Технологический расчет расходной диафрагмы

Технологический расчет расходной диафрагмы

Задание

преобразователь измерительный погрешность

1. Тема проекта: Технологический расчет расходной диафрагмы. Теоретическое исследование преобразователя НП-ТЛ1-М.

2. Исходные данные к проекту: Вариант №9, задана таблица с параметрами.

. Содержание пояснительной записки: Пояснительная записка включает в себя задание на выполнение работы, теоретическая часть с описанием заданного типа преобразователя, расчетные формулы, результаты расчета, таблицы, рисунка, библиографический список.

. Перечень графического материала: Схема преобразователя представлена в виде рисунка.

1. Элементы измерительных преобразователей

В настоящее время в технике широко применяют блочный принцип построения сложных технических устройств. В соответствии с этим принципом функции, выполняемые сложным устройством, разбирают на ряд простых, элементарных. Элементарные функции выполняют и более простые устройства. Любое сложное устройство может быть собрано из таких простых устройств. Любую АСР, например, можно собрать из унифицированных элементов: измерительных устройств, сумматоров, регуляторов и регулирующих органов.

Измерительную цепь также целесообразно разбить на ряд элементов: первичный преобразователь, промежуточные преобразователи и измерительный прибор. Это позволяет унифицировать промежуточные преобразователи и измерительные приборы и существенно сократить их номенклатуру. Вообще блочный принцип дает возможность унифицировать отдельные элементы сложных устройств и облегчает их соединение.

При разработке промежуточных преобразователей и измерительных приборов также используют блочный принцип, разбивая их на простейшие преобразователи, каждый из которых выполняет, как правило, одну элементарную функцию и называется элементарным. Однако элементарные преобразователи обычно не обеспечивать требуемых метрологических характеристик преобразования: малой погрешности, стабильности, линейности, чувствительности, а также достаточной мощности выходного сигнала. Поэтому в промышленных преобразователях и измерительных приборах применяют комбинации элементарных преобразователей с использованием обратной связи, корректирующих и регулирующих элементов, усилителей сигналов и т. п.

Промежуточные преобразователи

Промежуточные преобразователи предназначены для преобразования механических выходных сигналов датчиков (силы, перемещения) в унифицированные промежуточные сигналы; преобразования неунифицированных электрических сигналов датчиков (электрическое сопротивление, э. д. с.) в унифицированные электрические сигналы; преобразования унифицированных пневматических сигналов в унифицированные электрические и наоборот. Наибольшее распространение получили промежуточные преобразователи первой группы, поскольку большинство датчиков для измерения таких распространенных технологических пара метров, как давление, уровень и расход, имеют механический выходной сигнал. Промежуточные преобразователи этой группы всегда составляют с датчиком одно устройство. Преобразователи второй группы обычно применяют с датчиками температуры в случаях, когда сигналы необходимо передавать в устройство, имеющее только унифицированный вход, например УВМ. Преобразователи третьей группы позволяют переходить от пневматической ветви ГСП к электрической и наоборот. Такой переход обычно необходим при управлении технологическими процессами, которые ведутся в пожаро- и взрывоопасных условиях. Если управление таким процессом ведется с помощью локальных АСР, то применяют элементы пневматической ветви ГСП или электрические, конструкция которых позволяет применять их во взрывоопасных помещениях. Если же используется АСУ ТП, то сигналы из цеха к УВМ и от УВМ в цех передаются через пневмоэлектрические и электропневматические промежуточные преобразователи. Промежуточный преобразователь представляет собой комбинацию элементарных преобразователей, обеспечивающую заданные метрологические характеристики: погрешность, стабильность, линейность, чувствительность. В большинстве преобразователей используется наиболее точный метод измерения нулевой. Поэтому промежуточные преобразователи, как правило, представляют собой астатические следящие системы или статические с глубокой обратной связью, подобно изображенным на рис. 17. В качестве промежуточных применяются также и элементарные преобразователи, работающие по методу непосредственной оценки. Для этой цели применяют лишь трансформаторные и мостовые преобразователи, так как они обеспечивают достаточно хорошие метрологические характеристики без дополнительных устройств. Все промежуточные преобразователи пневматической ветви ГСП имеют одинаковый выходной унифицированный сигнал - давление сжатого воздуха от 0,2. 10 до 1,0. 10 Па. В отличие от пневматической, электрическая ветвь ГСП допускает использование различных выходных сигналов. Среди промежуточных преобразователей с электрическим выходом наибольшее распространение получили преобразователи с выходным сигналом в виде постоянного тока, изменяющегося от 0 до 5 или от 4 до 20 мА. Такой выходной сигнал позволяет к одному промежуточному преобразователю подключить последовательно не сколько потребителей: измерительные приборы, регуляторы, машины централизованного контроля и системы управления.

