Измерение расхода потока жидкости через трубопровод

Измерение расхода потока жидкости через трубопровод

Измерение расхода потока жидкости через трубопровод

Содержание

Введение

Расчет сужающего устройства

.1 Задание

.2 Определение недостающих данных для расчета

.3 Выбор сужающего устройства

Проверка расчета

Расчет погрешностей при измерении расхода

Заключение

Список использованных источников

Введение

Для измерения расхода применяются расходомеры постоянного и переменного перепада.

Комплект приборов, предназначенных для измерения расхода по перепаду давления, состоит из сужающего устройства, устанавливаемого в трубопроводе, и из дифманометра, измеряющего перепад давления в сужающем устройстве. При наличии дистанционной передачи показаний, в комплект приборов, кроме перечисленных выше, входят вторичные приборы, служащие для показания, записи и суммирования расхода.

При измерении расхода методом переменного перепада применяются конденсационные и разделительные сосуды, отстойники, воздухосборники, контрольные сосуды, запорные и продувочные вентили; установка того или иного вспомогательного устройства определяется характером и состоянием измеряемого вещества, схемой измерения и взаимным расположением сужающего устройства и дифманометра.

Сужающее устройство представляет собой прибор, образующий местное сужение в трубопроводе, в котором при протекании потока жидкости, газа или пара вследствие перехода части потенциальной энергии давления в кинетическую скорость потока в суженном сечении повышается, в результате чего в сужающем устройстве создается перепад давления, пропорционального квадрату расхода вещества, проходящего через сужающее устройство, при постоянной площади отверстия истечения.

Перепад давления измеряется дифманометрами, градуированными в единицах расхода вещества или в единицах перепада давления. Дифманометры, служащие для измерения расхода по методу переменного перепада, выпускаются жидкостные и пружинные.

1 Расчет сужающего устройства

.1 Задание

Произвести расчет диаметра нормальной диафрагмы (сталь 1Х18Н9Т) для измерения расхода среды по исходным данным; выполнить расчёт средней квадратической погрешности измерения.

1.1.1 Исходные данные (вариант 25)

Измеряемой средой для данного варианта будет являться вода, а материал, из которого изготовлен трубопровод - углеродистая качественная сталь (Ст 20). переменный перепад давление расход

Таблица 1 - Исходные данные

1.2 Определение недостающих данных для расчета

.2.1 Плотность пара в рабочих условиях

Используя исходные данные, а именно: значения Р1, t1, по таблице 2 [1], определяем плотность пара в рабочих условиях:

 = 942,86 кг/м³.

1.2.2 Определение поправочного множителя на тепловое расширение материала трубопровода

Учитывая, что материал, из которого изготовлен трубопровод (ТП) - Ст20, t1 = 120°С, по рисунку 9 [1] определяем значение поправочного множителя на тепловое расширение материала трубопровода :

 = 1,00057.

.2.3 Определение внутреннего диаметра ТП при рабочей температуре

Значение внутреннего диаметра ТП при рабочей температуре определяем по формуле:

,(1)

мм.

.2.4 Динамическая вязкость пара в рабочих условиях

Используя исходные данные, а именно: значения Р1, t1, по рисунку 3 [1] определяем динамическую вязкость пара µ в рабочих условиях:

µ = 24,35·10-6 кг·с/м2.

1.3 Выбор сужающего устройства (СУ) и дифференциального манометра (ДМ)

.3.1 Выбор СУ

Из пункта 1.2.3 видно, что D < 400 мм, поэтому в качестве СУ выбираем камерную диафрагму, изготовленную из Ст 1Х18Н9Т и устанавливаемую во фланцах с фланцевым отбором импульса давлений.

1.3.2 Определение предельного перепада давления (∆Pн) ДМ

∆Pн выбирается из следующих двух стандартных рядов:

. ∆Pн = 10,16,25,40,63,100,160,250,400,630,1000 и так далее, [кгс/м²];

. ∆Pн = 0,4;0,63;1,0;1,6;2,5;4,0;6,3 и так далее, [кгс/см²].

1.3.3 Определение верхнего предела измерения ДМ

Верхний предельный расход среды Qпр выбирается по Qmax так, чтобы Qпр находилось в ряде:

Qпр = а·,

где а - стандартное число, равное 1;1,25;1,6;2,0;2,5;3,2;4,5;6,3;8,0;

n - целое положительное или отрицательное число или нуль.

Получаем:пр = 125·кг/ч.

.3.4 Определение вспомогательной величины

Значение m·α определяем по формуле:

,(2)

 .

1.3.5 Определение приближенного значения модуля m

Приближенное значение модуля m определяем при помощи рисунка 15 [1]:= 0,19.

1.3.6 Определение среднего поправочного множителя на расширение среды ξср

Пользуясь рисунком 8 [1], можно определить ξср. Перед этим необхо-димо найти значение по формуле:

,(3)

 .

Для воды εср=1.

.3.7 Определение вспомогательной величины

Так как измеряемая среда вода, то значение

,(4)

будет равно значению m·α, а следовательно m·α0=0,102.

1.3.8 Определение числа Рейнольдса

Пользуясь формулой (5), определим число Рейнольдса:

,(5)

Пользуясь таблицами 2 и 3, определим минимальное и граничное значения числа Рейнольдса.

