Расчет расходомера переменного давления для измерения расхода горячей воды

Размещено на http://www.allbest.ru/

Дисциплина «физические основы получения информации»

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

к курсовой работе на тему:

Рассчитать расходомер переменного давления для измерения расхода горячей воды

Задание на курсовую работу

Рассчитать расходомер переменного давления для измерения расхода горячей воды из котельной, поступающей на обогрев жилого фонда.

Исходные данные:

Измеряемая среда - вода.

Ожидаемый расход воды: номинальный - 200 м3/час; максимальный - 230 м3/час.

Статическое избыточное давление в трубопроводе -P = 0,7 МПа.

Температура водыt = + 80 0С.

Номинальный диаметр трубопровода (при 209С) -D20 = 400мм.

Допустимая потеря давления в сужающем устройстве -Pп = 0,03 МПа.

Допустимая погрешность измерения расхода -2%

Порядок расчета

Дифманометры в комплекте с сужающими устройствами применяются для измерения расхода жидкости, газа или пара по перепаду давления. В трубопроводе, по которому протекает жидкое или газообразное вещество, устанавливается устройство (диафрагма, сопло, сопло Вентури), создающее местное сужение потока (рис. 1). Вследствие перехода части потенциальной энергии давления в кинетическую энергию средняя скорость потока в суженом сечении повышается, в результате чего статическое давление в данном сечении становится меньше статического давления перед сужающим устройством. Разность этих давлений (перепад давления) тем больше, чем больше расход протекающего вещества, и, следовательно, может служить мерой расхода.

Расчет сужающего устройства для измерения расхода жидкости выполняется по следующей образом:

Определяют недостающие для расчета данные:

а) определяем абсолютное давление по формуле:

Р=РИ+1, где

P - абсолютное давление

РИ - избыточное давление

1 - барометрическое давление для жидкостей

Используя следующие формулы переводим единицы измерения давления в кгс/сек:

Следовательно РИ=0,7 Мпа = 7,1 кгс/см2

Тогда,

Р=РИ+1=8,1 кгс/см2=794334,6Па

б) По таблице (Приложение 2) определяем плотность воды при заданной температуре t и давлении P:

Из таблицы видно, что при наших значения температуры и давления, плотность равна:

с=972,8 кг/м3

в) Значения диаметра D, соответствующий рабочей температуре t вещества в трубопроводе, определяется по следующей формулой:

,где

D20 - диаметр трубопровода при 200С

-- средний коэффициент линейного теплового расширения материала сужающего устройства (трубопровода) в интервале от 20 до t°С, 1/град. В диапазоне температур от 600С до 5000С для стали и чугуна можно считать коэффициент линейного расширения равным 0С-1

г) Динамический коэффициент вязкости определяем из таблицы:

м=0,3550 мПа*с=0,0036*10-3 кгс*сек/м2

Выбираем сужающее устройство и тип дифманометра, руководствуясь следующими соображениями:

- При выборе сужающего устройства:

а) сопло Вентури устанавливается в тех случаях, когда потеря давления имеет решающее значение;

б) при одних и тех же значениях расхода и перепада давления потеря давления в диафрагме и сопле приблизительно одинакова (модуль сопла получается меньшим). Однако при этих условиях для сопла требуются более короткие прямые участки трубопровода;

в) при одних и тех же значениях модуля и перепада давления сопло позволяет измерять больший расход, чем диафрагма, а при D ? 300 мм обеспечивает также более высокую точность измерения в сравнении с диафрагмой (особенно при малых модулях);

г) при одних и тех же значениях модуля и расхода потеря давления в сопле значительно меньше, чем в диафрагме;

д) точность измерения расхода газов и пара при применении сопла выше, чем при применении диафрагмы;

е) изменение или загрязнение входного профиля сужающего устройства в процессе эксплуатации влияет на коэффициент расхода диафрагмы в значительно большей степени, чем на коэффициент расхода сопла.

