Выбор и расчет расходомера переменного перепада давления

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

1. Расчёт сужающего устройства (диафрагмы) для измерения расхода воды

Рисунок 1 - Схема расходомера переменного перепада давления

На схеме (Рисунок 1) введены следующие обозначения: 1- диафрагма; 2- дифманометр; 3- вторичный прибор; 4,5- гидравлические сопротивления (задвижки, клапаны, вентили, повороты и сужения трубопровода) .расположенные до и после диафрагмы; d - внутренний диаметр; отверстия в диафрагме; D - внутренний диаметр трубопровода; L1, L2 - расстояния до ближайших гидравлических сопротивлений, расположенных перед и после диафрагмы; m = - относительная площадь отверстия диафрагмы.

Исходные данные для расчёта:

Наибольший измеряемый расход воды: = 9,8 .

Средний измеряемый расход воды: = 8,2.

Избыточное давление воды перед диафрагмой: = 1 .

Температура воды перед сужающим устройством: t = 50C.

Внутренний диаметр трубопровода: = 50 мм.

Тип сужающего устройства - диафрагма камерная из стали IXI8HIOT.

Вид дифманометра - мембранный дифманометр ДМ3583.

Допустимая потеря давления: = 0,1 .

Порядок выполнения расчётов.

Определим абсолютное давление воды перед диафрагмой:

,

где 1 - барометрическое давление; - избыточное давление.

Тогда = 1 + 1= 2 .

Определим плотность и вязкость воды при рабочих условиях: = 2 t = 50C. Учитывая, что вода практически несжимаема, определяем плотность воды при полученном абсолютном давлении:

989,16 ;

.

Внутренний диаметр трубопровода перед диафрагмой при рабочей температуре t = 50C находим по формуле:

;

=1,0000, =1,0000, где - поправочный множитель на расширение материала трубопровода.

Поэтому = 50 мм.

В диапазоне температур -20 < t < +60C, 1.

Верхний предел измерений вторичного прибора для измерения расхода находим из ряда чисел:

,

где =1;1,25;1,6;2;2,5;3,2;4;5;6,3;8; n - целое (положительное или отрицательное число) или ноль. В нашем случае к = 9,8 предел измерений равен: .

Вычислим дополнительную величину по формуле:

=9,898.

По значению , округлённому до 3-х значащих цифр, определяем предельный номинальный перепад давления дифманометра и относительную площадь сужающего устройства .

Определяем допустимую потерю давления при по формуле:

= 0,208 .

По номограмме находим и .

При =9,898; = 400 ; = 0,5; получаем = 0,35.

Вычислим фактическую потерю давления при :

= 0,33 < 0,1 .

Вычислим число Рейнольдса по формуле:

31443,8.

Сравниваем полученное значение с . Если < , то измерение данным методом невозможно, если > , то расчёт продолжаем дальше.

При = 50 = 0,49: = 30900 при = 0,5: > , = 0,56: = 35300 расчёт продолжаем дальше.

Вычисляем вспомогательную величину по формуле:

= 0,4949

Находим коэффициент расхода при угловом способе отбора давления: = 0,731.

Находим значение относительной площади сужающего устройства с четырьмя значащими цифрами:

=0,677.

Вычисляем искомое значение диаметра отверстия диафрагмы:

= 41,14 мм.

Диаметр отверстия диафрагмы при рабочей температуре t = 50C находим по формуле:

41,14 мм.

Правильность выполненного расчёта проверим путём вычисления предельного значения расхода соответствующего номинальному перепаду давления дифманометра:

= 9,905 .

Следовательно, расчёт выполнен правильно.

Определим допустимые значения расстоянийдо ближайших гидравлических сопротивлений.

Перед диафрагмой шаровой клапан находим:

= 1600 мм;

После диафрагмы сужение:

= 400 мм.

2. Основные сведения о конструкции разработанной диафрагмы

Толщина диска диафрагмы Е не должна превышать 0,05·D20. Наименьшую необходимую толщину Е диафрагмы следует определять расчётным путём.

Разность значений Е, измеряемых в любых точках диска диафрагмы, не должна превышать 0,001·D20.

Длина цилиндрической части отверстия диафрагмы должна находиться в пределах 0,005D20 ? С ? 0,02·D20. Значения С, измеренные в любой точке отверстия, не должны отличаться друг от друга более чем на 0,001D20. Угол скоса конической части отверстия диафрагмы должен быть не менее 30°, но не более 45°. На кромке отверстия диафрагмы не должно быть зазубрин и заусенцев.

Входная кромка отверстия диафрагмы должна быть острой. Она считается острой, если радиус её закругления не превышает 0,0004·d20.