Таблица 2 - Значения Remin для диафрагмы в зависимости от значения m

Таблица 3 - Значения Reгр для диафрагмы в зависимости от значения m

Получаем Remin = 10000, Reгр = 56000, а, следовательно, выполняется условие Re > Reгр.

1.3.9 Определение поправочного множителя на тепловое расширение материала диафрагмы

По рисунку 9 [1] определяем значение :

 = 1,0020.

1.3.10 Определение диаметра отверстия диафрагмы при температуре 20°С

Диаметр отверстия диафрагмы при температуре 20°С находим по формуле:

, (6)

мм.

1.3.11 Определение длин прямых участков ТП перед и за диафрагмой

Выбираем наименьшую длину прямых участков трубопровода перед сужающим устройством - группу колен в разных плоскостях или смешивающиеся потоки.

Длина прямого участка перед диафрагмой:

 (7)

где  - отношение определяем по рисунку 12 [1], .

мм.

мм.

Прямой участок перед СУ равен 1500мм. Следовательно условие выполняется .

Длина прямого участка за диафрагмой:

 (8)

где  - отношение определяем по рисунку 13 [1], .

мм.

мм.

Прямой участок после СУ равен 1500мм. Следовательно условие выполняется .

2 Проверка расчета

.1 Определение значения расхода Qm, соответствующего наибольшему перепаду давления

По формуле (9) находим Qm:

,(9)

где α - коэффициент расхода (определяем по рисунку 17 [1]), α = 0,5492;- диаметр отверстия диафрагмы при температуре t1=120°С,

,

кг/ч.

2.2 Определение величины действительной (Pпд) и средне нормируемой () потери давления

Определим Pпд по формуле:

,(10)

где - определяем, используя рисунок 14 [1];

= 83 % или = 0,83.

∆Pн = 0,63 атм.

 кгс/м².

По формуле (11) определим:

,(11)

 кгс/м²,

то есть выполняется условие: Pпд <

2.3 Определение относительной ошибки расчета

Находим относительную ошибку расчета ∆ по формуле:

,(12)

%,

то есть выполняется условие: δ < 0,2%.

3 Расчет погрешностей при измерении расхода

Из формулы (9) видно, что измерение расхода есть измерение косвенное. Для косвенного измерения средняя квадратическая погрешность (СКП) определяется через средне квадратические погрешности σα, σξ, σd, σρ, σ∆P, а именно:

. (13)

В уравнение расхода всегда входят две группы величин, отличающиеся способом их получения. К первой группе относятся α и ξ, определяемые путем большого числа измерений, для них средне квадратические отклонения (СКО) определены.

Ко второй группе относятся d, ρ, ∆P - для них известны лишь максимальные относительные погрешности(δd, δρ, δ∆P); суммирование этих величин допускают лишь при условии, что σd, σρ, σ∆P соответственно равны половине δd, δρ , δ∆P .

Класс точности дифференциального манометра (ДУ) характеризует  и поэтому в выше указанном уравнении слагаемое заменяем на  и принимаем, что величиной σd можно пренебречь, тогда получаем следующее выражение для определения погрешности измерения расхода:

,(14)

где σα - СКП коэффициента расхода, %;

σξ - СКП поправочного множителя ξ, %;

σρ - погрешность плотности измеряемой среды, %;

 - СКП показаний по шкале ДМ, %.

, (15)

где - СКП исходного коэффициента диафрагм (определяется по рисунку 14-8-1 [1]), = 0,615;

 - СКП поправочного множителя на шероховатость для диафрагм (определяется по рисунку 14-8-2 [1]), = 0;

 - СКП поправочного множителя на не остроту входной кромки диафрагмы (определяется по рисунку 14-8-3 [1]), = 0,187;

- при Reд > Reгр - не учитывается, следовательно = 0%;

- СКП, учитывающая погрешность определения погрешности αи, обусловленную отклонением действительного диаметра от номинального, %.

,(16)

%.

%.

,(17)

где σρt - СКП (относительная) табличного значения плотности, %.

,

где ∆ρ - абсолютная погрешность измерения плотности, равная половине единицы разряда последней значащей цифры значения плотности,

 ∆ρ = 0,25 кг/м3;

%.

,

где Pвп - верхний предел манометра, кгс/см2.

Выбираем тип манометра ДМ-3573 с пределами измерения 0 ÷ 1 кгс/см², следовательно Pвп = 1 кгс/ см².

δP - класс точности прибора, δP = 1.

%.

,

где ∆t - абсолютная погрешность измерения температуры, °С.

Выбрали термометр сопротивления типа ТСМ-100 с классом допуска А и приделом допустимых отклонений сопротивления , следовательно

∆t = 0,15·0,002·120=0,39°С

%.

%.

,(18)

где δa - основная допустимая погрешность показаний по шкале ДМ, принимаем δa = 1%.

%.

Из формулы (14) получаем:

%,

Таким образом, < 2%, следовательно, расчет произведен верно.

Заключение

В данной курсовой работе мы провели расчет диаметра нормальной диафрагмы для измерения массового расхода среды методом переменного перепада давления на сужающем устройстве. В данном случае, мы подобрали давление =0,63 кгс/ см² при диаметре трубопровода 200 мм., определили длины участков перед и за диафрагмой. Данная курсовая работа является важным этапом для формирования будущих инженеров. К курсовой работе прилагается чертеж на формате А2.

Список использованных источников

1. Методическое пособие

. К.А. Миронов, Л.И. Шипетин Теплотехнические измерительные приборы.