Разработка расходомера переменного перепада давления с трубой Вентури

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство Образования и Науки Российской Федерации

Казанский Национально-исследовательский Технический университет им. А.Н. Туполева

Кафедра стандартизации, сертификации и технологического менеджмента

Курсовой проект

по дисциплине: Методы и средства измерений, испытания и контроля

на тему: Разработка расходомера переменного перепада давления с трубой Вентури

Казань 2012

Содержание

Определения

Обозначения и сокращения

Введение

1. Корреляционные расходы

2. Расчет ТФХ газовой смеси

3. Расчет диаметра СУ

4. Выбор дифманометра и проектирование СУ

4.1 Выбор дифманометра

4.2 Выбор материала СУ

4.3 Обоснование размеров СУ

5. Метрологические характеристики спроектированного расходометра

5.1 Расчет неопределенности результата измерений

5.2 Определение класса точности расходомера

5.3 Расчет шкалы расходомера

Заключение

Список использованных источников

Приложение

Определения

Применены термины по ГОСТ 8.586.1.-8.586.5

1. Расход - это количество вещества, протекающее через данное сечение в единицу времени.

2. Расходомер - прибор, измеряющий расход вещества.

3. Преобразователь расхода - устройство, непосредственно воспринимающее измеряемый расход (например, диафрагма, сопло, напорная трубка) и преобразующее его в другую величину (например, в перепад давления), которая удобна для измерения.

4. Перепад давления на сужающем устройстве - разность между значениями статического давления среды до и после сужающего устройства с учетом разности высоты положения отверстий для отбора давления до и после сужающего устройства.

5. Сужающее устройство - техническое устройство, устанавливаемое в измерительном трубопроводе, со сквозным отверстием для создания перепада давления среды путем уменьшения площади сечения трубопровода (сужения потока).

6. Стандартное сужающее устройство - сужающее устройство, геометрические характеристики и условия применения которого регламентированы настоящим стандартом ГОСТ 8.586.2 - ГОСТ 8.586.4.

7. Отверстие стандартного сужающего устройства - круглое отверстие сужающего устройства, соосное трубопроводу при установке сужающего устройства в трубопровод.

8. Труба Вентури - тип стандартного сужающего устройства, которое состоит из входного цилиндрического участка, сходящейся конической части (конфузора), горловины и расходящейся конической части (диффузора).

9. Число Рейнольдса - отношение силы инерции к силе вязкости потока, рассчитываемое по формуле

Re=

10. Показатель адиабаты (изоэнтропии) газа - отношение относительного изменения давления к соответствующему относительному изменению плотности газа в процессе изменения его состояния без теплообмена с окружающей средой, рассчитываемое по формуле

k =

Примечание: Значение показателя адиабаты зависит от типа газа, его температуры и давления. Показатель адиабаты используют в формулах для расчета коэффициента расширения.

11. Коэффициент истечения - отношение действительного значения расхода жидкости к его теоретическому значению, вычисляемое по формуле

С =

Значение коэффициента скорости входа Е определяют по формуле

E =

Примечание: Произведение СЕ называется «коэффициентом расхода».

12. Коэффициент расширения - поправочный коэффициент, учитывающий уменьшение плотности газа, обусловленное уменьшением его статического давления после сужающего устройства или в его горловине.

Примечание: коэффициент расширения равен единице, если измеряемая среда - жидкость, и меньше единицы, если измеряемая среда - газ.

13. Неопределенность - параметр, связанный с результатом измерений и характеризующий рассеяние значений, которые могли бы быть обоснованно приписаны измеряемой величине.

Обозначения и сокращения

Дифманометр - дифференциальный манометр;

ИТ - измерительный трубопровод;

СУ - сужающее устройство;

ТФХ - теплофизические характеристики.

