Курсовая работа Сорокин А.Ю. ТТП-311. Курсовая работа По дисциплине Теплотехнические измерения Тема Измерение температуры воды в тепловой сети

• Название: Курсовая работа По дисциплине Теплотехнические измерения Тема Измерение температуры воды в тепловой сети
• Анкор: Курсовая работа Сорокин А.Ю. ТТП-311
• Дата: 27.11.2021
• Размер: 0.71 Mb.
• Имя файла: Курсовая работа Сорокин А.Ю. ТТП-311.docx
• Тип: Курсовая; #283983

МИНИСТЕРСТВО ТРАНСПОРТА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ


ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ АВТОНОМНОЕ


ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ


«РОССИЙСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ТРАНСПОРТА»








Кафедра: «Теплоэнергетика железнодорожного транспорта»




Курсовая работа


По дисциплине: «Теплотехнические измерения»


Тема: «Измерение температуры воды в тепловой сети»
















Выполнил:


Студент группы ТТП-311 – Сорокин А.Ю.


Проверил:


Доцент Иванов С.Г.


















Москва – 2020
З А Д А Н И Е № 15

на курсовую работу по дисциплине

«Теплотехнические измерения»

студенту Сорокину А.Ю.
1. Разработать измерительный канал для контроля

давления в барабане котла ДКВР-10-13

(выбрать технические средства измерения, дать их описание)

2. Выполнить расчет измерительной схемы автоматического моста КСМ-4, работающего в паре с
Термометром сопротивления ТСМ 50
Начальная отметка шкалы 0 ⁰С
Конечная отметка шкалы 200 ⁰С

Пояснительная записка должна содержать:

1. 
   Введение (краткое описание технологической установки с обоснованием выбора параметров измерительного канала контроля заданной физической величины, принципа и метода их измерения);
   
2. 
   Глава 1 (Описание преобразователей, расчет погрешности измерения.);
   
3. 
   Глава 2 (расчет измерительной схемы автоматического моста КСМ-4);
   
4. 
   Список использованной литературы.
   
5. 
   Приложение 1.(чертеж монтажа первичного преобразователя . Формат А4);
   
6. 
   Приложение 2. (чертеж измерительной схемы автоматического моста КСМ-4. Формат А4);
   

Руководитель - доцент С. Г. Иванов.

Введение
ДКВр-10-13 - вертикально-водотрубный котёл с экранированной топочной камерой и кипятильным пучком. Отличительной чертой данной схемы является боковое расположение конвективной части котла относительно топочной камеры.

Основными элементами ДКВр-10-13 являются два барабана: верхний длинный и нижний, а также экранированная топочная камера, которая разделена кирпичной стенкой на собственно топку и камеру догорания, которая позволяет повысить КПД котла за счёт снижения химического недожога. Вход газов из топки в камеру догорания и выход газов из котла асимметричные.

Стенки верхнего барабана охлаждаются потоком пароводяной смеси, выходящим из труб боковых экранов и труб передней части конвективного пучка.

Предохранительные клапаны, главный паровой вентиль или задвижка, вентили для отбора проб пара, отбора пара на собственные нужды (обдувку) располагаются на верхней образующей верхнего барабана.

Питательная труба находится в водном пространстве верхнего барабана, в паровом объеме - сепарационные устройства. В нижнем барабане размещены перфорированная труба для продувки, устройство для прогрева барабана при растопке и штуцер для спуска воды.

Для наблюдения за уровнем воды в верхнем барабане устанавливаются два указателя уровня.

Для отбора импульсов уровня воды на автоматику на переднем днище верхнего барабана установлено два штуцера.

Опускные и пароотводящие трубы привариваются к коллекторам и барабанам (или к штуцерам на барабанах). При питании экранов из нижнего барабана для предотвращения попадания в них шлама, концы опускных труб выведены в верхнюю часть барабана.

Шамотная перегородка, отделяющая камеру догорания от пучка, опирается на чугунную опору, укладываемую на нижний барабан.

Чугунная перегородка между первым и вторым газоходами собирается на болтах из отдельных плит с предварительным промазыванием стыков специальной замазкой или с прокладкой асбестового шнура, пропитанного жидким стеклом. Так же в ней имеется отверстие для прохода трубы стационарного обдувочного прибора.