- При выборе дифманометра:

а) манометры можно применять для измерения расхода только тех веществ, которые указаны в руководстве по монтажу и эксплуатации данных приборов (если при этом не производится непрерывная подача защитной жидкости или газа в соединительные линии и не применяются разделительные сосуды);

б) манометры, потребляющие электроэнергию, в случае их установки в пожаро- и взрывоопасном помещении должен удовлетворять требованиям соответствующих нормативных документов;

в) требуемая разновидность манометра устанавливается в зависимости от наличия у нее необходимых устройств для отсчета и передачи показаний, интегрирования, автоматической коррекции, сигнализации, регулирования и др.;

г) максимальное рабочее давление, на которое рассчитан манометр, не должно быть меньше максимального рабочего давления в трубопроводе перед сужающим устройством.

Исходя из всех этих условий выбираем следующие сужающее устройство и дифманометр:

сужающее устройство - мембрана

дифманометр - «Сапфир -22М»-ДД-К,

Определяем предельный номинальный перепад давления дифманометраДРн и модуль сужающего устройства m:

а) Номинальный перепад давления дифманометраДРн определяется из следующей зависимости:

,где

- допустимая потеря давления в сужающем устройстве

- номинальный перепад давления дифманометра

Исходя из этого условия вычисляем:

б) Исходя из этого, по таблице выбираем дифманометр:

Выбираем «Сапфир -22М»-ДД-К 2440 со следующими характеристиками:

- верхний предел измерений: 63 кПа

- предельное допустимое рабочее давление 16 Мпа

-основная погрешность 0,25%

в) Для определения модуля m воспользуемся графиком:

Граничное число Рейнольдса:

а -- диафрагмы; б -- сопла и сопла Вентури

Для определения модуля m, по графику необходимо определить число Рейнольдса:

Где Q0 - номинальный расход

D - диаметр трубы при рабочей температуре

м - динамический коэф. Вязкости

с - плотность воды при рабочей температуре

Так как критерий Рейнольдса получается выше максимального значения на графике, то выбираем любое значение модуля m. Выбираем m=0,7

По значению m вычисляем коэффициент расхода бии определяем значение коэффициента расхода б:

а) коэффициент расхода би определяется из таблицы 1:

Из данной таблицы выбираем последнюю формулу для диафрагм, так как модуль m>0,5:

б) Определяем коэффициент расхода б по формуле:

,где

би - коэффициент расхода

k2 и k3 - поправочные модули, определяемые по следующим графикам:

Поправочный множитель на шероховатость трубопровода для диафрагм.

Поправочный множитель на неостроту входной кромки диафрагмы.

Исходя из графиков выбираем поправочные модули k2 и k3 (т.е. из графиков видно, что при наших значения m и D они равны 1) и подставляем их в формулу:

б= би=

Определяем число РейнольдсаRе при расходе, равном Qср:

Qср=215 м3/час

Так как Rе>Remin расчет продолжаем.

Подсчитываем искомое значение d20 диаметра отверстия сужающего устройства при 20°С по формуле:

,где

D - диаметр трубопровода при рабочей температуре

Производим расчет погрешности измерения расхода:

Средняя квадратичная относительная погрешность измерения расхода показываемого дифманометром определяется по формуле:

,где

- Средняя квадратичная относительная погрешность коэффициента расхода

- Средняя квадратичная относительная погрешность поправочного множителя на расширение измеряемой среды

- погрешность значения перепада давления в сужающем устройстве приравненная погрешности измерения разности давлений в дифманометре

- Средняя квадратичная относительная погрешность значения плотности жидкости

а) Средняя квадратичная относительная погрешность коэффициента расхода равна:

,где

Значения приведены на графиках:

Значения для диафрагм определяются из следующих графиков:

Средняя квадратичная погрешность исходного коэффициента расхода диафрагм

Средняя квадратичная погрешность поправочного множителя на шероховатость для диафрагм

Средняя квадратичная погрешность поправочного множителя на неостроту входной кромки диафрагмы

Исходя из графиков определяем: