Курсовая 30-62 ТИП. Расчет сужающего устройства
 Скачать 2.76 Mb.
|
3 Расчетная часть1) Расчёт сужающегося устройства 1. Заданный внутренний диаметр трубопровода, по которому протекает измеряемая среда, при 20°С, D20 = 55 мм; 2. Максимальный объемный расход измеряемой среды Q0 = 12 м3/ч; 3. Температура измеряемой среды θ = 40 °С; 4. Избыточное давление измеряемой среды Pизб = 2,0 кгс/см2. Таблица 1
Цель расчета - определение верхнего предела измерения дифманометра- расходомера и конструктивных размеров сужающего устройства. 1)Выбор верхнего (номинального) предела измерения расхода по шкале дифманометра- расходомера:  где а - число из нормального ряда: 1,0; 1,25; 1,6; 2,0; 2,5; 3,2; 4,0; 5,0; 6,3; 8,0. n - целое положительное, отрицательное число или нуль. =1,25*101=12,5 м3/ч Нижний предел определяется минимальным расходом Qmin и не должен превышать 30% от верхнего предела. 2)определим допустимой невозвратимой потери давления Pn измеряемой среды на сужающем устройстве, например, равной 5% от избыточного давления Ризб, т.е.: Pn=0,05*Ризб=0,05*2=0,1кгс/см2=9,81кПа Расчет величины вспомогательной С, при измерении расхода жидкости:  Где:  – номинальный объемный расход, м3/ч;D – внутренний диаметр трубопровода, мм при рабочей температуре 0, °С  – плотность жидкости при рабочей температуре Θ, кг/м3;Для этого нужно рассчитать для начала плотность жидкости при рабочей температуре Θ по формуле:  где β - коэффициент объёмного расширения жидкости; рн - плотность при температуре +20 °С, кг/м3. Для воды β = 36,6∙10-6  К-1;При 200С рв = 998,2 кг/м³.  =  = = 997,5кг/м3 3)Внутренний диаметр трубопровода, мм при рабочей температуре Θ, °С: D = D20[1 + aL(Θ-20)], где aL - коэффициент линейного расширения, К-1 - для углеродистой стали принято значение aL =12,2∙10-6. D = D20[1 + aL(Θ-20)] = 55 · [1 + 12,2∙10-6 · (40-20)]= 55,01мм Вернемся к расчету величины вспомогательной С, при измерении расхода жидкости: Сжидк =  = =10,424)Определим искомое значение номинального перепада давления  ,кгс/см2По вычисленному значению С, округленному до трех значащих цифр, и принятой допустимой потери давления  по номограмме (Рис. 15), находим искомое значение номинального перепада давления на дифманометре при максимальном расходе и приближенное значение модуля, являющегося относительной площадью проходного сечения сужающего устройства. Рисунок 15 - Номограмма для определения предельного номинального перепада давления дифманометра и модуля диафрагмы mm=0,7  Значение округляют до ближайшего из следующего нормального ряда  ,где b=0,04; 0,063; 0,1; 0,16; 0,25; 0,4; 0,63; 1,0; 1,6 Па (при этом m - целое положительное число).   Таблица 2
Вычисление вспомогательной величины mа (с точностью до четырех значащих цифр):  ε - коэффициент расширения измеряемой среды за сужающим устройством в результате снижения давления на величину потерь Рп. Для жидкостей ε =1; ∆Рн — наибольший перепад давления в сужающем устройстве в Па; С - вспомогательная величина.  В приложении 1 определяем коэффициент расхода а по модулю m: m=0,7; a=0,7. Определяем по найденному значению m расчетный диаметр отверстия сужающего устройства в рабочих условиях:   По найденному размеру d с учетом коэффициента линейного расширения материала диафрагмы определяем размер d20:  Производится проверка расчета объемного расхода при нормальных условиях по уравнению м3/ч:  ΔРН - номинальный перепад давления, Па; р - плотность измеряемой среды при нормальных условиях, кг/м3; d20 - диаметр сужающего устройства, мм;  Определяем необходимые длины прямых участков трубопровода: m = 0,7 → L/D → L= 0,7·55,01 = 38,51 Основные геометрические параметры: -толщина диафрагмы E ≤ 0,05D; 0,05D = 0,05*55,01 = 2,75. Примем Е=2,75 мм. -длина цилиндрического отверстия 0,005D ≤ е ≤ 0,02D; 0,010*55,01 ≤ е ≤ 0,02*55,01;0,55≤ е ≤1,1. Примем е=0,275≈0,3 мм. - c ≤ 0,03D; 0,03D = 0,03·55,01=1,65 Примем с=1,65. Таблица 3