Окно для выхода газов из котла находится на задней стенке.

В котле ДКВр-10-13 на давление 1,3 МПа температура перегретого пара не регулируется. Котёл в тяжелой обмуровке имеет лёгкий обвязочный каркас.

Для котлов ДКВр-10 применяется одноступенчатая схема испарения.

Котёл имеет верхний длинный барабан, фронтовая и задняя стенки топки экранированы.

Вода в трубы фронтовых экранов котлов поступает только из верхнего барабана, а в трубы задних экранов – из нижнего.

На задних днищах и на передних днищах верхних барабанов имеются лазовые затворы. Средний уровень воды находится на оси барабана. Для наблюдения за уровнем воды на верхних барабанах установлены два водоуказательных прибора.

В водном пространстве верхнего барабана размещаются две питательные трубы, в нижнем барабане – перфорированная труба продувки, также дополнительно введены трубы для прогрева котла паром при растопке.

Котельные пучки котла имеют коридорное расположение труб. Выход дымовых газов осуществляется через заднюю стенку; допускается выход газов вверх, вниз или через боковую стенку.

У котла ДКВр-10-13 пароперегреватели одноходовые по пару.

Все коллекторы и барабаны имеют продувочные линии с двумя запорными вентилями. У нижнего барабана имеется патрубок для спуска воды.

Пароохладитель, установленный в нижнем барабане, имеет дренажный вентиль на соединительных паропроводах. На перемычке между прямым и обратным паропроводами поставлен вентиль для регулирования количества, поступающего в пароохладитель, пара.

Для сжигания топлива котёл ДКВр-10-13 комплектуется газомазутными горелками.

Котёл ДКВр-10-13 высокой компоновки (с отметкой верхнего барабана 5715 мм) является нетранспортабельными и поставляется россыпью (узлы, пакеты, связки), в комплекте с КИП, арматурой и гарнитурой в пределах котла, лестницами, площадками, пароперегревателем (по требованию заказчика). Изоляционные и обмуровочные материалы в комплект поставки не входят.

Глава 1. Описание преобразователей.

Измерение давления
При организации автоматизированной системы измерений в качестве датчиков давления или перепада давлений могут использоваться датчики МТ-100 или преобразователи давления "САПФИР" завода "Манометр", датчики давления Концерна "МЕТРАН", а также аппаратура аналогичного типа зарубежного производства.

Выбираем датчик давления серии Метран-22-ДД.

Датчики давления серии Метран-22-ДД предназначены для

непрерывного преобразования значения измеряемого параметра

(абсолютного, избыточного давления, разрежения, давления-разрежения,

разности давлений) в унифицированный токовый сигнал в системах автоматического управления, контроля и регулирования технологических процессов на объектах атомной энергетики

Выходной сигнал: 0-5, 4-20, 0-20, 5-0, 20-4, 20-0 мА

Измеряемые среды - газ, жидкость, пар

Температура окружающей среды -40...70°С

Предел допускаемой основной погрешности в диапазонах настройки, ±0,25%
Измерительная часть преобразователя – чувствительный элемент,

состоящий из пластины монокристаллического сапфира с кремниевыми

тензорезисторами (полупроводниковый тензорезистор). Пластина прочно

соединена с металлической мембраной тензопреобразователя. Внутренняя полость заполнена кремнийорганической жидкостью, передающей внешнее воздействие от разделительной гофрированной мембраны на мембрану тензопреобразователя. Результатом является изменение сопротивления тензорезисторов. Тензорезисторы измерительного блока соединены по мостовой схеме, питание тензомоста осуществляется источником тока (генератором тока) с номинальным напряжением питания 6В (см. блок схему). Сигнал рассогласования с измерительного тензомоста, в зависимости от типа датчика до 250 мВ, поступает на вход дифференциального каскада обеспечивающего высокую термостабильность усилителя, усиливается до нормализованного уровня. В состав усилителя входят следующие блоки компенсации погрешности:

1)компенсации нелинейности тензомоста;

2)компенсация температурной погрешности диапазона (электронной части); 3)компенсация температурной погрешности нуля (электронной части);

Конструкция дифференциального манометра с тензопреобразователем изображена на следующем рисунке



Преобразователь состоит из следующих элементов:

1- корпус;

2 - фланцы;

3 - уплотнение;

4,5 - металлические гофрированные мембраны, приваренные по окружности к корпусу 1;

6- тензопреобразователь;

7- электронный блок;

8-гермовывод.