Таблица 1

Обозн.	Наименование величины	Ед. величины
С	Коэффициент истечения	1
сp	Удельная теплоемкость при постоянном давлении	Дж/(кг К)
d	Диаметр отверстия сужающего устройства при рабочей температуресреды	м
	Диаметр отверстия сужающего устройства при температуре 20 °C	м
D	Внутренний диаметр измерительного трубопровода или входной части трубы Вентури при рабочей температуре среды	м
	Внутренний диаметр измерительного трубопровода или входной части трубы Вентури при температуре 20 °C	м
	Наружный диаметр преобразователя температуры, термометра или их защитной гильзы (при ее наличии)	м
E	Коэффициент скорости входа	1
H	Энтальпия	Дж/моль
K	Коэффициент сжимаемости	1
	Поправочный коэффициент, учитывающий притупление входной кромки диафрагмы	1
	Коэффициент, учитывающий изменение диаметра отверстия сужающего устройства, вызванное отклонением температуры среды от 20 °C	1
	Коэффициент, учитывающий изменение диаметра трубопровода, вызванное отклонением температуры среды от 20 °C	1
	Поправочный коэффициент, учитывающий шероховатость внутренней поверхности измерительного трубопровода	1
1	Длина	м
L	Относительная длина, L = l/D	1
М	Молярная масса	кг/моль
р	Давление среды	Па
Ра	Атмосферное давление	Па
Ри	Избыточное давление среды	Па
qv	Объемный расход среды при рабочих условиях	м3/с
	Массовый расход среды	кг/с
qc	Объемный расход среды, приведенный к стандартным условиям	м3/с
qc	Объемный расход среды, приведенный к стандартным условиям	м3/с
	Радиус входной кромки диафрагмы	м
	Начальный радиус входной кромки диафрагмы	м
Rа	Среднеарифметическое отклонение профиля шероховатости	м
Rш	Эквивалентная шероховатость внутренней поверхности измерительного трубопровода	м
R	Универсальная газовая постоянная R = 8,31451	Дж /(моль К)
Re	Число Рейнольдса	1
t	Температура среды	°С
T	Абсолютная (термодинамическая) температура среды: Т= 273,15 + t	К
	Стандартная неопределенность результата измерений величины у	Зависит от ед. величины
	Относительная стандартная неопределенность результата измерений величины у	%
Uy	Расширенная неопределенность величины у	Зависит от ед. величины
	Относительная расширенная неопределенность величины у	%
w	Продольная составляющая локальной скорости среды в измерительном трубопроводе	м/с
у	Любой контролируемый параметр	Зависит от ед. величины
Z	Фактор сжимаемости	1
	Температурный коэффициент линейного расширения материала	°С-1
	Относительный диаметр отверстия сужающего устройства	1
p	Перепад давления на сужающем устройстве	Па
	Потеря давления в устройстве подготовки потока, или в струевыпрямителе, или в сужающем устройстве	Па
	Коэффициент расширения	1
К	Показатель адиабаты	1
	Динамическая вязкость среды	Па с
	Плотность среды	кг/м3
	Коэффициент расхода	1
	Относительная погрешность результата измерений	%

Введение

Оценка современного состояния заданного параметра среды.

На сегодняшний день измерение среды газов и их теплофизических характеристик стали легко доступными. Причем данное измерение ТФХ проводится с повышенной точностью. С развитием промышленности их значение лишь приобретает важность. Самая ответственная задача в организации учета газа - это выбор метода измерения, подходящего для индивидуальных условий измерений и предполагаемых расходов и объемов. Применение того или иного метода измерения обусловленно необходимостью знания и наличия полной информации об измеряемой среде и предполагаемой точности измерения расхода газа.

При выборе метода измерений и средств измерения со вспомагательным техническим оборудованием, учитывают:

- режимы течения газа - это диапазоны изменения расхода газа с характеристикой динамических изменений (прерывистыми, переменными, пульсирующими);

- параметры состояния газа и его физико-химические показатели (такие как, давление и температура газа, постоянство состава газа и наличие механических примесей или конденсата в потоке газа);

- конструктивные особенности узла учета - это внутренний диаметр трубопровода, их количество, наличие местных сопротивлений и регуляторов давления;

- нормы погрешности измерений.

Актуальность ее измерения с требуемой точностью.

Актуальность измерения заданного параметра среды с требуемой точностью в наше время не вызывает сомнений. Это необходимо для управления, ведения и стабилизации производства. Благодаря таким измерениям, можно обеспечить оптимальный режим технологических процессов в энергетике, металлургии, в химической, нефтяной и многих других отраслях промышленности. А также для автоматизации производства и достижения при этом максимальной эффективности.

Цель курсового проекта - проектирование расходомера переменного перепада давления с трубой Вентури, при заданных температуре и давлении.

