Разработка расходомера переменного перепада давления с диафрагмой

Министерство  образования и науки Российской Федерации

Федеральное агентство по образованию

_________________

Государственное образовательное  учреждение высшего профессионального  образования

КАЗАНСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ

ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ им. А.Н. ТУПОЛЕВА

Кафедра стандартизации, сертификации и технологического менеджмента

 

УТВЕРЖДАЮ

Заведующий кафедрой Стандартизации,

сертификации и технологического

менеджмента

____________________ Ф.М. Галимов

«____» _____________  __________ г.

 

 

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

по дисциплине

 

Методы и средства измерений,

Испытаний и контроля

 

на тему:

Разработка расходомера  переменного перепада давления

с диафрагмой

 

Руководитель проекта                                     _________________А.Ф. Сабитов

                                                                                   подпись, дата

 

Исполнитель проекта                                      _________________А.Р. Шарипова

                                       подпись, дата

Казань 2013

Содержание

Обозначения………………………………………………………………3

Определения………………………………………………………………5

Введение…………………………………………………………………..7 

1. Расходомеры многофазных потоков………………………………..10
1. Принцип действия………………………………………………..10
2. Структурная схема……………………………………………….10
3. Метрологические характеристики………………………………12
4. Область применения………………………………………………14
5. Преимущества и недостатки……………………………………..15
6. Связь с задачами стандартизации и сертиикации……………....15
7. Метод переменного перепада давления…………………………16
2. Расчёт теплофизических характеристик газовой смеси…………….18
3. Расчёт размеров сужающегося устройства в виде диафрагмы……..18
1. Нахождение номинальной функции преобразования…………...28
2. Выбор марки стали для диафрагмы………………………………32
4. Метрологические характеристики спроектированного РППД……..34
1. Номинальная функция преобразования………………………….34
2. Граничные функции преобразования…………………………….34
3. Класс точности ………………………………………………….....35
4. Потеря давления…………..……………………………………….35
5. Расчёт шкалы расходомера………………………………………..35

Приложение А……………………………………………………………..37

Приложение В……………………………………………………………..38

Приложение С……………………………………………………………..39

Заключение………………………………………………………………...40

Список литературы………………………………………………………..41

Обозначения

T – термодинамическая температура, К ;

p – абсолютное давление, Па ;

i – индекс, определяющий порядковый номер элемента ;

μ – молярная масса, кг/кмоль ;

g – массовая доля компонента газовой смеси ;

R – газовая постоянная, Дж/(кг К) ;

r – оъёмная доля компонента газовой смеси ;

ρ – плотность при рабочих условиях, кг/м³;

ɳ - динамический коэффициент вязкости, Па с ;

j – индекс,определяющий порядковый номер элемента;

C_p – удельная изохорная теплоёмкость, Дж/(кг К);

C_v – удельная изобарная теплоёмкость, Дж/(кг К) ;

k – показатель адиабаты;

Re – число Рейнольдса ;

q_m – массовый расход, кг/с ;

D – диаметр условного трубопровода, м ;

ρ_c – плотность при стандартных условиях, кг/м³ ;

C – коэффициент истечения;

E – коэффициент скорости входа ;

K_ш – поправочный коэффициент на шероховатость внутренней поверхности измерительного трубопровода ;

K_п – поправочный коэффициент на притупление входной кромки отверстия диафрагмы ;

ɛ - коэффициент расширения ;

d – диаметр отверстия или горловины сужающего устройства при рабочей температуре среды, м ;

∆p – перепад давления на сужающемся устройстве, Па ;

β – коэффициент, равный отношению D/d ;

∆ω – потеря давления, Па ;

d₂₀ – диаметр отверстия или горловины сужающегося устройства при стандартной температуре среды, м ;

γ – температурный коэффициент линейного расширения;

α – угол поворота стрелки, ̊.

 

 

 

 

 

 

Определения

Расход –количество (масса  или объём) вещества, протекающего через  данное сечение трубопровода (канала) в единицу времени.