Максимальная шероховатость переднего торца диафрагмы не менее 1,5·d20, но не более 10-4·d20.

3. Требования к исполнению и монтажу прямых участков трубопровода

Диаметр прямого участка трубопровода.

Значение диаметров d и D, соответствующие рабочей температуре вещества в трубопроводе, определяют по формулам:

d = d20 [1+вt (t-20)] = d20·Kt

D = D20 [1+ в't (t-20)] = D20 · K't

где вt (в't) - средний коэффициент расширения материала сужающего устройства в интервале от 20 до t, °C, °C-1.

Измерительный участок трубопровода должен быть прямым и цилиндрическим с круглым сечением.

Труба считается прямой, если она кажется такой при простом визуальном наблюдении. Результаты отдельных измерений не должны отличаться от среднего значения объёма более чем на 0,3%. Внутренний диаметр участка трубопровода на длине 2·D20 за сужающим устройством может отличаться от внутреннего диаметра участка перед сужающим устройством не более чем на ±2%.

В трубопроводе допускается отверстие для удаления осадков или конденсата. Диаметр такого отверстия, если оно расположено вблизи сужающего устройства, не должны превышать 0,08·D20. В случае необходимости в кольцевой камере допускается сливное отверстие при условии перекрытия его во время измерения.

Примыкающий к сужающему устройству участок трубы должен быть цилиндрическим на расстоянии не менее 2·D20.

Овальность трубопроводов прямых труб.

Прямой участок трубопровода перед сужающим устройством должен иметь круглое сечение, но длины не должны отличаться более чем на 0,3% от среднего диаметра.

Дефекты прямых участков трубопровода.

Внутренняя поверхность участка трубопровода длиной 2·D20 перед сужающим устройством и за ним не должно быть никаких уступов, а также заметных невооружённым глазом наростов и неровностей от заклёпок и сварных швов и т.п.

Если уступ Н между двумя участками больше 0,3%, но соответствует условиям:

H?0,2() % и Н?5%,

то к погрешности коэффициента расхода добавляют дополнительную погрешность дбн=0,2.

Если уступ Н выходного прямого участка превышает пределы, то измерительная линия блокируется (бракуется).

Уступ Н выходного прямого участка может в три раза превышать уступ на входном участке трубопровода.

Длина прямых участков трубопровода.

Местные сопротивления (колена, задвижки и т.д.), установленные на рабочем трубопроводе, искажают кинематическую структуру набегающего на расходомер потока. Установка сужающих устройств непосредственно у местных сопротивлений не допускается.

Длина прямого участка трубопровода есть расстояние между ближайшими торцевыми поверхностями сужающего устройства и местного сопротивления.

Представлены значения необходимых минимальных длин прямых участков трубопровода после различных местных сопротивлений.

Для местных сопротивлений, не приведённых в правилах, необходимо выбирать длину прямого участка не менее 100·D20 или устанавливать струевыпрямитель. Струевыпрямитель должен отстоять от ближайшего к сужающему устройству местного сопротивления на расстояние не менее 20·D20.

Регулирующую трубопроводную арматуру рекомендуется устанавливать за сужающим устройством. Исследовать запорную арматуру в качестве регулирующей нельзя.

Если расстояние между единичными коленами превышают 15·D20, то каждое из колен считают одиночным. Если расстояние между коленами меньше 15·D20, то данную группу колен считают как одно местное сопротивление данного типа. Причём внутренний радиус кривизны колен должен быть равен или больше диаметра трубопровода.

Сокращённая длина прямого участка перед сужающим устройством для любого типа сопротивлений должна быть не менее 10·D20.

Когда на трубопроводе расположено последовательно несколько сужающих устройств, то расстояние между ними выбрано и оно стандартно, и сокращение длин прямых участков не допускается.

4. Требования к дифманометрам и их установке

Общие требования.

Заполнение дифманометра уравновешивающей жидкостью, то есть монтаж и подключение к соединительным линиям для измерения перепада давления на сужающем устройстве, следует производить в соответствии с руководством по монтажу и эксплуатации прибора.

Выбор дифманометра по параметрам окружающей среды и его применение должно соответствовать требованиям технической документации завода-изготовителя.

Допускается подключение к одному сужающему устройству двух и более дифманометров. Допускается подключение соединительных линий одного дифманометра.

Соединительные линии должны быть проложены по кратчайшему расстоянию вертикально или с уклоном к горизонтам не менее 1:10. Соединительные линии должны быть защищены от действия внешних источников тепла или холода.

При измерении расхода горячего вещества (t?100°C) необходимо обеспечивать равенство температур в обеих соединительных линиях.