Задачами курсового проекта являются:

1) развитие навыков самостоятельных решений инженерных задач;

2) расчет теплофизических характеристик газовой смеси при указанном составе, температуре и давлении;

3) расчет всех размеров сужающего устройства;

4) выбор дифференциального манометра.

1. Корреляционные расходомеры

Принцип действия

Потоки измеряемого вещества редко бывают однородными, так как плотность, электрическая проводимость, температура и т. д. подвержены изменению. Вычислить объемный расход потока можно имея параметры потока в двух сечениях, находящихся на некотором удалении L и, учитывая поперечное сечение потока.

Схема корреляционного расходомера (рис. 1):

Рис.1 Схема корреляционного расходомера

- параметры потока фиксируются преобразователями 1 и 2 в сечениях А и Б расходомера;

- сигналы в сечениях случайного характера и имеют корреляционную связь.

Сигнал в сечении А опережает сигнал в сечении Б на некоторое время. Вычисление этого времени происходит с помощью коррелометра (см. рис.1, блок 3,4,6) вычислительного устройства 5. Далее в блоке 6 происходит преобразование сигнала. Блок 6 установлено регулирующее устройство изменения Т задержки. Блок 3 умножает сигналы, а блок 4 показывает среднюю величину сигнала за определенное время.

Структурная схема

Метрологические характеристики

,

где С_р - теплоемкость (для газа при постоянном давлении) при температуре (Т₁-Т₂)/ 2, Дж/кгК;

k - поправочный коэффициент, учитывающий потери тепла в окружающую среду, погрешность измерения из-за неравномерности распределения температур по сечению трубопровода и возможность повышения Т₁ за счет теплопередачи от нагревателя.

Из уравнения следует, что при W = const расход Q_M обратно пропорционален , и соответствующая кривая является гиперболой. При этом чувствительность прибора падает с ростом расхода. Если же автоматически поддерживать W = const путем изменения мощности W нагрева, то между Q_M и W будет прямая пропорциональность, за исключением области малых скоростей, где уравнение неприменимо.

Область применения

Корреляционные расходомеры предназначены в первую очередь для измерения многофазных веществ и различных потоков, имеющих какие-либо неоднородности. Иногда случайные изменения какого-либо параметра потока, например температуры с помощью нагревателя, создаются искусственным путем. Перед преобразователями корреляционного расходомера надо иметь прямой участок трубы. Длина такого участка после колена должна быть не менее (5-10)диаметров трубы.

Преимущества и недостатки

Достоинства корреляционных расходомеров: возможность применения для измерения расхода загрязненных сред, многофазных потоков и расплавленных металлов; отсутствие потери давления; отсутствие контакта с измеряемым веществом в большинстве случаев.

Недостатки корреляционных расходомеров: длительность процесса измерения, так как с уменьшением времени измерения погрешность возрастает; ограниченная точность, обычно погрешность измерения расхода не менее 1,5-2 %.

Измерение расхода среды методом переменного перепада давления

Расходомеры с СУ - важнейшие среди расходомеров переменного перепада давления. Они являются наиболее универсальными, так как позволяют измерять расход жидкостей, газов и пара, протекающих в трубопроводах, практически при любых давлениях и температурах. Их работа основана на зависимости от расхода перепада давления, образующегося на сужающем устройстве в результате частичного прехода потенциальной энергии потока в кинетическую.

Расходомеры состоят из сужающего устройства - диаграммы, сопло, трубы Вентури - устанавливаемого на трубопроводе и создающего местное сужение потока. Перепад давления в сужающем устройстве измеряется с помощью дифманометра; величина перепада давления является мерой скорости потока в сужающем устройстве и, следовательно, мерой расхода.

Измеряемая среда: смесь из трех компонентов - азота, диоксида углерода и кислорода.

Состав смеси в массовых долях g:

0,1N₂ + 0,2 O₂ + 0,7 CO₂

Рабочие значения параметров смеси:

- температура смеси Т=900К;

- абсолютное давление смеси =1,4 МПа.

Для вывода уравнения расхода и установления размеров СУ при измерении расхода газовой смеси методом переменного перепада давления требуется рассчитать число Рейнольдса, коэффициент истечения и коэффициент расширения газовой смеси, в которые входят следующие характеристики измеряемой среды:

с- плотность газовой смеси, кг/м³ ;

з- динамическую вязкость газовой смеси, Па с;

г - показатель изоэнтропии (адиабаты) газовой смеси.