Преобразователь ЭДС термопары в ток

Для преобразования ЭДС термопары в унифицированный токовый сигнал применяют нормирующий преобразователь. Преобразователь состоит из усилителя 1 (рис. 1) с выпрямителем и блока линеаризации 2.

Входным сигналом преобразователя является ЭДС термопары U, выходным - ток i.

Из структурной схемы преобразователя (рис 1, б) видно, что он представляет собой следящую систему. В прямой цепи этой системы включен усилитель напряжения 1, во входной цепи которого производится вычитание сигналов U и Uм. Следовательно, входная цепь усилителя выполняет функцию сумматора С.В цепь обратной связи включен блок линеаризации 2, преобразующий выходной ток i в напряжение обратной связи Uм.

Рассмотрим принцип действия преобразователя. К входу усилителя 1 приложена разность ΔU измеряемой ЭДС U и напряжения обратной связи Uм. Эта разность усиливается усилителем, и его выходной ток I проходит через внешнюю нагрузку и блок линеаризации 2, которые включены последовательно. Поэтому ток i является одновременно выходным сигналов всего преобразователя и входным сигналом преобразователя в цепи обратной связи. Выходной сигнал этого преобразователя - напряжение Uм - подается во входную цепь усилителя, замыкая тем самым цепь обратной связи.

Из структурной схемы преобразователя видно, что в ней отсутствует интегратор. Поэтому преобразователь представляет собой статическую следящую систему. В такой системе, как известно, в установившемся состоянии имеется статическая ошибка: напряжение ΔU не равно нулю. Однако глубина обратной связи в этой следящей системе выбирается настолько большой, чтобы статической ошибкой можно было пренебречь. Тогда выходной сигнал обратного преобразователя Uм можно считать равным измеряемому сигналу U. Следовательно, зависимость выходного тока i от входной ЭДС U (статическая характеристика преобразователя), так же как и в астатической системе, определяется только статической характеристикой преобразователя в цепи обратной связи - блока линеаризации 2. Характеристика блока линеаризации выбирается такой, чтобы скомпенсировать нелинейность характеристики первичного преобразователя - термопары 3. Таким способом достигается линейная зависимость выходного тока от измеряемой температуры T. Статическая характеристика преобразователя приведена на рис. 1, в. Промышленность выпускает преобразователь НП-ТЛ1-М для работы в одном из стандартных диапазонов температур совместно с термопарами различных типов. Сопротивление нагрузки преобразователя не должно превышать 2,5 кОм, а сопротивление линии связи с первичным преобразователем - 150 Ом.

В преобразователе имеются корректор нуля выходного тока и кнопка «Репер» для проверки исправности преобразователя. При нажатии на кнопку «Репер» должен устанавливаться выходной сигнал 4,5±0,24 мА.

Рис.1. Преобразователь ЭДС термопары в ток: а - блок-схема; б - структурная схема; в - статическая характеристика; 1 - усилитель; 2 - блок линеаризации; 3 - термопара.