Вывод: произвели расчеты сужающего устройства, выяснили, что объем расхода при нормальных условиях будет составлять - 5,18 и не будет превышать допустимого значения. 2)Измерение расхода жидкости в трубопроводе методом переменного перепада давления. Таблица 4
Избыточное давления измеряемой среды:  где:  – барометрическое давление =1,03 кгс/см2 – избыточное давление среды. ,кгс/см2Коэффициент потери давления на сужающем устройстве  Поправочный множитель на расширение жидкости  Определение плотности измеряемой среды:  где:  – плотность измеряемой среды при нормальных условияхβ - коэффициент объёмного расширения жидкости, К-1 (например, для керосина  ); - плотность, г/м3 . г/м3Определяем поправочный множитель на тепловое расширение материала трубопровода Kt:  где:  - коэффициент линейного расширения, К-1 (для углеродистой стали может быть принято значение =12,2∙10-6) Определяем действительный диаметр трубопровода:  где:  – диаметр трубопровода при температуре 25оС ммДинамическую вязкость измеряемой среды в рабочих условиях будет равна  .Определение параметров сужающего устройства. В зависимости от максимального контролируемого расхода пара  выбирается ближайшее большее число из чисел ряда  (1,0; 1,25; 1,6; 2,0; 2,5; 3,2; 4,0; 5,0; 6,3; 8,0)х10n; где n — любое целое положительное или отрицательное число или 0 (по ГОСТ 18140-84).  кг/чВыбранное число является верхним пределом измерения по шкале дифманометра- расходомера или измерительного прибора. Определяется допустимая и расчетная допустимая потеря давления в кПа при расходе, равном верхнему пределу измерения:   Определяется вспомогательная величина:  По вычисленному значению С, округленному до трех значащих цифр, и расчетной допустимой потере  по номограмме находим искомое значение  и приближенное значение т: Рисунок 16- Номограмма для определения предельного номинального перепада давления дифманометра и модуля диафрагмы mт=0,35  Если искомая точка расположена между двумя кривыми ,то принимают ближайшее меньшее значение , а по нему при том же значении С находят т.Значения округляют до ближайшего из следующего нормального ряда  ,где b= 0,04; 0,063; 0,1; 0,16; 0,25; 0,4; 0,63; 1,0; 1,6 Па (при этом т - целое положительное число).  Проверяем условие  и, если оно выполняется, расчет продолжаем. По таблице находят  и сравнивают с  . Если  , то желательно изменить диаметр трубопровода или модуль m для уменьшения . При m=0,35  Условие выполняется.Таблица 5
Вычисляем с четырьмя значащими цифрами вспомогательную величину  :  — наибольший перепад давления в сужающем устройстве в Па, соответствующий .Определяем модуль т и коэффициент расхода  m=0,35 ; α=0,6899. Определяем по найденному значению m расчетный диаметр отверстия сужающего устройства в рабочих условиях:  , ммПо найденному размеру d с учетом коэффициента линейного расширения материала диафрагмы  , определяем размер d20: ммПроизводится проверка расчета по уравнению ( подставляется в Па): Определяем погрешность расчета:  Погрешность расчета  должна быть не более 2 %. В противном случае необходимо внести исправления в расчет.Определяем необходимые длины прямых участков трубопровода до и после сужающего устройства, они зависят от вида местных сопротивлений: т=0,35 → L/D→ L =m*D=0,35*120=42 мм Основные геометрические параметры: толщина диафрагмы E≤0.05D=0.05*120=6, примем Е=6 мм.; длина цилиндрического отверстия 0,005D≤ е ≤0,02D, 0,6≤е≤2,4, примем е=0,9 мм.; c≤0.03D=0.03*120=3,6, примем с=3,6. Таблица 6
Вывод: по результатам расчёта погрешность составляет 1,1%, что не превышает допустимого значения. 3) Измерение расхода пара в трубопроводе методом переменного перепада давления. Таблица 7