Для расчета указанных ТФХ измеряемой среды необходимо знание молярной массы, фактора сжимаемости, изохорной и изобарной теплоемкостей и динамической вязкости компонентов газовой смеси.

давление газовый дифманометр расходомер

2. Расчет ТФХ газовой смеси

По данным справочника (6) составляется таблица необходимых физических констант компонентов. Для удобства пользования составленной таблицей и проведения дальнейших расчетов каждому компоненту газовой смеси присвоен свой номер, а сами физические константы компонентов при этом проиндексированы соответствующими номерами.

Таблица 2 - Физические характеристики компонентов газовой смеси

i, номер компонента	Компонент газовой смеси	Массовая доля g	м, Кг/кмоль
1	N2	0,1	28,013
2	O2	0,2	32,000
3	CO2	0,7	44,011

Вычисляется кажущаяся молярная масса газовой смеси по формуле:

После подстановки:

=38,873кг/кмоль

Вычисляются объемные доли компонентов газовой смеси по формуле:

После подстановки:



Проверяется условие (2.2) [1]:

Вычисляются парциальные давления компонентов газовой смеси по формуле 2.3 [1] с точностью до двух знаков после запятой:

p_i = r_i p, МПа

После подстановки:

р₁ = 0,1391,4МПа 0,19МПа;

р₂ = 0,2431,4МПа 0,34МПа;

р₃ = 0,6181,4МПа 0,86МПа;

По данным справочника [2] составляются таблицы из близлежащих по температуре и давлению ТФХ компонентов газовой смеси для проведения интерполяции.

Таблица 3 - ТФХ азота при температуре Т=900К

Р, МПа	z	Cv, Дж/(кг*К)	Ср, Дж/(кг*К)	з 107, Па*с
0,1	1,0003	890	1187	436,4
1	1,0003	890	1187	436,6

Таблица 4 - ТФХ кислорода при температуре Т=900К

Р, МПа	z	Cv, Дж/(кг*К)	Ср, Дж/(кг*К)	з*107, Па*с
0,1	1,0002	845	1105	519,4
1	1,0024	845	1105	519,6

Таблица 5 - ТФХ диоксида углерода при температуре Т=900К

Р, МПа	z	Cv, Дж/(кгК)	Ср, Дж/(кгК)	з107, Пас
0,1	1,0002	1070	1259	437,8
1	1,0022	1071	1261	438,4

С помощью интерполяционных формул и по данным из таблиц 2-4 вычисляются ТФХ компонентов газовой смеси и сводятся в таблицу 5.

Формула линейной одномерной интерполяции в этом случае примет вид:

где Y - значение искомой ТФХ компонента газовой смеси при парциальном давлении р (р_м< р <р_б);

- ближайшее меньшее табличное значение давления;

- ближайшее большее табличное значение давления;

- табличное значение ТФХ при давлении

- табличное значение ТФХ при давлении

Расчет ТФХ для азота:

Вычисляется z :

Вычисляется C_v :

Вычисляется С_р :

Вычисляется з:

Расчет ТФХ для кислорода:

Вычисляется z :

Вычисляется C_v :

Вычисляется С_р :

Вычисляется з:

Расчет ТФХ для диоксида углерода:

Вычисляется z :

Вычисляется C_v :

Вычисляется С_р :

Вычисляется з:

Таблица 6 - ТФХ компонентов газовой смеси при температуре Т=900К и соответствующих парциальных давлениях

i, номер компонента	Компонент газовой смеси	Парциальное давление Р, МПа	z	Cv, Дж/(кгК)	Ср, Дж/(кгК)	з107, Пас
1	N2	0,19	1,0026	890	1187	436,42
2	O2	0,34	1,0007	845	1105	519,44
3	CO2	0,86	1,0016	1071	1260	438,2

Вычисляем фактор сжимаемости газовой смеси по формуле:

После подстановки:

Вычисляется плотность газовой смеси по формуле:

После подстановки:

Вычисляется динамическая вязкость газовой смеси по формуле 2.4 [1], которая в общем случае при n=3 имеет вид:



В принятых индексах формула преобразуется в следующий вид:

Коэффициенты при этом принимают вид:

……………………………………………………………………………

После подстановки коэффициенты принимают значения:

Вычисленные значения коэффициентов сведены в таблицу 7.