Соединительные линии должны прокладываться таким образом, чтобы исключить в них скопление воздушных пузырьков и конденсата. Для этих целей на этих линиях устанавливают газосборники и отстойные сосуды.

Конструкции раздельных сосудов и схемы установок следует выбирать по ГОСТ 14320-73.

Требование к соединительным линиям для жидкостей.

При измерении расхода жидкости дифманометр рекомендуется устанавливать ниже сужающего устройства. Соединительные линии на всём протяжении должны иметь уклон в одну сторону. Если односторонний уклон соединительных линий неосуществим, то в наивысших точках линий ставят газосборники.

В случае, когда дифманометр находится выше сужающего устройства, также необходимо устанавливать газосборники.

Перед дифманометром рекомендуется устанавливать отстойные сосуды. Установка обязательна, если из измеряемой жидкости выпадают осадки.

При измерении расхода горячих жидкостей в соединительные линии следует включать управительные сосуды, обеспечивающие равенство мощностей жидкости в трубах.

Включение в линии производят в боковые отверстия в сосудах, примыкающие к ним участки трубок должны быть расположены на одном уровне. Трубка, соединяющая сосуд с верхним отверстием для отбора давления, должна быть термоизолирована.

Конструкция сосудов и их расположение должны обеспечивать удаление воздуха (газов) из сосудов.

Расстояние между сужающим устройством и ближайшим к нему сопротивлением находят по приложению 5. Для промежуточных значений m промежуточную погрешность выбирают по ближайшему большему табличному значению m для соответствующей величины .

5. Расчёт погрешностей измерения расходов с использованием спроектированного расходомера

Предельная погрешность измерения д расхода принимается равной максимальной погрешности однократного измерения при доверительной вероятности 0,95; при этом д=2у, где у - средняя квадратичная погрешность. Таким образом, через средние квадратичные погрешности составляющих (коэффициент расхода уб, коэффициент коррекции расхода из числа Рейнольдса уRe, плотности уp, влажности газа ун и т.д.) определяют суммарную средне-квадратичную погрешность измерения расхода, а затем и предельную погрешность измерения.

Средняя квадратическая относительная погрешность измерения расхода уб жидкости определяется выражением:

трубопровод сужающий дифманометр диафрагма

уб=

где - средняя квадратическая относительная погрешность дифманометра.

Погрешность __ согласно правилам РД 50-213-80 определяется для показывающих дифманометров-расходомеров по формуле:

= 0,5·Qmax·с·/a,

где Qmax - верхний (максимальный) предел измерения дифманометра по расходу; a - значение расхода в рабочей точке шкалы дифманометра; с· - класс точности дифманометра.

Поскольку система измерения расхода может состоять из нескольких устройств (простейший вариант - сужающее устройство с дифманометром, канал связи, вторичный прибор), суммарная средняя квадратическая погрешность должна определяться по формуле:

,

где дкс - средняя квадратическая относительная погрешность вторичного прибора.

Для приближенной оценки погрешности диафрагмы используется только погрешность дб.

Дано: Определить погрешность измерения при a = 7,8 м3/час; Qmax=9.8 м3/час для системы измерения расхода жидкости с помощью диафрагмы дб= 0,4 дифманометра типа ДМ 3583 (класс точности 1) и вторичного прибора КСД 3 (класс точности 1).

д = 2убУ = 2·1,29 = 2,58 ? 2,6%

Заключение

В данной курсовой работе мною был спроектирован расходомер. Для данного расходомера я провел расчёт диафрагмы для измерения расхода воды, рассчитал погрешности измерения расхода с использованием спроектированного расходомера, выполнил чертежи деталей сужающего устройства, схему соединительных линий, используемых для подключения дифманометра к сужающему устройству с указанием необходимых минимальных длин прямых участков трубопровода, принципиальную электрическую схему вторичного дифференциального трансформаторного прибора, работающего в комплекте с дифманометром ДМ. Произвел описание чертежей в соответствии с требованиями правил РД-50-213-80.

Литература

1. Доброневский О.В. Справочник по радиоэлектронике. - Киев: В. школа, 1971. - 292с.

2. Ефимов В.Т., Литвиненко И.И. Технологические измерения и приборы химических производств. - Киев: В. школа, 1971. - 192с.

3. Кузнецов Н.Д., Чистяков В.С. Сборник задач и вопросов по теплотехническим измерениям и приборам. - М.: Энергоатомиздат, 1985. - 328с.

4. РД 50-213-80. Правила измерения расхода газов и жидкостей стандартными сужающими устройствами. - М.: Стандарт, 1982. - 320с.

Размещено на Allbest.ru