Избыточное давление измеряемой среды:   кгс/см2Определение допустимой невозвратимой потери давления измеряемой среды на сужающем устройстве, равной 5% от избыточного давления: кгс/см21 кгс/см2 = 9,81∙104 Па  Расчет вспомогательной величины С: При измерении расхода жидкости:
где – номинальный объемный расход, м3/ч;D – внутренний диаметр трубопровода, мм при раб. температуре 0,°С  – плотность газа при рабочей температуре Θ, кг/м3;Т – абсолютное значение температуры, К (Т= Θ+273);  – абсолютное значение давления, кгс/см2;К – коэффициент сжимаемости газов, учитывающий их отклонение от свойств идеального газа. В настоящей работе может быть принят К=1.  – для газа определяют по справочным данным с учетом состава газа и его влажности: =2,57 кг/м3;Выбор верхнего (номинального) предела измерения расхода по шкале дифманометра – расходомера:  Где: а – число из нормального ряда: 1,0; 1,25; 1,6; 2,0; 2,5; 3,2; 4,0; 5,0; 6,3; 8,0; n – целое положительное, отрицательное число или нуль.  кг/чВнутренний диаметр трубопровода, мм при рабочей температуре  , °С:
Где – коэффициент линейного расширения, К-1 (для углеродистой стали может быть принято значение = 12,2∙10-6).
 Рисунок 17- Номограмма для определения предельного номинального перепада давления дифманометра и модуля диафрагмы mТак как точка пересечения С и находятся за пределами номограммы, воспользуемся приблизительными значениями m и :m= 0,7; = 1400 кПа = 1,4 кгс/см2Значение округляют до ближайшего из следующего нормального ряда , где b=0,04; 0,063; 0,1; 0,16; 0,25; 0,4; 0,63; 1,0; 1,6 Па (при этом m - целое положительное число). Рассчитывают число Рейнольдса при среднем расходе:   – среднего значения расхода, м3/ч;ρ – плотность измеряемой среды, кг/м3; μ – динамическая вязкость этой среды кгс∙с/м2; Динамическая вязкость измеряемой среды в рабочих условиях будет равна μ = 2,5*10-6 кгс∙с/м2;  – внутренний диаметр трубопровода, м; Проверка условия α≠f( ) в виде Re>Remin, где Remin – минимально допустимое (граничное ) число Рейнольдса зависимости от модуля m:Таблица 8
Remin =5*104; Re> Remin  >5*104Таблица 9
Re= => поток турбулентный.Вычисление вспомогательной величины ma (с точностью до четырех значащих цифр):
 – коэффициент расширения измеряемой среды за сужающим устройством в результате снижения давления на величину потерь . – наибольший перепад давления в сужающем устройстве в Па;С – вспомогательная величина.  В приложении по таблице 1 определяем коэффициент расхода α по модулю m: m=0,7; α=0,9942. Определяем по найденному значению m расчетный диаметр отверстия сужающего устройства в рабочих условиях:
По найденному значению d с учетом коэффициента линейного расширения материала диафрагмы определяем размер d20:
Производится проверка расчета по уравнению:
Определяем погрешность расчета:
4)Измерение расхода газа в трубопроводе методом переменного перепада давления Таблица 11
Избыточное давления измеряемой среды: где: – барометрическое давление =1,03 кгс/см2 – избыточное давление среды. ,кгс/см2Коэффициент потери давления на сужающем устройстве  Определение плотности измеряемой среды: где: – плотность измеряемой среды при нормальных условиях (например, для кислорода  ),  β - коэффициент объёмного расширения жидкости, К-1 (например, для керосина  ). Для воздуха   Определяем поправочный множитель на тепловое расширение материала трубопровода Kt: где: - коэффициент линейного расширения, К-1 (для углеродистой стали может быть принято значение =12,2∙10-6) Показатель адиабаты для перегретого пара при рабочих условиях χ = 1,4 Определяем действительный диаметр трубопровода: где: – диаметр трубопровода при температуре 380оС ммДинамическую вязкость измеряемой среды в рабочих условиях будет равна  .Для воздуха  .Определение параметров сужающего устройства: В зависимости от максимального контролируемого расхода пара выбирается ближайшее большее число из чисел ряда (1,0; 1,25; 1,6; 2,0; 2,5; 3,2; 4,0; 5,0; 6,3; 8,0)х10n; где n — любое целое положительное или отрицательное число или 0 (по ГОСТ 18140-84).  