Расчет су. РАСЧЕТ СУЖАЮЩЕГО УСТРОЙСТВКП ЗА-44. Курсовой проект защищён с оценкой к т. н., проф. Ю. П. Жуков 2012 г

• Название: Курсовой проект защищён с оценкой к т. н., проф. Ю. П. Жуков 2012 г
• Анкор: Расчет су
• Дата: 06.03.2023
• Размер: 102.09 Kb.
• Имя файла: РАСЧЕТ СУЖАЮЩЕГО УСТРОЙСТВКП ЗА-44.docx
• Тип: Курсовой проект; #970733

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное

Учреждение высшего профессионального образования

«Ярославский государственный технический университет»
Кафедра «Кибернетика»


Курсовой проект защищён

с оценкой_______________

Руководитель, к.т.н., проф.

_____________Ю.П.Жуков

«___»______________2012 г.

РАСЧЁТ И ПРОЕКТИРОВАНИЕ РАСХОДОМЕРА

ПЕРЕМЕННОГО ПЕРЕПАДА ДАВЛЕНИЯ
Расчетно-пояснительная записка к курсовому проекту

по дисциплине «Технические измерения и приборы»
ЯГТУ 220301.65-000 КП

Нормоконтролёр к.т.н., профессор __________Ю.П.Жуков «___»__________2012 г.

Проект выполнил студент гр. ЗА–44 _________А.Э.Кириков «___»__________2012 г.

2012

1 Исходные данные
1.1 Измеряемая среда - смесь газов, заданная молярной концен­трацией вдолях единицы

N_{1 Этан (C2H6)}= 0,54, N_{2 Бутан (С4Н10)} = 0,3,

N_{3Пропан (С3Н8)}= 0,1, N_{4Углекислый газ (С02)}= 0,05,

N_{5Азот (N2)} = 0,01.

1.2 Наибольший измеряемый расход, приведенный к нормаль­ному состоянию

Q_ном.max= 400 = 0,111

1.3 Минимальный измеряемый расход, приведенный к нормаль­ному состоянию

Q_ном.min =200 = 0,056

1.4 Температура газа перед сужающим устройствомt= 75±2 .

1.5 Избыточное давление газовой смесиP_и= 610±4 .

1.6 Атмосферное (барометрическое) давлениеP_б = 100 кПа.

1.7 Допустимая остаточная потеря давления газовогопотока при прохож-дении через сужающее устройство при максимальном расходе .

1.8 Относительная влажность φ = 60 %.

1.9 Материал сужающего устройства – сталь0Х17Т.

1.10 Местные сопротивления на измерительном участке трубо­провода: до сужающего устройства – запорный вентиль; после су­жающего устройства –колено с поворотом потока на 90°.

1.11 Расстояние между местными сопротивлениями 35*D₂₀.
2 Выбор сужающего устройства и пределов измерения
2.1 Тип сужающего устройства – диафрагма.

2.2 Способ отбора перепада давления –угловой камерный.

2.3 Верхний предел измерения расхода Q_ном.пр = 0,125
3 Определение недостающих для расчета данных

3.1 Абсолютное давление газа





3.2 Абсолютная температура газа





3.3 Определение внутреннего диаметра трубопровода при 20°С

3.3.1 Приближенное значение внутреннего диаметра трубопровода при20°С.





Полученное значение соответствует диаметру условного проходаD_у= 65мм.

3.4 Определение минимальной толщины стенки трубы

3.4.1 Выбираем бесшовную холоднодеформированную трубу по ГОСТ 8733-87 из материала сталь 10, т.к. газовая смесь не агрессивна по отношению к этому материалу.

Для стали 10при 75 °Сназна­чаем первую температурную ступень.

Рабочему давлениюP_и= 0,61МПа и первой температурной сту­пени соответствует ближайшее условное давление P_у= 0,63МПа и проб­ное давление P_пр= 0,9МПа.

Минимальная толщина стенки трубы





3.5 Уточнение размеров трубы, выбор фланцев и камер

3.5.1 Исходя из значений диаметра условного прохода D_у = 65 мм и условного давления P_у = 0,63 МПа, выбираем камерную диафрагму ДКС 10–65 исполнения 1по ГОСТ 26969–86.

Условное обозначение диафрагмы ДКС 10-65 Б – I ГОСТ 26969-86.

Таблица 1 – Геометрические параметры камер

D	D1	D2	D3	D4	h	h1	с
мм	мм	мм	мм	мм	мм	мм	мм
127	120	100	90	109	3	3	1,5

Прокладка для ДКС 10-65 Б – I ГОСТ 26969-86 выполняется из паронита по ГОСТ 481-80 толщиной h = 2 мм.