Таблица 7 - Значения коэффициентов

		Индекс j
		1	2	3
Индекс i	1	1	1,146	1,401
	2	1,234	1	1,464
	3	1.003	0,973	1

При рассчитанных коэффициентах и объемных долях вычисляются комплексы , результирующие значения которых приведены в таблице 8.

Таблица 8 - Значения комплексов

1,283	1,319	0,994

В итоге коэффициент динамической вязкости газовой смеси равен:

Вычисляется удельная изохорная теплоемкость газовой смеси по формуле:

Вычисляется удельная изобарная теплоемкость газовой смеси по формуле:

Вычисляется показатель адиабаты газовой смеси по формуле:

В итоге ТФХ измеряемой среды (газовой смеси) равны:

Рассчитывается массовый расход газовой смеси по формуле:

где - предельное значение числа Рейнольдса;

- число Пи;

- динамическая вязкость газовой смеси, Пас;

D - диаметр условного прохода трубопровода, м.

Значение выбирается из ряда , где

n - целое (положительное или отрицательное) число или нуль;

a - одно из чисел ряда 1; 1,25; 1,6; 2; 2,5; 3,2; 4; 5; 6,3; 8.

Значение :

а = 2

n = 1

= 20кг/с

Таблица 9. Результаты расчетов 2-ой главы

Обозначение	Наименование	Данные
	Средняя молярная масса среды	38,873	кг/кмоль
р1	Парциальное давление азота	0,19	МПа
р2	Парциальное давление кислорода	0,34	МПа
р3	Парциальное давление диоксида углерода	0,86	МПа
	Фактор сжимаемости	1,002
	Плотность газовой смеси	7,244	кг/м3
	Динамический коэф-т вязкости	415,421 10-7	Па·с
	Объемная доля азота	0,139
	Объемная доля кислорода	0,243
	Объемная доля углекислого газа	0,618
	Удельная изобарная теплоемкость	1222	Дж/(кг·К)
	Удельная изохорная теплоемкость	1008	Дж/(кг·К)
	Показатель адиабаты	1,212

3. Расчет диаметра СУ

Массовый расход газовой смеси в общем случае рассчитывается по формуле из [3]:

где E - коэффициент скорости входа;

C - коэффициент истечения;

- коэффициент расширения;

d - диаметр горловины СУ, м;

- плотность газовой смеси, кг/м³;

- перепад давления на СУ, Па.

Коэффициент скорости входа определяется по формуле:

Коэффициент истечения трубы Вентури с литой (без обработки) входной конической частью принимается равным

С = 0,984 при Re2·10⁵

Коэффициент расширения рассчитывают по формуле:

Формулу применяют только при соблюдении условия:

Диаметр СУ находится из [2] (пункт 3.2.12):

Значение коэффициента , согласно [3] (пункт 5.1.2), должно удовлетворять условию 0,30 ? ? 0,75.

Значения перепада давления (при ? 16 МПа) выбираются из ряда предпочтительных чисел:

0,01МПа;

0,016МПа;

0,025МПа;

0,04МПа;

0,063МПа;

0,1МПа;

0,16МПа;

0,25МПа.

Параметр находится при помощи функции root в пакете программ MATHCAD (Приложение А).

В таблице 10 показаны значения перепада давления и соответственные значения коэффициента .

Таблица 10 - Результаты вычислений в программе MATHCAD

0,01	0,767
0,016	0,701	2414
0,025	0,639	3772
0,04	0,577	6035
0,063	0,522	9505
0,1	0,472	15087
0,16	0,428	24139
0,25	0,395	37718

Из полученных значений условию 0,30 ? ? 0,75 удовлетворяют 7 значений.

При

При

При

При

При

При

При

Оставшиеся значения коэффициента лежат за пределами установленных границ.

Для каждой пары значений и рассчитывается потеря давления. Потеря давления определяется согласно формуле (5.10) [3](пункт 5.9):

Если А= 1,095; =0,10; =0,81, то

Наилучшим является тот вариант, в котором потеря давления будет наименьшей: .

Следовательно выбирается пара значений :

Па

Значение в=0,701, что соответствует пункту 5.1.2 [3].