Внутренние полости корпуса 1 (между мембранами 4, 5 и тензопреобразователем) заполнены кремнийорганической жидкостью. Давления p₁ и p₂ действуют на мембраны 4 и 5 соответственно, вызывая их деформацию. Через кремнийорганическую жидкость воздействие этих давлений передается на тензопреобразователь 6. Давление p₁ действует на тензопреобразователь изнутри, а давление p₂ - снаружи. Результирующий прогиб мембраны тензопреобразователя 6 пропорционален измеряемой разности давлений p₁ - p₂. Прогиб мембраны тензопреобразователя приводит к изменению сопротивления напыленных на него кремниевых тензорезисторов.

Электрический сигнал от тензопреобразователя 6 передается в электронный блок 7 через гермовывод 8, где преобразуется в выходной унифицированный токовый сигнал.
Измерительный блок выдерживает без разрушения воздействие односторонней перегрузки рабочим избыточным давлением. Это обеспечивается тем, что при такой нагрузке одна из мембран ложится на профилированную поверхность корпуса 1.
Преобразователь напряжение-ток формирует выходной унифицированный токовый сигнал 0-5мА , 0-20мА и 4-20мА, а также содержит элементы настройки диапазона и нуля. Напряжение питания преобразователя 24В или 36В постоянного тока.
Схема структурных соединений блоков представлена на Рис1


В качестве показывающего и регистрирующего прибора будем использовать аналоговый одноканальный прибор ДИСК-250.
Одноканальные приборы ДИСК-250 применяются в системах измерения давления, уровня, перепада давлений, расхода во всех отраслях промышленности.
Входные сигналы - тока 0-5 или 4-20 мА от датчиков давления, уровня, перепада давлений, датчиков температуры с унифицированным выходным сигналом.

Подключение датчиков (Х2 - клеммная колодка)

входной сигнал 0-5 мА



В основу прибора положенпринцип электромеханического следящего уравновешивания. Входной сигнал от датчика предварительно усиливается и лишь после этого производится уравновешивание его сигналом компенсирующего элемента (реохорда).

• 
  приборе «Диск - 250» входной сигнал от датчика «Д» поступает во входное устройство «ВхУ», где он нормализуется по нижнему пределу измерения для удобства его дальнейшей обработки. Кроме того, входное устройство содержит источник тока для питания преобразователей.
  

Затем выходной сигнал поступает на усилитель «УВС» с жесткой отрицательной обратной связью, где сигнал нормализуется по верхнему пределу измерения. Таким образом с выхода «УВС» снимается сигнал, нормализованный по нижнему и верхнему пределам измерений.

С предварительного усилителя «ПУ «УВС» снимается сигнал, изменяющийся в пределах от 0 до 4 V при изменении выходных сигналов от нижнего до верхнего пределов измерений.



Функциональная схема прибора «Диск - 250»


Сигнал с реохорда «Р», преобразованный усилителем «УР» в напряжение, изменяющееся от 0,5 до 8,5 V, сравнивается на входе усилителя небаланса «УН» с сигналом «УВС». Работа прибора происходит следующим образом.

При изменении значения измеряемого параметра на входе усилителя «УН» появляется сигнал небаланса, который усиливается этим усилителем и управляет работой двигатель

«ДВ», который, в свою очередь, перемещает движок реохорда «Р» до тех пор, пока сигнал с усилителя «УР» не станет равным (по абсолютной величине) сигналу с усилителя «УВС». Таким образом, каждому значению измеряемого параметра соответствует определенное положение движка реохорда и связанного с ним указателя прибора.

Сигнал с предварительного усилителя «ПУ» поступает на устройство преобразования «Пр» входного сигнала в выходной электрический унифицированный сигнал 0 - 5 или 4-20 мА, а в приборах с ПИ-регулирующим устройством - и на пропорционально-интегральное регулирующее устройство «ПИРУ».

