Разработка расходомера переменного перепада давления с диафрагмой

 

Найденные ТФХ необходимы для расчета уравнения массового  расхода и для определения  диаметра горловины сужающего устройства, так как ρ_см используется в формуле для расчёта массового расхода q_m, Ɣ_см используется в формуле для нахождения коэффициента расширения ε и ŋ_см используется в формуле для нахождения числа Рейнольдса Re.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3 Расчёт размеров  сужающего устройства в виде  диафрагмы

Данный раздел приводится для определения диаметра горловины сужающего устройства – диафрагмы d, мм.

1. Нахождение номинальной функции преобразования

В соответствии с ГОСТ 8.586.2 – 2005 (формула 4.1) зависимость массового  расхода от номинального перепада давления ∆p имеет вид:

 

Номинальный перепад давления на сужающемся устройстве ∆p_n имеет следующий диапазон измерений в МПа:

∆p_n = 0.0063;

∆p_n = 0.01;

∆p_n = 0.016;

∆p_n = 0.025;

∆p_n = 0.04;

∆p_n = 0.063;

∆p_n = 0.1;

∆p_n = 0.16;

∆p_n = 0.25.

К_ш – коэффициент шероховатости, К_п – коэффициент притупления и коэффициент скорости входа Е равны:

К_ш = 1 так как труба новая и гладкая, поэтому шероховатости нет;

К_п = 1 так как кромка в ходе работы ещё не притупилась;

Е = 1 так как градиент скоростей по сечению трубопровода равномерный.

Согласно ГОСТ 8.586.2 – 2005(п.п. 5.3.2) коэффициент истечения С и коэффициент расширения ε равны:

 

 

 

 

При D ≥ 0.07112 м M₂ = 0

 

Отсюда получаем формулу  для коэффициента истечения:

 

 

 

Согласно ГОСТ 8.586.1 – 2005(формула 3.1)

 

число Рейнольдса согласно ГОСТ 8.586.1 – 2005(формула 3.2) равно:

 

Отсюда  

 

 

 

Верхние пределы для расходомеров выбираются из следующего ряда чисел:              1; 1.25; 1.6; 2; 2.5; 3.2; 4; 5; 6.3; 8.

Полученное значение приводим к формуле:

                                                 (3.1)

Где n – целое число из ряда: 0; ±1; ±2; ±3…

=2.31 приводим к ближайшему из ряда для верхних пределов и получаем, что =2.5 отсюда следует, что:

 

.

Получаем уравнение для  массового расхода с двумя  неизвестными:

 

 

Решим это уравнение в  программе MathCad (Приложение 1)

По результатам решения  этого уравнения получаем:

∆p_n = 0.0063 Мпа;                            β = 0.17247;

 

∆p_n = 0.01 Мпа;                                β = 0.15377;

 

∆p_n = 0.016 Мпа;                             β = 0.13685;

 

∆p_n = 0.025 Мпа;                             β = 0.1226;

 

∆p_n = 0.04 Мпа.                               β = 0.10928.

Так как наименьшая потеря давления будет при β = 0.17247, то ∆p_n = 0.0063 Мпа.

Из формулы согласно ГОСТ 8.586.1 – 2005(формула 3.1) получим формулу для расчёта диаметра сужающего устройства при рабочих условиях:

 

После подстановки данных получаем что

 

Для расчёта диаметра сужающего  устройства при нормальных условиях необходимо определиться с выбором  марки стали для диафрагмы  с учётом заданной среды.

3.2 Выбор марки  стали для диафрагмы

В связи с тем, что у  меня задана азотная среда и довольно высокая температура смеси 700 К, необходимо подобрать сталь, которая выдерживает  высокие и сверхвысокие температуры, а так же используются в азотных  растворах. Я выбрала сталь марки 12X18H10T, которая является устойчивой к коррозии, применяется в растворах азотной, уксусной, фосфорной кислотах, растворах щелочей и других солей. Применяется при температурах от -196 до +600 С^̊ .

