ Qном), где

Q -- расчетный максимальный расход, являющийся верхним пределом измерения дифмономета, м/ч.

6. Плотность воды в нормальном состоянии, н=1000, кг/м

7. Максимально возможное давление водяного пара при температуре t=25, P, Па.

8. Максимально возможная плотность водяного пара при t=25, , кг/м.

9. Относительная влажность в долях единицы, = (для воды не берем).

10. Относительная влажность в рабочем состоянии



Где: - максимально возможная плотность водяного пара при t=25С и Р’=101325 Па

11. Коэффициент сжимаемости К = 1

12. Промежуточная величина для определения



13. Плотность сухой части газа в рабочем состоянии, кг/м



14. Плотность влажного газа в рабочем состоянии, кг/м



15. Показатель адиабаты

16. Динамическая вязкость ,Па*с

17. Число Рейнольдса

Re = 0,354 ; Re= (Q/ Q)Re

Г. – дифманометр.

Алгоритм расчета
Измерение расхода газа
1. Заполняется лист исходных данных.

2. Заполняется расчетный лист

3. Подсчитываем дополнительную величину С по формуле:
С =

- плотность среды в рабочих условиях.

4. Определяем по номограммам предварительное значение и максимальный перепад , причем < ; 630000100, Па

5. Подсчитываем коэффициент 1 по формуле:



6. Подсчитываем вспомогательную величину:

= - предельный перепад давления.

7. Вычисляем коэффициент расхода

[0,5959+0,0312m+]
8. Уточняем значение модуля m:

m=(/

9. Для получения модуля подсчитываем потерю давления:


Сравниваем с , если <, условие не выполняется, задаемся маньшим

значением Р.

10. Если условие < выполняется, то определяется значение

,соответствующее модулю m:



11. Вычисляем разность -, если |-|<0,0005, то m и считают окончательным

12. Если |-|0,0005, то вначале в зависимости от полученного m присвоенного

Re. Если < Re, то изменяем модуль. Если > Re, то снова вычисляем

вспомогательную величину ( при :

(=

13. Определяем при m.

14. Уточняем значение m:

m =(/

15. Определяем



16. Вычисляем -.

17. Если |-|, то mи окончательные.

18. По окончательному значению определяем:



19. Проверяем расчеты посредством вычисления :



20. Определяем погрешность расчета



21. Если > 0,1 , то изменяют исходные данные, включая диаметр трубы D или изменяя перепад P.

Результаты расчётов

Поправочный коэффициент материала 1

Поправочный коэффициент трубопровода 1

Диаметр 100мм

Расчётный расход 63000 кг/ч

Давление 8 кгс/см

Допустимые потери давления 1,11 кгс/см

Плотность среды в рабочем состоянии 995,60 кг/м

Корень из плотности 31,5531 кг/м

Промежуточная величина C 15,948

Число Рейнольдса 259327,25

Число Рейнольдса минимальное 20000

Максимальный перепад давления в сужающем устройстве 10745,08 кгм/м

Предельный номинальный перепад давления дифманометра 1,16 кгс/см

Потеря давления в сужающем устройстве 0,84 кгс/см

Диаметр отверстия в сужающем устройстве 49,450 мм

Коэффициент расхода 0,6291

Модуль сужающего устройства 0,2445

Погрешность расчёта -0,000000000

Функциональная схема
В графической части курсового проекта представлена функциональная схема измерения расхода газа с помощью нормальной диафрагмы с коррекцией по температуре. Коррекция по температуре необходима, т.к. с изменением температуры изменяется физические свойства среды, что, в свою очередь может вызвать погрешность в измерении расхода.

Первичным измерительным преобразователем (чувствительным элементом) для измерения расхода, установленным по месту, является диафрагма (поз. 1а), сигнал с которой поступает на тензометрический преобразователь САПФИР – 22ДД (поз. 1б), а далее на блок питания и защиты 22БПЗ (поз. 1в). С блока питания сигнал поступает на блок извлечения корня БИКІ (поз. 1г). Дальше сигнал, пропорциональный расходу, поступает на блок умножения А35 (поз. 1д). На этот же блок поступает сигнал, идущий от длительного устройства А06 (поз. 2в), здесь они перемножаются и произведение поступает на аналоговый прибор А542 (поз. 2г).

Чувствительным элементом измерения температуры является термоэлектрический преобразователь – термопара ТХА (поз. 2а). Сигнал с неё, пропорциональный температуре, поступает на нормирующий преобразователь Ш78 (поз. 2б), а далее – на делительное устройство А06 (поз. 2в). С делительного устройства по одному каналу сигнал поступает на блок умножения А35 (поз. 1д), а по другому каналу – на вторичный прибор, который установлен на щите и является аналоговым преобразователем А542 (поз 2 г). В функцию вторичного прибора - отображение и регистрация параметров измеряемых величин.
перейти в каталог файлов

Образовательный портал Как узнать результаты егэ Стихи про летний лагерь 3агадки для детей

Образовательный портал Как узнать результаты егэ Стихи про летний лагерь 3агадки для детей