Сигнал с усилителя «УВС» поступает на входы усилителей выходных устройств «РН», «РВ», «СН», «СВ»:

«РН», «РВ» - трехпозиционное регулирующее устройство с заданием

установок на регулирование «меньше» или «больше»;

«СН», «СВ» - трехпозиционное сигнализирующее устройство с заданием установок по сигнализации «меньше» или «больше».

Питание всех функциональных узлов осуществляется от источника стабилизированного напряжения «ИП».

Приборы конструктивно выполнены в прямоугольном корпусе, приспособленном для утопленного щитового монтажа, корпус закрывается застекленной крышкой с установленной на ней шкалой.

Ф ункциональная схема измерения уровня в барабане парового котла показана на рисунке.

1-первичный преобразователь давления типа Метран-22-ДД, предел измерения 0… 1,0 МПа, выходной сигнал 0…5 мА,
2-Показывающий и регистрирующий аналоговый прибор серии ДИСК -250ДД.
Оценка погрешности измерительной системы
Суммарная погрешность результата измерения рассчитывается как композиция погрешностей включенных в измерительный канал преобразователей.
Граница основной абсолютной погрешности измерительной системы при предложении об их нормальном распределении вычисляется по формуле:



где n –основная абсолютная погрешность прибора;

Δ∂ – основная абсолютная погрешность измерительного преобразователя (датчика);

i –абсолютная погрешность других элементов измерительной системы.При измерении давления применяется преобразователь давления типа Метран-22-ДД и аналоговый прибор серии ДИСК – 250ДД.
Относительные погрешности датчика и прибора одинаковы и равны ± 0,25 %. Результат однократного измерения составил H=600мм.

Погрешность результата измерения будет:



В абсолютных величинах погрешность однократного измерения:





Следовательно, результат однократного прямого измерения можно представить в форме:
Q=600мм Δ = ±2,12мм

Глава 2. РАСЧЕТ ИЗМЕРИТЕЛЬНОЙ СХЕМЫ АВТОМАТИЧЕСКОГО МОСТА КСМ-4.
Рассчитать измерительную схему автоматического моста КСМ-4 подсоединенного к термометру сопротивления ТСМ 50 для работы в интервале температур t_min=0^°С t_max=200^°С

На рисунке и в расчетных формулах приняты следующие обозначения:

R_i - реохорд; R₂ - шунт реохорда, служащий для подгонки сопротивления

реохорда к стандартному значению R_P = 90,100, 300 Ом; R_nP - приведѐнное

сопротивление цепи реохорда; R₃ и R₄ - резисторы для установки начального

значения шкалы моста; R ₅ и R₆ - резисторы для установки верхнего

значения шкалы прибора; R₄ и R₅ - подгоночные резисторы, R₄ = R₅ = 4 Ом

(расчет схемы выполняется, если движки резисторов R₄ и R₅ находятся, в

среднем положении); R₇, R ₉, R₁₀ - резисторы мостовой схемы; R₈ - резистор

для ограничения тока в цепи питания; R„ - резистор для подгонки

сопротивления внешней линии; R_t - термометр сопротивления;
6,3 в –

напряжение источника питания; λ-нерабочие участки реохорда, Х=

0.020...0.035.

Мы берѐм λ=0.025. При трехпроводной схеме подключения термометра

сопротивления, изображенной на рисунке, суммарное сопротивление

соединительного провода R_cn и подгоночного резистора R, равно.



где R_вн=15 Ом сопротивление внешнее цепи моста, Ом.

Сила тока, протекающего через термометр сопротивления, должна

выбираться по ГОСТ 6651-84 из ряда: ОД; 0,2; 0,5; 1,0; 2,0; 5,0; 10,0; 15,0;

20,0; 50,0 мА. При этом изменение сопротивления термометра при 0 °С за

счет выделяющейся теплоты не должно превышать 0,1%. Сила тока

указывается в технических условиях на термометр сопротивления

конкретного типа.

В технических измерениях обычно используются термометры сопротивления для которых силу тока следует принимать равной 5 или 10 мА.

Мы принимаем силу тока, равную 5 мА.

Для заданных пределов измерения температуры t_H и t_В по ГОСТ 6651-84

определяем W_tB и W_tH при W₁₀₀ = 1,4280 для медных термометров.