кг/чВыбранное число является верхним пределом измерения по шкале дифманометра- расходомера или измерительного прибора. Определяется допустимая и расчетная допустимая потеря давления в кПа при расходе, равном верхнему пределу измерения:   Определяется вспомогательная величина:  По вычисленному значению С, округленному до трех значащих цифр, находим искомое значение и приближенное значение т: Определение недостающих для расчёта данных: Рисунок 18 - Номограмма для определения предельного номинального перепада давления дифманометра и модуля диафрагмы mm=0,05  Вычисление числа Рейнольдса:  При m=0,05  .Условие выполняется. Определяем поправочный множитель на расширение пара по номограмме. Показатель адиабаты для пара в заданном диапазоне температур и давлений χ = 1.4 Вычисляем с четырьмя значащими цифрами вспомогательную величину : – коэффициент расширения измеряемой среды за сужающим устройством в результате снижения давления на величину потерь . – наибольший перепад давления в сужающем устройстве в Па;С – вспомогательная величина.  Определяем модуль т и коэффициент расхода  по таблице 1m=0,3201 α=0,6401 Определяем по найденному значению m расчетный диаметр отверстия сужающего устройства в рабочих условиях:  ммПо найденному размеру d с учетом коэффициента линейного расширения материала диафрагмы , определяем размер d20: ммПроизводится проверка расчета по уравнению ( подставляется в Па): Определяем погрешность расчета:  Погрешность расчета должна быть не более 2 %. В противном случае необходимо внести исправления в расчет.Определяем необходимые длины прямых участков трубопровода: т=0,3201 →m= L/D→ L =0,3201*500=160,05 мм Основные геометрические параметры: -толщина диафрагмы E≤0.05D=0.05*500=25 Примем Е=25 мм. -длина цилиндрического отверстия 0,05D≤ е ≤0,02D, 25≤е≤10. Примем е=7,5 мм. - c≤0.03D=0.03*500=15 Примем с=15. Таблица 12
Вывод: по результатам расчёта погрешность составляет 1,13%, что не превышает допустимого значения. Выбор дифманометра и сужающего устройства. Выбор сужающего устройства зависит от внутреннего диаметра трубопровода. При d от 100 мм и более выбираем диафрагму. При d меньше 100 мм выбираем сопло. Наиболее подходящим является сопло ИС1932. Есть 2 вида сопла ИС1932: Когда диаметр сужающего устройства меньше или равен 0,6D; Когда диаметр сужающего устройства больше или равен 0,6D. В нашем случае подходи 1 вариант, так как мой диаметр – 55мм. На рисунке 19 показан разрез общего вида сопла в плоскости, проходящей через ось горловины.  Рисунок 19 – Стандартное сопло Часть сопла, расположенная внутри ИТ, имеет круглое сечение. Сопло состоит из сужающейся части с закругленным профилем и цилиндрической части - горловины. Выбор дифманометра Сапфир датчик давления разработан и выпускается для трансформации измеренного перепада давлений в электрический сигнал на выходе с последующей передачей на регулирующие и управляющие устройства в АСУ ТП. Датчик сапфир способен определять параметры агрессивной или нейтральной среды. Сапфир 22 м дд 2410 предназначается для работы с жидкостью, газами, нефтью и продуктами её переработки, с газообразным кислородом и может эксплуатироваться на атомных станциях.   Рисунок 20 – Сапфир 22М-ДД-2410 Характеристика. Таблица 13
Вывод: сужающее устройство и дифманометр были выбраны по данным первого задания таблицы 1. В таблице 13 приведены данные датчика давления Сапфир 22М-ДД-2410 и данные полученные в ходе расчета первого задания. Сравнивая эти данные можно сделать вывод о том, что сужающее устройство и дифманометр были подобраны мною правильно и соответствуют характеристике датчику давления Сапфир 22М-ДД-2410. |
не должна превышать 2%. В противном случае необходимо внести исправления в расчет.