3.5.2 Исходя из условного давленияP_у= 0,63 МПа, выбираем фланец стальной приварной встык по ГОСТ 12821–80 с уплотнительной поверхностью исполнения 2.

Таблица 2 – Геометрические параметры фланцев

D	D1	D4	Dn	Dm	d	d1	n	h	h1	h4	b
мм	мм	мм	мм	мм	мм	мм	мм	мм	мм	мм	мм
180	145	109	77	88	18	66	4	3	4	35	12
Dболтов, шпилек = М16

3.5.3 Диаметр отверстия выбранного фланца d₁ = 66 мм. Исходя из этого выбираем трубу с наружным диаметром D_н = 68 мм и толщиной стенки h= 1 мм.

3.5.4 Внутренний диаметр трубы при 20 °С





3.5.5 Условное обозначение выбранной трубы с наружным диаметром 68 мм, толщиной стенки 1,5 мм, длиной 6000 мм из стали 10, изготов­ленной с нормированием механических свойств и химического состава (группа B):



3.6 Определение внутреннего диаметра трубопровода при рабочей температуре

3.6.1 Тепловой коэффициент линейного расширения материала трубопровода

β_t = 11,1∙10^-6 К^-1.

3.6.2 Внутренний диаметр трубопровода при рабочей температуре 75°С





3.7 Определение показателя адиабаты газовой смеси

3.7.1 Показатели адиабаты составляющих газовой смеси

χ_{1Этан (C2H6)}= 1,2,

χ_{2Бутан (С4Н10)}= 1,1,

χ_{3Пропан (С3Н8)} = 1,16,

χ_{4Углекислый газ (С02)}= 1,31,

χ_{5Азот (N2)}= 1,4.

3.7.2 Показатель адиабаты смеси газов





3.8 Определение плотности газовой смеси при нормальных условиях.

3.8.1 Плотности составляющих газовой смеси при нормальных условиях



3.8.2 Плотность газовой смеси при нормальных условиях







3.9 Определение коэффициента сжимаемости газовой смеси

3.9.1Так как плотность газовой смеси при нормальных условиях

ρ_ном.= 1,7190 > 0,9 ,

то коэффициенты сжимаемости составляющих газовой смеси при t = 75 °С и P= 0,71 МПа, определяем по графикам зависимости коэффициентов сжимаемости газов от давления и температуры. Чтобы воспользоваться графиками, абсолютное давление измеряемой среды представим в

,

K₁ = 0,96, K₂ = 0,87,K₃= 0,93,K₄ = 0,98,K₅ = 1,0.

3.9.2 Коэффициент сжимаемости газовой смеси





3.10 Плотность насыщенного водяного пара приt = 75°С

ρ_нп = 0,2420 .

3.11 Температура насыщенного водяного пара при P= 7,3

t_нас = 165,57 °С.

3.12 Проверка условия t< t_нас.

3.13 Так как t< t_нас, то наибольшая возможная плотность пара во
влажном газе при P= 0,71 МПа и t = 75°С

ρ_вп.max = 0,2420 .

3.14 Давление насыщенного водяного пара при t= 75°С

P_нп = 0,3931 = 0,04 МПа.

3.15 Так как t < t_нас, то наибольшее возможное давление водяного пара во влажном газе при P= 0,71 МПа и t = 75°С

P_вп.max = P_нп = 0,04 МПа.

3.16 Определение динамической вязкости газовой смеси в рабочих условиях

3.16.1 Псевдокритическое давление газовой смеси







3.16.2 Приведенное давление газовой смеси





3.16.3 Псевдокритическая температура газовой смеси





3.16.4 Приведенная температура газовой смеси



3.16.5 Динамическая вязкость газовой смеси в рабочих условиях







3.17 Плотность сухой части влажной газовой смеси в рабочих условиях





3.18 Плотность влажной газовой смеси в рабочих условиях




4 Определение дополнительных величин


4.1 Допустимая потеря давления при выбранном верхнем пределе измерения расхода





Так как в номограмме для определения предельного номинального перепада давления дифманометра и m–диафрагм потеря давления представлена в кгс/см², то перейдем к этим единицам



4.2 Дополнительная величина C





4.3 Предельный номинальный перепад давления на сужающем устройстве

не понятный перевод в кПа!!!

4.4 Приближенное значение относительной площади сужающего устройства

4.5 Потеря давления измеряемой среды при прохождении через сужающее устройство



Так как расчет продолжаем.

4.6 Оценка числа Рейнольдса, минимальное значение.