Сопротивления термометра, отвечающие начальной t_H и конечной t_B

отметкам шкалы, рассчитываются по формуле:

R_mH = R₀(1 + a*t_min) = 100*(1 + (2.88/1000) *0) = 100 Ом

R_mK = R₀(l + а *t_max) = 100*(1 + (2.88/1000) *200) = 157.6 Ом

где R0 - сопротивление термометра при 0^°С, Ом.

Сопротивление резистора R₇ должно быть таким, чтобы изменение

сопротивления термометра при изменении температуры от t_H до t_B вызвало

изменение тока I_η на.величину, не превышающую 10...20%, т.е.



где I_min и I_max - сила тока в цепи термометра при его сопротивлении,

отвечающем соответственно конечной R_tB и начальной R_tH отметкам

шкалы моста, мА; - коэффициент равный 0,8...0,9. Максимальное значение тока I_max, протекающего через ТС, принимаем равным 0.007 А.



Падение напряжения между точками A и Б при сопротивлении, соответствующем начальной и конечной отметкам шкалы моста, равно:



Решение этих уравнений позволяет получить формулу для определения сопротивления резистора R₇: Сумма сопротивлений (R₃ +R₄ /2) принимается при расчете равной в среднем 5 Ом. В формуле R_np неизвестно и, так как сопротивление R₇ рассчитывается первым из резисторов мостовой схемы, расчетную формулу упрощают, считая



Берём η = 0,9
Полученное значение R₇ обычно округляют до значения, кратного 10

Ом. Чтобы найти значение сопротивления резистора R₁₀ , запишем условие

равновесия измерительной мостовой схемы в любой точке шкалы;



После преобразования выражения получим


Чтобы изменение сопротивления линии связи при изменениях температуры окружающей среды не влияло на показания прибора, необходимо так подобрать резисторы схемы, чтобы в последнем уравнении члены, содержащие R, в левой и правой частях, были равны и сократились:



Так как относительная погрешность увеличивается к началу шкалы, целесообразно добиться полной компенсации температурной погрешности при начальном положении движка реохорда (η=0). Тогда R₇=R₁₀= 420 Ом

Учитывая, что наибольшей чувствительностью обладают попарно

равноплечие мосты, равенство оказывается удовлетворяющим и этому

требованию.

Составим уравнения равновесия измерительной схемы моста при двух

значениях сопротивления термометра:

R_tH

R_tВ


В результате совместного решения уравнений получим



Для определения сопротивления резистора R₉ необходимо подставить полученное значение R_np в уравнение . После преобразований получим следующее квадратное уравнение:



Если













То
















Определим значение тока I₀ в цепи источника питания: Откуда




Зная ток I₀, можно определить сопротивление резистора R₈:



Для проверки правильности расчета следует проверить значение коэффициента η по формуле:



Список использованной литературы

1. Теплоснабжение: Учебник для вузов А. А. Ионин, Б. М. Хлыбов

, В.Н. Братенков, Е. Н. Терлецкая; Под ред. А. А. Ионина. - М.:

Стройиздат, 1982.-336 е., ил.

2. Фарзане Н. Г., Илясов JI. В., Азим-заде А.Ю. Ф24 Технологические

измерения и приборы: Учеб. Для студ. Вузов по спец. «Автоматизация

технологических процессов и производств». - М.: Высш. шк., 1989. -

456 е.: ил.

3. В.П. Преображенский Технологические измерения и приборы:

Государственное энергетическое издательство, 1953. - 704 с.

4. Иванова Г.М., Кузнецов Н.Д., Чистяков B.C. Теплотехнические

измерения и приборы: Учебник для ВУЗов. - М.: Энергоатомиздат,

1984. - 232 с.

5. Иванов С. Г., Горячкин Н. Б. Технологические измерения и приборы:

Методические указания к курсовой работе по дисциплине

«Теплотехнические измерения». - М.: МИИТ, 2007. - 44 с.

6. Кузнецов Н.Д., Чистяков B.C. Сборник задач и вопросов по

теплотехническим измерениям и приборам. - М.: Энергия, 1973. - 216 с.

http://www.teploizmerenie.ru/print/706.htm
Приложение 1.Чертеж монтажа первичного преобразователя.


Приложение 2. Чертеж измерительной схемы автоматического моста КСМ-4