Вычисляется диаметр отверстия СУ по формуле:

4. Выбор дифманометра и проектирование СУ

4.1 Выбор дифманометра

Перепад давления на СУ определяется с помощью дифманометра показывающего сигнализирующего ДСП-4Сг-М1 путем его подсоединения через соединительные трубки к отверстиям для отбора давления.

Дифманометр показывающий сигнализирующий ДСП-4Сг-М1имеет технические характеристики, приведенные в таблице 11.

Таблица 11

Наименование технической характеристики	Наиболее ближайшее подходящее значение
Предельно допускаемое рабочее избыточное давление, МПа	6,3·106
Предельный номинальный перепад давления, МПа	0,01·106
Класс точности	1
Верхний предел измерений	25

4.2 Выбор материала СУ

Трубу Вентури, кольцевую усредненную камеру с кольцевой щелью изготавливают из коррозионно-эрозионно стойкого по отношению к среде материала, температурный коэффициент линейного расширения которого известен в рабочем диапазоне температур. Выбранным материалом является сталь марки 45Х14Н14В2М. Для изготовления гаек и шайб используют сталь марки 12Х18Н10Т.

4.3 Обоснование размеров СУ

Из условия D=300мм, Re=2·10⁵ выбираем Трубу Вентури изготавливаемую литьем в песочную форму или другими способами, которые не предусматривают обработку входной конической части трубы Вентури. Горловину трубы Вентури обрабатывают, места перехода между коническими и цилиндрическими элементами закругляют. Данную разновидность трубы Вентури применяют при следующих условиях:

0,10м ? D? 0,80м;

0,3 0? в ? 0,75;

Re ? 4·10⁴.

Рис.2 Геометрический профиль трубы Вентури: Е - диффузор; С - горловина; В - сужающаяся коническая часть; А - входной цилиндрический участок; F - плоскости соединения трубы Вентури

На рисунке 2 приведен разрез трубы Вентури в плоскости, проходящей через ее ось. Труба Вентури состоит из входного цилиндрического участка A, сужающейся конической части В, цилиндрической горловины С и диффузора Е. Внутренняя поверхность трубы Вентури является цилиндрической и концентрической к оси ИТ.

Соосность сужающейся конической части В и цилиндрической горловины С проверяют визуально. Минимальная длина входного цилиндрического участка А, измеренная от места его соединения с ИТ до плоскости пересечения внутренних поверхностей А и В, должна соответствовать требованиям 5.2.8, 5.2.9 и 5.2.10. Диаметр D определяют измерениями внутренних диаметров входного цилиндрического участка А в плоскости отверстий для отбора давления. Минимальное число измерений должно быть равно числу отверстий для отборов давления (но не менее четырех).

Сужающаяся коническая часть В для всех разновидностей труб Вентури должна иметь угол конуса 21° + 1° (см. рисунок 1). Эта часть ограничена на входе плоскостью, проходящей через пересечение поверхностей В и А(или их продолжением), и на выходе -- плоскостью пересечения поверхностей Б и С (или их продолжением). Общая длина сужающейся конической части В, измеренная параллельно оси трубы Вентури, приблизительно равна

B=2,7 (D--d)=2,7(300-210)=240мм. Место перехода сужающейся конической части В во входной цилиндрический участок А имеет радиус R₁, значение которого зависит от разновидности трубы Вентури. R₁=1,375D±0,275D=1,375·300±0,275·300=412±82 мм.

Длина горловины С, т.е. расстояние между указанными плоскостями, должна быть равнаC=(1±0,03)d=(1±0,03)·210=210±0,03мм независимо от разновидности трубы Вентури.

В месте соединения горловины С с сужающейся конической частью В имеется закругление с радиусом R₂, а в месте сопряжения горловины и диффузора -- закругление с радиусом R₃.

R₂=3,625·d±0,125d=3,625·210±0,125·210=761±26мм

Радиус R₃ должен быть от 5d и до 15d , оптимальное значение равно 10d (если выбрано не оптимальное значение, то рекомендуется при малых углах устанавливать значение радиуса R₃ более 10d).

R₃ =10·d =10·210=2100мм.

Диффузор Е должен иметь угол (см. рис. 2) в пределах от 7°до 15°. Рекомендуется выбирать угол не более 8°.

Наименьший диаметр диффузора должен быть не менее диаметра горловины.