Паровой котел

Паровым котлом называется устройство, которое производит насыщенный или перегретый пар и использует для этого тепло сжигаемого топлива и уходящих газов. Хотя принцип работы парового котла довольно прост, это технически сложное устройство. Он состоит из следующих основных узлов:

·        топка;

·        поверхности нагрева;

·        экономайзер;

·        барабан котла.

Топка - элемент котла, представляющий собой камеру для сжигания топлива. Стенки топки покрыты экранами из труб, в которых движется теплоноситель (вода). В зависимости от размещения в топке, различают боковые, фронтовые, задние и потолочные экраны.

Экономайзер - устройство для подогрева питательной воды перед подачей её в барабан котла. Использует тепло уходящих газов и, таким образом, повышает эффективность работы котлоагрегата.

Также для увеличения КПД котла, воздух, перед подачей его в топку, предварительно нагревают, используя для этого тепло уходящих газов. Барабан котла представляет собой цилиндрическую емкость, в которую введены кипятильные трубы и в которой могут быть установлены различные устройства типа козырьков и сепараторов для отделения воды от пара.

По конструкции, паровые котлы могут отличаться друг от друга. Так, например, существуют котлы с одним барабаном, неплохо зарекомендовали себя котлы с двумя барабанами, а есть и прямоточные котлы, в которых нет барабана. Несмотря на такое разнообразие, принцип работы парового котла сходен для всех типов конструкций.

Принцип работы.

В составе обычной питьевой или технической воды имеется множество растворенных веществ, которые могут отрицательно влиять на работоспособность котлоагрегата. Наиболее вредными в этом отношении являются соединения кальция и магния, а также кислород, поэтому перед поступлением в экономайзер, вода проходит через систему натрий-катионитовых фильтров и деаэратор. Подобная докотловая обработка воды позволяет свести к минимуму количество накипи в барабане, коллекторах и трубах котла и предохраняет эти узлы от ржавчины.

Питательным насосом через экономайзер, нагретая вода подается в барабан котла. Под действием высокой температуры и гравитации происходит циркуляция жидкости от более нагретых поверхностей к менее нагретым. По мере разогрева котла в экранных трубах начинается процесс закипания воды, и пароводяная смесь поднимается в барабан, где происходит отделение пара от жидкости. Интенсивность парообразования регулируется количеством сжигаемого топлива. Отбор пара из котла производится через паропровод, находящийся в верхней точке барабана.

Задание

.        Теоретическая часть. Эта часть включает в себя описание указанного типа преобразователя (табл. Теоретическая часть)

.        Расчетная часть. Включает в себя расчет расхода парового котла, используя данные указанные в таблице (табл. данные для расчета).

Таблица №1. Исходные данные.

Расчет расходной диафрагмы

1.      По величине максимального расхода определяется внутренний диаметр трубопровода по формуле:

, м,

где w - средняя скорость среды в трубопроводе, м/с.

Значения средней скорости потоков для расчета трубопроводов даны в табл. 2.

Таблица №2. Значение средней скорости потоков.

Так как дан пар высокого давления, берем скорость w=70м/с.

Из справочных данных берем значение плотности при данной температуре (170°С) ρ=4,113 кг/м³.

 м.

Таблица №3. Значение стандартных диаметров трубопроводов.

.        Выбираем расчетную величину расхода, которая соответствует максимальному расходу.

3.      Определяем значение критерия Рейнольдса для принятого расчетного расхода из выражения:

где f - площадь сечения трубопровода, м²; μ - динамический коэффициент вязкости, Па*с.С помощью табличных данных и метода интерполяции определяем значение динамического коэффициента вязкости.