Для данной стали по ГОСТ 8.586.1 – 2005 (Приложение Г, формула Г.1) считают значение температурного коэффициента линейного расширения материала сужающего устройства:

 

Где – постоянные коэффициенты, которые определяются, в соответствии с маркой стали по ГОСТ 8.586.1 – 2005 (таблица Г.1)

Для марки стали 12X18H10T:

 

 

 

После подстановки данных получаем что:

 

По формуле 5.6 из ГОСТ 8.586.1 – 2005:

 

 

Согласно формуле В.20 из ГОСТ 8.586.1 – 2005 (Приложение В):

 

После подстановки данных получаем:

м

Необходимо проверить  входит ли данное значение в диапазон согласно ГОСТ 8.586.2(п.5.3.1):

 

Данное условие выполняется, поэтому диаметр сужающего устройства можно считать найденным.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4 Метрологические  характеристики спроектированного  РППД

4.1 Номинальная  функция преобразования

Номинальной функцией преобразования для спроектированного РППД является уравнение расхода:

 

 

 

 

4.2 граничные функции  преобразования

В соответствии с классом  точности расходомера равным 1.0 границы  НФП будут отклоняться на  ±1.0%.

Максимальный массовый расход равен 2.5, поэтому отклонения границ НФП будут ±(2.5ˑ0.01) = ±0.025

4.3 Класс точности

Для данного расходомера  класс точности должен быть не хуже 2.0, поэтому возьмём 1.0.

 

4.4 Потеря давления

Потеря давления вычисляется  по формуле 8.12 ГОСТ 8.586.2 – 2005:

 

Так как β = 0.17247, ∆р = 0.0063 МПа получаем, что потеря давления равна:

 

4.4 Расчёт шкалы расходомера

Шкала расходомера строится по уравнению номинальной функции  преобразования:

 

В программе Mathcad построим график зависимости массового расхода от номинального перепада давления (Приложение B) и определим соответствующие значения массового расхода и номинального перепада давления.

Предельное значение шкалы  расходомера, согласно формуле 3.1 равно 2.5 кг/с.

Угол поворота стрелки  задаётся против часовой стрелки. Максимальный угол поворота равен 270̊.

Шкала расходомера неравномерная  и точность гарантируется только в пределах от 30 до 100% от , поэтому первые 30% шкалы не оцифровываются.

Угол поворота стрелки  равен:

 

В таблице 4.4 показана зависимость  угла поворота стрелки от величины массового рассхода.

Таблица 4.4

Оцифрованные отметки шкалы,	,	α,̊
0	0	0
1.0	990	42.4
1.25	1470	63
1.5	2250	96.4
1.625	2620	112.3
1.75	3060	131.1
1.875	3520	150.8
2.0	4005	171.64
2.125	4520	193.7
2.25	5070	217.3
2.375	5660	242.5
2.5	6300	270

На основании данных таблицы 4.4 строится чертеж шкалы расходомера (Приложение С Чертеж шкалы расходомера).

 

 

 

 

Приложение А

 

 

_∆p:=6300

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Приложение B

 

 

Приложение С

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Заключение 

В ходе выполнения курсового  проекта был спроектирован расходомер переменного перепада давления с  сужающим устройством в виде диафрагмы, с классом точности не хуже 2.0 и  были определены его метрологические  характеристики. С учётом рассчитанных теплофизических характеристик и номинальной функции преобразования была построена шкала расходомера на основе графика зависимости массового расхода от перепада давления на сужающем устройстве.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Список литературы

 

1. Зубарев В.Н., Козлов А.Д., Кузнецов В.М. и др. теплофизические свойства технически важных газов при высоких температурах и давлениях: Справочник. – М.:Энергоатомиздат, 1989 г.
2. Сабитов А.Ф., Хафизов И.И. Методы и средства измерений, испытаний и контроля. Расчёты теплофизических характеристик реальных газов и газовых смесей при проектировании и эксплуатаци средств измерений. Казань: Издательство Казан.гос.техн.унив-та, 2004 г.
3. Кремлёвский П.П. Расходомеры и счётчики количества: Справочник. Л.:Машиностроение. 1989 г.
4. ГОСТ 8.586.1 – 2005. Измерение расхода и количества жидкостей и газов методом переменного перепада давления. Методика выполнения измерений с помощью сужающих устройств.
5. ГОСТ 8.586.2 – 2005. Измерение расхода и количества жидкостей и газов с помощью сужающих устройств. Диафрагмы. Технические требования.
6. Кремлёвский П.П. Измерение расхода многофазных потоков.-Л.:Машиностроение, 1982 г.