Разработка расходомера переменного перепада давления с трубой Вентури

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

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 СЕназывается «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.

Обозначение	Наименование величины	Единица величины
С	Коэффициент истечения	1
сp	Удельная теплоемкость при постоянном давлении	Дж/(кг К)
d	Диаметр отверстия сужающего устройства при рабочейтемпературесреды	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
	Радиус входной кромки диафрагмы	м
	Начальный радиус входной кромки диафрагмы	м
Ra	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 единицы величины
	Относительная стандартная неопределенность результата измерений величины у	%
Uy	Расширенная неопределенность величины у	Зависит от единицы величины
	Относительная расширенная неопределенность величины у	%
w	Продольная составляющая локальной скорости среды в измерительном трубопроводе	м/с
у	Любой контролируемый параметр	Зависит от единицы 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 обусловлено необходимостью знания и наличия полной информации об измеряемой среде и предполагаемой точности измерения расхода газа.

При выборе метода измерений и средств измерения со вспомогательным 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.

шкала расходомер газовый давление

1. Корреляционные расходомеры

1.1 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):

- 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.

1.2 Структурная схема

Рис.1 Схема корреляционного расходомера

1.3 Метрологические характеристики

,

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

- 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 QMобратно 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 QM и W будет прямая пропорциональность, за исключением области малых скоростей, где уравнение неприменимо.

1.4 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.

1.5 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 %.

1.6 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:

- плотность газовой смеси, кг/м3 ;

- динамическую вязкость газовой смеси, Пас;

? - 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.

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 1 - Физические характеристики компонентов газовой смеси

i, номер компонента	Компонент газовой смеси	Массовая доля g	,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:

pi=rip, 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 2 - ТФХ азота при температуре Т=900К

Р, МПа	z	Cv, Дж/(кгК)	Ср, Дж/(кгК)	?107, Пас
0,1	1,0003	890	1187	436,4
1	1,0003	890	1187	436,6

Таблица 3 - ТФХ кислорода при температуре Т=900К

Р, МПа	z	Cv, Дж/(кгК)	Ср, Дж/(кгК)	?107, Пас
0,1	1,0002	845	1105	519,4
1	1,0024	845	1105	519,6

Таблица 4 - ТФХ диоксида углерода при температуре Т=900К

Р, МПа	z	Cv, Дж/(кгК)	Ср, Дж/(кгК)	?107, 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 (рм< р <рб);

- 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 Cv :



Вычисляется Ср :

Вычисляется ?:

Расчет ТФХ для кислорода:

Вычисляется z:

Вычисляется Cv :

Вычисляется Ср :

Вычисляется ?:

Расчет ТФХ для диоксида углерода:

Вычисляется z:

Вычисляется Cv :

Вычисляется Ср :

Вычисляется ?:

Таблица 5 - 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)	?107, 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:

Где

В принятых индексах формула преобразуется в следующий вид:

Где

Коэффициенты при этом принимают вид:

……………………………………………………………………………

После подстановки коэффициенты принимают значения:



Вычисленные значения коэффициентов сведены в таблицу 6.

Таблица 6 - 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 7.

Таблица 7 - 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 8. 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
	Динамическийкоэф-т вязкости	415,421	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:

где

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 rootв пакете программ MATHCAD (Приложение А).

В таблице 9 показаны значения перепада давления и соответственные значения коэффициента .

Таблица 9 - 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):

где

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 ?=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 10.

Таблица 10

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=2·10 5 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;

0,30???0,75;

Re?4·104.

На рисунке 1 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.

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

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 АиВ, 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 равна C=(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 5dи до 15d, оптимальное значение равно 10d(если выбрано не оптимальное значение, то рекомендуется при малых углах устанавливать значение радиуса R3более 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 R2и 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 R3должна 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 Кш;

- неопределенность поправочного коэффициента Кп;

- 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 qm. Вследствие этого на часть шкалы в интервале от 30 до 100% от qm, оцифрованные отметки не наносятся.



Уравнение угла поворота стрелки:

- номинальный перепад давления, Па;

- суммарный угол поворота стрелки, равный 270°.

В таблице 11 показана зависимость угла поворота стрелки от величины массового расхода.

Таблица 11

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.ur

...