Расходомер – прибор или  устройство из нескольких частей, измеряющий расход вещества (жидкости, газа или пара).

Диафрагма – тип стандартного сужающего устройства, выполненного в виде тонкого диска с отверстием, имеющим со стороны входа потока острую прямоугольную кромку.

Перепад давления на сужающем устройстве – разность между значениями статического давления среды до и после сужающего устройства с учётом разности высоты положения отверстий для отбора давления до и после сужающего устройства.

Сужающее устройство –  техническое устройство, устанавливаемое  в измерительном трубопроводе, со сквозным отверстием для создания перепада давления среды путем уменьшения площади сечения трубопровода (сужение  потока).

Отверстие для отбора давления – кольцевая щель (сплошная или  прерывистая), выполненная в камере усреднения, или круглое отверстие, просверленное в стенке измерительного трубопровода или во фланце.

Камера усреднения – полость, предназначенная для усреднения давления, сообщающаяся с одной стороны  через кольцевую щель с полостью трубопровода, с другой – через  круглое отверстие со средством  измерения давления или перепада давления на сужающем устройстве.

Диаметр отверстия сужающего  устройства – диаметр части отверстия  сужающего устройства, имеющей минимальную площадь поперечного сечения.

Среда – движущаяся по измерительному трубопроводу среда (жидкость или газ, в том числе сухой насыщенный или перегретый пар) расход и (или) количество которой подлежит определению.

Рабочие условия – давление и температура среды, при которых  выполняют измерение её расхода  и (или) количества.

Объёмный расход среды  – объём среды при рабочих  условиях, протекающий через отверстие  сужающего устройства в единицу  времени.

Массовый расход среды  – масса среды, протекающая через  отверстие сужающего устройства в единицу времени.

Объёмный расход среды, приведённый  к стандартным условиям – объёмный расход среды, приведённый к условиям по ГОСТ 2939 – абсолютное давление 0.101325 МПа, температура 20 С ̊ .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

Оценка современного состояния измерения расхода  жидких и газообразных энергоносителей

Судить об оценке современного состояния измерения расхода жидких и газообразных энергоносителей можно, исходя из статьи, которая приведена ниже.

Статья “Недостоверность измерения расхода ресурсов на ОДН” из журнала ”Управление многоквартирным домом” № 03, 2013. Автор Болунов В.В.

“С вводом в действие с 1 сентября 2012 г. Правил предоставления коммунальных услуг собственникам и пользователям помещений в многоквартирных домах и жилых домов, утв. постановлением Правительства РФ от 06.05.2011 № 354 (Правила № 354), обнаружилась ошибочность заложенной в них методики определения расхода коммунальных услуг на общедомовые нужды (ОДН) по показаниям общедомовых вводных счетчиков. Расплачиваться за это приходится собственникам помещений в многоквартирных домах по всей России. В связи с массовыми возмущениями граждан непомерными платежами за коммунальные услуги на ОДН необходимо вернуться к этой проблеме.

Недостоверность определения расходов коммунальных услуг на ОДН, заложенная в Правила № 354, содержит следующие  составляющие:

– метрологическую;

– приборную;

– методическую.

Метрологическая погрешность. Количество ресурса, подаваемого в МКД, измеряется вводным общедомовым счетчиком (ВОС), а затем ‒ индивидуальными приборами учета (ИПУ). Известно, что измерения производятся с абсолютной погрешностью, определяемой классом точности счетчика. Погрешность измерения может иметь как положительное, так и отрицательное значение. При суммировании показаний ИПУ их положительные и отрицательные погрешности измерений складываются, и суммарная погрешность при большом количестве ИПУ стремится к нулю. Другое дело ‒ погрешность ВОС. Она сохраняет свое значение, и его абсолютную погрешность вынуждены оплачивать собственники. При этом надо учесть еще два момента: пределы измерения ВОС существенно больше, чем ИПУ, а значит, больше и абсолютная погрешность; счетчик является интегрирующим прибором, и небольшая на первый взгляд абсолютная погрешность счетчика выливается за месяц в существенные объемы и суммы, как от тоненькой струйки воды в кране за месяц набирается кубический метр.