4.6.1 Число Рейнольдса при минимальном расходе





4.6.2 Проверка условий. Полученное число Рейнольдса при минимальном расходе больше минимально допустимого для относительной площади сужающего устройства

Для



5 Определение параметров сужающего устройства
5.1 Определение коэффициента расхода при приближенном значении относительной площади сужающего устройства.

5.1.1 Абсолютная шероховатость новой стальной цельнотянутой трубы не бывшей в эксплуатации. Принимаем k = 0,02 мм.

5.1.2 Число Рейнольдса при предельном расходе





5.1.3Относительная шероховатость трубопровода





Так как относительная шероховатость не превышает заданного предела поправочный множитель на шероховатость определять не надо.

5.1.4Приближенное значение диаметра отверстия диафрагмы





Так как d< 125 мм, определяем поправочный множитель на притупление входной кромки диафрагмы

















5.1.5Коэффициент расхода при приближенном значении относительной площади сужающего устройства






5.2Коэффициент расширения газовой смеси при выбранном номинальном перепаде давления на диафрагме и приближенном значении относительной площади сужающего устройства (первое значение)





5.3Вспомогательная величина (первое значение)





5.4 Относительная площадь сужающего устройства (первое значение)





5.5Определение коэффициента расхода при первом значении относительной площади сужающего устройства (первое значение)

5.5.1 Поправочный множитель на притупление входной кромки диафрагмы при первом значении относительной площади (первое значение)



где значения a, b и nбыли определены ранее в п. 5.1.4.




5.5.2 Коэффициент расхода при первом значении относительной площади диафрагмы (первое значение)







5.6 Коэффициент расширения газовой смеси при том же перепаде давления на сужающем устройстве и первом значении относительной площади (второе значение)





5.7 Проверка условия



Так как ∆ε>0,0005, то продолжим цикл расчёта с п 5.3 до тех пор пока не будет выполняться условие <0,0005.

5.3* Вспомогательная величина (второе значение)





5.4* Относительная площадь сужающего устройства (второе значение)





5.5* Определение коэффициента расхода при первом значении относительной площади сужающего устройства (второе значение).

5.5.1* Поправочный множитель на притупление входной кромки диафрагмы при втором значении относительной площади (второе значение)



где значения a, b и nбыли определены ранее в п. 5.1.4.



5.5.2* Коэффициент расхода при втором значении относительной площади диафрагмы (второе значение)







5.6* Коэффициент расширения газовой смеси при том же перепаде давления на сужающем устройстве и втором значении относительной площади (третье значение)





5.7* Проверка условия <0,0005



Так как |∆ε | <0,0005, условие выполняется, для дальнейших расчетов принимаем значение коэффициента расширения газовой смеси при прохождении через сужающее устройство ε = 0,9998, коэффициент расхода α = 0,6522 и относительную площадь диафрагмы m = 0,3446.

5.8* Определение диаметра отверстия диафрагмы.

5.8.1* Поправочный множитель на тепловое расширение материала диафрагмы



5.8.2* Диаметр отверстия диафрагмы при 20°С





5.8.3* Допуск на отклонение размера диаметра отверстия диафрагмы




6 Проверка правильности расчета
6.1 Объемный расход, приведенный к нормальному состоянию и соответствующий предельному номинальному перепаду давления на диафрагме







6.2 Отклонение полученного значения расхода от заданного





Так как отклонение расчетного значения расхода меньше допустимого значения (δ <0,2 %), то расчет выполнен правильно.
7Выбор измерительного комплекта расходомера
7.1 Тип и разновидность дифференциального манометра.

Дифманометр Метран–49–ДД–Ех модели 9420 с выходным сигналом 0–5 мА, изменяющимся по закону квадратного корня, с предельным перепадом давления 4 кПа, класса точности S_∆P = 0,4 с предельно допускаемым рабочим избыточным давлением 10 МПа.

7.2 Тип и разновидность вторичного прибора. Вторичный прибор, предназначенный для показания и регистрации одного параметра Диск-250 с входным токовым сигналом 0–5 мА класса точности S_вп = 0,5.
8 Расчет необходимых длин прямых участков трубопровода
8.1 Необходимая длина прямого участка L₂ трубопровода за сужающим устройством при нулевой погрешности

Для

8.2 Длина прямого участка трубопровода перед сужающим уст­ройством



8.3Необходимая длина прямого участка трубопровода непосредственно перед сужающим устройством при нулевой погрешности

При установке запорного вентиля перед сужающим устройством дополнительная погрешность измерения отсутствует при

для

8.4Дополнительная погрешность от сокращения длины прямого участка трубопровода перед сужающим устройством
Согласно пункту 8.2 относительное расстояние между запорным вентилем и сужающим устройством . Значение дополнительной погрешности при и найдем линейной интерполяцией табличных значений.