Минимальная длина входного цилиндрического участка А должна быть равна меньшему из двух значений -- D или 0,25D + 250 мм=0,25·300+250= 325мм.

Внутренняя поверхность входного цилиндра А может быть не обработана, если ее качество такое же, как качество поверхности входной конической части В.

Длина цилиндрической части горловины должна быть не менее d/3=210/3=70мм.

Длина цилиндрической части горловины, находящейся между концом радиуса R₂ и плоскостью, проходящей через оси отверстия для отбора давления, также как и длина цилиндрической части между плоскостью, проходящей через оси отверстий для отбора давления, и началом радиуса R₃ должна быть не менее d/6=210/6=35мм.

Значение диаметра горловины d рассчитывается по [2] (формула 5.4.):

рассчитывается по [2] (формула 5.6.):

 ,

где - температурный коэффициент линейного расширения материала СУ;

- рабочая температура, °С.

Значение температурного коэффициента линейного расширения для стали марки 12Х18Н10Т рассчитывается по [2] (формула Г.1):

где - постоянные коэффициенты, определяемые в соответствии с таблицей Г.1 [11].

Для марки стали 12Х18Н10Т значения коэффициентов следующие:

Температурный коэффициент линейного расширения материала равен:

Коэффициент равен:

Тогда значение диаметра горловины d равно:

Угол конусности диффузора равен 7°.

Чистота обработки внутренней поверхности трубы Вентури равна:

Отбор давления

Отбор давления до трубы Вентури и в горловине проводят через отдельные отверстия, соединенные по схеме, приведенной в рис.2, или с помощью кольцевой камеры усреднения, или пьезометрического кольца. Использование для отбора давления сплошных кольцевых щелей или равномерно распределенных по горловине пазов не допускается.

Так как d не менее 33,3 мм, то диаметр отверстий для отбора давления должен быть от 4 до 10 мм. При этом диаметр отверстий для отбора давления до трубы Вентури должен быть не более 0,1D=0,1·300=30мм,

а в горловине трубы Вентури -- не более 0,13d=0,13·210=27мм.

До трубы Вентури и в ее горловине должно быть не менее чем по четыре отверстия для отбора давления. Оси отверстий должны образовывать между собой равные углы и должны быть расположены в плоскости, перпендикулярной к оси трубы Вентури.

В месте выхода во внутреннюю полость трубы Вентури отверстие должно быть круглым. Кромки отверстия должны быть заподлицо с внутренней поверхностью трубы Вентури.

Для трубы Вентури с литой (без обработки) входной конической частью расстояние между осью отверстия для отбора давления, расположенного до трубы Вентури, и плоскостью пересечения поверхностей А и В (или их продолжениями) должно быть равно:

для 0,15м<D<0,8м.

Расстояние между плоскостью пересечения поверхностей В и горловины Е (или их продолжениями) и осью отверстий для отбора давления, расположенных в горловине, должно быть равно (0,5 ± 0,02)d = (0,5±0,02)·210=105±0,02мм.

По данным размерам составляется чертеж общего вида трубы Вентури и чертеж детали.

5. Метрологические характеристики спроектированного расходомера

5.1 Расчет неопределенности результата измерений

Неопределенность расхода при измерении массового расхода газовой смеси рассчитывается по [4], формула (10.14):

где - неопределенность коэффициента истечения;

- неопределенность поправочного коэффициента К_ш;

- неопределенность поправочного коэффициента К_п;

- неопределенность измерения условного диаметра трубопровода;

- неопределенность измерения диаметра горловины СУ;

- неопределенность коэффициента расширения;

- неопределенность результата измерения перепада давления;

- неопределенность результата измерения плотности газовой смеси при рабочих условиях.

Неопределенность коэффициента истечения рассчитывается по [4] (формула 10.17):

,

где - методическая составляющая неопределенности измерения коэффициента истечения СУ;

- составляющая неопределенности коэффициента истечения, которая обусловлена сокращением длины прямолинейных участков;

- составляющая неопределенности коэффициента истечения, которая обусловлена сокращением длины прямолинейных участков между СУ и гильзой термометра;

- составляющая неопределенности смещения оси отверстия СУ относительно ИТ;

- составляющая неопределенности определения высоты уступа в месте стыка двух секций ИТ.