Следовательно значение критерия Рейнольдса получаем:

. Выбираем максимальный расчетный перепад давления:

∆P=P₁-P₂

∆P=0,8-0,7=0,1 МПа

.Определяем диаметр трубопровода при рабочей температуре t по уравнению:

D=D₂₀[1+α₀(t-20)]=D₂₀K_t,

где α₀ - средний коэффициент линейного теплового расширения материала трубопровода; K_t - поправочный множитель на тепловое расширение. Значение K_t приведены в справочной таблице в зависимости от температуры и материала трубопровода. С помощью метода интерполяции определяем коэффициент K_t при температуре 170ºС для чугуна..Рассчитываем диаметр с учетом коэффициента K_t:

D=53*1,0014=53,0742 мм

. Определяем диаметр расточки диафрагмы d в следующей последовательности:

а)подсчитываем значение mα из соотношения:

Величину ξ берут из справочной таблицы по подсчитанному значению ∆P/P₁ принимая m=0,3 (в первом приближении).Находим значение ∆P/P₁:

Методом интерполяции определяем значение ξ:

б) для найденного значения mα находят величину m.

Для нахождения значения m по известной величине mα строим графическую зависимость mα=f(m) при принятом значении D. Для этого по данным таблицы 4 берем четыре значения m и mα и строим график mα=f(m). При определении mα проводим интерполяцию, так как диаметр трубопровода отличается от указанного в таблице. Берем четыре точки так, чтобы две имели значение mα больше и две меньше, чем получилось при расчете по формуле.

Таблица №4. Значения m и mα для построения зависимости.

Рис. 2. График зависимости mα=f(m).

По построенному графику определяем численное значение m. При mα=0,247 значение m=0,37

в) определяем предварительное значение диаметра расточки диафрагмы при температуре 20ºС из соотношения:

7. Определяем потерю напора в диафрагме при расчетном расходе из соотношения:

, Па

Значение К, являющегося функцией от m, берем из справочной таблицы. Применив метод интерполяции, получаем:

Таким образом получаем потерю напора в диафрагме:

, Па

. Производим проверку определения диаметра расточки отверстия диафрагмы d.

Коэффициент расхода определяем из следующего соотношения:

,

где α_u - исходный коэффициент расхода; K₁ - поправочный множитель, который вводится при значении Re меньше предельного; K₂ - поправочный множитель на относительную шероховатость труб; K₃ - поправочный множитель на неостроту входной кромки.

а)по формуле подсчитываем значение α. Для этого по подсчитанному значению m, пользуясь справочной таблицей, определяем α_u с точностью не менее третьего знака (применяя интерполирование в промежутке).

Определяем значение Re_пред:

Так как предельное значение Re меньше рассчитанного(Re_пред < Re_расч), то K₁=1.

при значении диаметра 53мм и m=0,37 получаем .

α=0,651*1*1,02454=0,667

б)определяем точное значение ξ по известным значениям m и ∆P/P1 по табличным данным(при приближенной оценке m принимался 0,3)

Методом интерполяции получаем ξ=0,955.

в)принимаем массовый расход по формуле:

 , кг/с

, кг/ч

В таком случае погрешность составит:

Так как полученное значение расхода отличается от расчетной величины расхода в пределах ±0,5%, то расчет выполнен правильно.

. Определяем наименьший расход, при котором не нужно вводить поправочный множитель К₁ из выражения:

, кг/ч.

Заключение

преобразователь измерительный погрешность

В ходе выполнения данной курсовой работы мною был изучен и подробно рассмотрен преобразователь типа НП-ТЛ1-М. Также во второй части работы я произвела расчет расходной диафрагмы трубопровода. Так как погрешность расчета не превышает 0,5%, и равна ∆=0,25% можно сделать вывод о том, что расчет выполнен правильно.

Список литературы

1. Кулаков М.В. Технологические измерения и приборы.- М.:Машиностроение,1983

. Павлов, К.Ф., Романков П.Г., Носков А.А. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии: Учебное пособие для вузов. Под ред. П.Г. Романкова. - 11-е изд., стереотипное. Перепечатка с изд. 1987 г. - М.: ООО «РусМедиаКонсалт», 2004.