Линейная интерполяция между и 30 для значения





Линейная интерполяция между m = 0,3 и 0,35 для значения m= 0,3677


9 Определение предельной погрешности расходомера

9.1 Определение средней квадратической относительной погрешности коэффициента расхода

9.1.1 Средняя квадратическая относительная погрешность из-за допустимых отклонений диаметра отверстия сужающего устройства





9.1.2 Средняя квадратическая относительная погрешность из-за допустимых отклонений внутреннего диаметра трубопровода





9.1.3 Средняя квадратическая относительная погрешность из-за сокращения прямого участка трубопровода перед диафрагмой





9.1.4 Средняя квадратическая относительная погрешность из-за притупления входной кромки диафрагмы





9.1.5 Средняя квадратическая относительная погрешность коэффициента расхода







9.1.6 Средняя квадратическая относительная погрешность коэффициента расхода с учетом сокращения длины прямого участка трубопровода перед диафрагмой





9.2 Определение средней квадратической относительной погрешности абсолютного давления газовой смеси

9.2.1 Средняя квадратическая относительная погрешность задания избыточного давления газовой смеси





9.2.2 Возможное относительное изменение барометрического давления. Принимаем


9.2.3 Средняя квадратическая погрешность от изменения барометрического давления





9.2.4 Средняя квадратическая относительная погрешность определения абсолютного давления газа





9.3 Средняя квадратическая относительная погрешность задания температуры газа





9.4 Средняя квадратическая погрешность дифференциального манометра





9.5 Средняя квадратическая относительная погрешность определения содержания компонентов газовой смеси



где N_i– доля i-го компонента в газовой смеси;

∆N_i– абсолютные погрешности определения содержания компонентов газовой смеси, принимаемые равными половине единицы разряда последней значащей цифры заданного значения;





9.6Определение средней квадратической относительной погрешности показателя адиабаты газовой смеси.

9.6.1 Средняя квадратическая относительная погрешность определения показателей адиабаты компонентов газовой смеси



гдеχ_i– показатель адиабаты i-го компонента газовой смеси;

∆χ_i– абсолютная погрешность определения значения показателя адиа-баты i-гo компонента газовой смеси, равная половине единицы разряда последней значащей цифры в табличном значенииχ_i;













9.6.2 Средняя квадратическая относительная погрешность показателя адиабаты газовой смеси









9.7 Средняя квадратическая относительная погрешность коэффициента расширения газовой смеси





9.8 Определение средней квадратической относительной погрешности плотности газовой смеси в нормальных условиях.

9.8.1 Средняя квадратическая относительная погрешность определения плотностей составляющих газовой смеси в нормальных условиях



где∆ρ_ном.i– погрешность, определяемая половиной единицы разряда последней значащей цифры в табличном значении∆ρ_ном.i;





9.8.2 Средняя квадратическая относительная погрешность определения плотности газовой смеси в нормальных условиях











9.9 Определение средней квадратической относительной погрешности коэффициента сжимаемости газовой смеси.

9.9.1 Средние квадратические относительные погрешности определения коэффициентов сжимаемости компонентов газовой смеси



где ∆K_i – абсолютная погрешность определения коэффициентов сжи­маемости составляющих газовой смеси, равная половине цены деления оси ординат графиков, по которым находились значения коэффициентов;






9.9.2 Средняя квадратическая относительная погрешность определения коэффициента сжимаемости газовой смеси







9.10 Определение средней квадратической относительной погрешности коэффициента коррекции расхода на влажность газовой смеси

9.10.1 Коэффициент коррекции расхода на влажность газовой смеси





9.10.2 Средняя квадратическая относительная погрешность определения наибольшего возможного давления водяного пара в газовой смеси



где∆P_вп.max– абсолютная погрешность определения наибольшего воз­можного давления водяного пара в газовой смеси, равная половине единицы разряда последней значащей цифры табличного значения P_вп.max;





9.10.3 Средняя квадратическая относительная погрешность задания относительной влажности газовой смеси



где ∆φ– абсолютная погрешность задания относительной влажности,равная половине единицы разряда последней значащей цифры заданного значения;





9.10.4 Средняя квадратическая относительная погрешность коэффициента коррекции расхода на влажность газовой смеси





9.11 Средняя квадратическая относительная погрешность измерения расхода





9.12 Предельная погрешность измерения расхода





9.13 Предельная погрешность измерительного комплекта расходомера



где S_вп– класс точности вторичного прибора;