Методическая составляющая неопределенности измерения коэффициента истечения СУ определяется согласно [3] (пункт 5.7.1):

Составляющая неопределенности , так как местных сопротивлений перед СУ нет;

Составляющая неопределенности , по пункту 6.3.5 [4];

Составляющая неопределенности , так как нет смещения оси отверстия СУ относительно ИТ;

Составляющая неопределенности , так как трубопровод на расстоянии 2D от СУ не является составным.

Таким образом, неопределенность коэффициента истечения СУ равна:

Неопределенность измерения условного диаметра трубопровода определяется в соответствии с [4] (пункт 10.3.2):

Неопределенность измерения диаметра горловины СУ определяется в соответствии с [4] (пункт 10.3.2):

Относительная стандартная неопределенность коэффициента расширения рассчитывается по формуле 10.18,[4]:



где - методическая составляющая неопределенности коэффициента расширения СУ;

- неопределенность результата измерения ;

- неопределенность результата измерения;

- неопределенность поправочного коэффициента на притупление входной кромки трубы.

рассчитывается по [3](пункт 5.8):

где - перепад давления на СУ,Па;

- абсолютное давление газовой смеси, Па.

Случайной составляющей можно пренебречь.

Таким образом неопределенность коэффициента расширения будет равна:

Неопределенность результата измерения перепада давления определяется по классу точности дифманометра:

Неопределенность результата измерения плотности газовой смеси при рабочих условиях определяется по показанию плотномера для рабочих условий:

После подстановки данных в уравнение неопределенности расхода:

5.2 Определение класса точности расходомера

Предел допускаемой относительной погрешности средства измерения определяется по формуле в соответствии с [10]:

q·10ⁿ

где n- любое цело число;

q - отвлеченное положительное число, выбираемого из ряда значений

(1; 1,5; 2; 2,5; 4; 5; 6)

1,5·10⁰=1,5%

Класс точности на приборе обозначается в виде 1,5.

5.3 Расчет шкалы расходомера

Шкала расходомера строится по уравнению номинальной функции преобразования:

Где E - коэффициент скорости входа;

C - коэффициент истечения;

- коэффициент расширения;

d - диаметр горловины СУ, м;

- плотность газовой смеси, кг/м³;

- перепад давления на СУ, Па.

Предельное значение шкалы расходомера равно 20 кг/с. Угол поворота стрелки задается против часовой стрелки. Максимальный угол поворота 270°.

Шкала расходомера неравномерна. Точность показаний гарантируется в пределах от 30 до 100% от q_m. Вследствие этого на часть шкалы в интервале от 30 до 100% от q_m, оцифрованные отметки не наносятся.

Уравнение угла поворота стрелки:

 - номинальный перепад давления, Па;

- суммарный угол поворота стрелки, равный 270°.

В таблице 12показана зависимость угла поворота стрелки от величины массового расхода.

Таблица 12

Оцифрованные отметки шкалы, кг/с
0	0	0
5	400	10,8
10	1600	43,2
15	3600	97,2
20	6400	172,8
25	10000	270

На основании данных таблицы 10 составляется чертеж шкалы расходомера (Приложение Б Чертеж шкалы расходомера).

Заключение

В процессе выполнения задания на курсовой проект были изучены методы и средства измерения расхода газовой смеси с указанием области применения, а также изучен принцип измерения расхода по переменному перепаду давления на СУ, заданному в виде трубы Вентури. Кроме того, были рассчитаны ТФХ газовой смеси при указанном в задании составе, температуре и давлении; рассчитаны все размеры СУ по ГОСТ 8.586 - 2005. Так же был выбран тип дифференциального манометра, используемого для измерения перепада давления на СУ, и материал деталей СУ и элементов присоединения его к трубопроводу. Разработан чертеж общего вида и чертеж детали трубы Вентури. Были определены следующие метрологические характеристики спроектированного расходомера:

- номинальная функция преобразования;

- неопределенность результата измерения;

- класс точности;

- потеря давления;

- чертеж шкалы расходомера.

Результаты курсового проекта могут быть использованы в процессе проектирования расходомера, состоящего из сужающего устройства в виде трубы Вентури и дифференциального манометр, для учета расхода газовой смеси.

Приложение А

Расчет коэффициента с помощью программы MATHCAD

массовый расход газовой смеси

абсолютное давление

перепад давления на сужающем устройстве

уравнение расхода

значение

Размещено на Allbest.ru