Еще большие абсолютные погрешности  измерений возникают в системах циркуляции горячей воды и отопления, так как измеренные счетчиками объемы воды превосходят потребляемые в 10–20 раз. Соответственно растут погрешности  измерений и неоправданные расходы  собственников. Могут возразить, что  абсолютная погрешность может быть и отрицательной. Может. Но в Правила  № 354 заложена такая методика подсчета, при которой абсолютная отрицательная  погрешность ВОС не учитывается. Правила разработаны в пользу исполнителя, а не потребителя услуг  и достоверности измерений.

Приборная погрешность. По действующим нормативным документам (ГОСТ и СНиП) пропускная способность ВОС должная выбираться исходя из реального расхода коммунальной услуги в доме. Так, в нашем 32-квартирном доме холодной воды расходуется не более 6 куб. м в сутки. Счетчика с ДУ-20 вполне достаточно. Проектировщики и монтажники исходили из диаметра вводного трубопровода и установили счетчик с максимальным расходом 70 куб. м/ч. Месячная абсолютная погрешность такого счетчика может достигать 1000 куб. м. Понятно, о какой точности измерений месячного расхода воды может идти речь.

Методическая погрешность. Объем коммунальной услуги на ОДН по водоотведению определяется как сумма услуг по холодной и горячей воде. Здесь возникают две ошибки.

1. В большинстве МКД России  не существует технических возможностей  получать такие услуги, так как  нет соответствующих кранов и  сливных отверстий. Услуги можно  получить только на бумаге, выпущенной  Минрегионом России (Правила № 354).

2. Там, где краны отбора холодной  воды есть, основная масса ее  тратится на полив зеленых  насаждений и тротуаров, т.  е. в систему водоотведения  не попадает.”

Актуальность измерения  расхода с заданной точностью

Проанализировав данную статью, актуальность измерения расхода с заданной точностью на лицо. Ведь именно собственники жилья платят из своего кармана за абсолютную погрешность, которая определяется классом точности счётчика.

Цель курсового проекта

Целью курсового проекта является разработка расходомера переменного перепада давления с сужающим устройством в виде диафрагмы с классом точности не хуже 2.0.

Задачи курсового проекта

1. Привести описание расходомера многофазных потоков;
2. Выявить связь измерения расхода веществ с задачами, которые должны решаться с помощью стандартизации и сертификации;
3. Изучить принцип измерения расхода среды методом переменного перепада давления на диафрагме;
4. Разработать расходомер переменного перепада давления с сужающим устройством в виде диафрагмы с кольцевой камерой;
5. Определить метрологические характеристики спроектированного расходомера.

 

 

 

 

1 Расходомеры  многофазных потоков

1.1 Принцип действия

Расходомеры многофазные  МФРМ предназначены для измерения  объёма и массы сырой нефти (водонефтяной смеси), объёма нефтяного газа, приведённого к стандартным условиям по ГОСТ Р 8.615-2005, объёмной доли воды в сырой  нефти на устье нефтяных скважин  и в напорных трубопроводах.

Принцип действия расходомера  основан на одновременном использовании  методов измерений расходных характеристик (перепад давлений, ультразвуковой доплеровский, радиочастотный) с обработкой сигналов датчиков в режиме реального времени.

Измерение влагосодержания  в жидкости реализовано на основе метода фазовой диагностики суперпозиции радиочастотных волн в резонаторе специальной  формы. Кроме того фиксируются значения давления и температуры в трубопроводе. Перепад давления на вертикальном участке  трубопровода характеризует суммарный  объёмный расход газожидкостной смеси. Для пересчёта измеренного объёмного  расхода в массовый,  используются данные по плотностям фаз газожидкостной смеси, полученные из лабораторных исследований, и внесённые как условно-постоянные величины. Приведение параметров измеряемой среды к стандартным условиям производится на основании измерений температуры и давления в соответствии с методикой, приведённой в ГСССД МР 113-03.