Разработка расходомера переменного перепада давления (РППД) с соплом Вентури

В сильфонных днфманометрах измеряемый перепад давления хотя и воспринимается сильфонами, но обычно лишь в незначительной мере уравновешивается их упругими силами. Основную противодействующую силу создают винтовые пружины. Благодаря этому существенно снижается влияние упругих сил сильфонов на погрешность измерения и упрощается переход на другой предел измерения посредством смены винтовых пружин (сильфонный же узел остается неизменным).Рисунок 4 — Двухсильфонный дифференциальный манометр

На рисунке 4 показано устройство сильфонного блока дифманометров ДСС и ДСП. Сильфоны 6 и 13 приварены к гайкам 7 и 11, ввинченным в перегородку 10, которая сжата болтами между крышками 3 и 15. Давление ру поступает через штуцер 4 и действует на сильфон 6, а давление р, — через штуцер 14 и воздействует на сильфон 13. На конце штока 12, связывающего конусные днища 2 и 20 сильфонов, имеется диск 16 с несколькими винтовыми, пружинами 17. Другие концы последних укреплены на основании 18, связанном шпильками 19 с перегородкой 10.

Внутренние полости сильфонов и перегородки заполняются под вакуумом жидкостью (33% глицерина и 67% воды) с низкой температурой (—17 °С) замерзания. Изменение перепада давления вызывает частичное перетекание жидкости из одного сильфона в другой, перемещение штока 12 и изменение натяга противодействующих пружин 17. При этом поворачивается рычаг 8, нижний конец которого прижат к диску 23 на штоке 12. Рычаг 8 укреплен (рис.

102) на левом утолщенном конце стержня 9, опирающемся на шариковый подшипник 24. К этому концу приварен левый конец тонкостенной торсионной трубки 25, а ее правый конец — к выходному концу корпуса муфты 26. Поворот рычага 8 вызывает закручивание тонкостенной трубки 25 вокруг ее правого конца и поворот стержня 9 на некоторый угол. Правый конец стержня 9 соединен передаточным механизмом со стрелкой или пером прибора.

Торсионная трубка 25 герметически разделяет концы стержня 9. Защита сильфонов 6 и 13 от случайной перегрузки достигается с помощью резиновых кольцевых клапанов 1 и 21, прижимаемых к кольцевым седлам в перегородке 10, и при этом прекращается перетекание жидкости из одного сильфона в другой. При увеличении окружающей температуры часть жидкости через отверстия во внутренней стенке сильфона 6 перетекает в небольшой (три гофра) сильфон 5. днище которого не связано со штоком 12. Этим устраняется влияние температуры на показания прибора. С помощью клапана 22 можно изменять скорость перетекания жидкости из одного рабочего сильфона в другой, а значит, и степень успокоения дифманометра. Внизу полостей, образованных крышками 3 и 15, предусмотрены сливные отверстия, закрываемые пробками. В рассматриваемом дифманометре перепад давления Δр, действующий на эффективную площадь Ра сильфонов, уравновешивается в основном винтовыми пружинами и, кроме того, упругими силами сильфонов и моментом закручивания Л4Т торсионной трубки в соответствии с уравнением:

где n и с0 — число винтовых пружин и жесткость каждой из них; s — перемещение сильфонов и пружин; R — радиус рычага торсионной трубки; с — жесткость каждого сильфона. Манометр дифференциальный показывающий ДСП-160-М1Рисуонк 5 — Общий вид дифманометра1. Назначение.

Дифференциальные манометры (дифманометры) сильфонные предназначены для измерения:

а) расхода жидких и газообразных сред по методу переменного перепада давлений в стандартных сужающих устройствах (расходомеры);б) разности давлений жидких и газообразных сред (перепадомеры);в) уровня жидких сред, находящихся под атмосферным, вакуумметрическим или избыточным давлением (уровнемеры).

2. Технические характеристики дифманометра ДСП-160М1.Предельно допускаемые рабочие избыточные давления, кгс/см263; 160; 250; 3202.

Предельные номинальные перепады давлений, кгс/см20,063; 0,1; 0,16; 0,25; 0,4; 0,63; 1; 1,6; 2,5 — на избыточное давление до 63 и 160 кгс/см20,4; 0,63; 1,6; 2,5; 4; 6,3 — на избыточное давление до 250 и 320 кгс/см23. Классы точности1; 1,54. Верхние пределы измерений: а) дифманометров-расходомеров выбираются из ряда А=а· 10n, где, а — одно из чисел ряда, n — целое (положительное или отрицательное) число или нуль1; 1,25; 1,6; 2; 2,5; 3,2; 4; 5; 6,3; 8б) дифманометров-перепадомеровдолжны соответствовать предельным номинальным перепадам давленияв) дифманометров-уровнемеров выбираются из ряда63; 100; 160; 250; 400; 630; 1000; 1600; 2500; 4000; 6300; 10 000; 16 000 см0,63; 1; 1,6; 2,5; 4; 6,3; 10; 16; 25; 40; 63; 100; 160 м5. Температура окружающей среды, °С ДСП-160-М1 −40…+70 6. Относительная влажность, %до 807. Изготавливаются по.

ТУ 25−7310.

0063−878. Код ОКП42 12 539.

Габаритные размеры, мм: 195×153×13 610.

Масса, кг, не более164.

2 Выбор материала СУТрубу, кольцевые трубки изготавливают из коррозионностойкого по отношению к воде материала, температурный коэффициент линейного расширения которого известен в рабочем диапазоне температур. Выбранным материалом является сталь марки 12Х18Н10Т, согласно [5]. Для изготовления шпилек, согласно [7], используют сталь марки 45Х14Н14В2М. Для изготовления гаек и шайб используют сталь марки: 12Х18Н10Т. Обоснование размеров СУПрофиль сопла Вентури приведен на рисунке 6. Он состоит из входной торцевой поверхности, перпендикулярной к осевой линии сопла, сужающейся части с закругленным профилем, цилиндрической горловины и диффузора. Рисунок 6 — Геометрический профиль сопла Вентури.

Входная торцевая плоскость, А ограничена окружностями диаметром 1,5d=390 мми диаметром D .Дуга окружности В касается плоскости, А при d < 2 D /3. Радиус R 1равен (0,2 ± 0,006) d при β ≥ 0,5. Центр окружности находится на расстоянии 0,2 d от входного торца и на расстоянии 0,75 d от оси сопла. Дуга окружности С касается дуги окружности В и горловины Е. Ее радиус R 2равен (1/3 ± 0,01) d для β ≥ 0,5. Центр окружности расположен на расстоянии 5 d /6 от оси сопла и на расстоянии ап= 0,3041 d от входного торца А. Горловина (рисунок 6) состоит из части Е длиной 0,3 d и части F длиной от 0,4 d до 0,45 d. Значение d рассчитывают в соответствии с ГОСТ 8.

586.

1 [формула (5.4)]. Горловина должна быть цилиндрической. Значение любого диаметра в любом поперечном сечении горловины сопла не должно отличаться от среднего значения диаметра более чем на 0,05%. Диффузор (рисунок 6) должен быть соединен с частью F горловины без радиусного сопряжения. Заусенцы должны быть сняты. Угол конусности φ (см. рисунок 6) диффузора должен быть не более 30°. Профиль СВ имеет следующие характеристики: — чистота обработки внутренней поверхности сопла Вентури должна удовлетворять условию: R a < 10−4 d .= 10−4· 350=0,035 мм.

Принимаем Ra=0,02 мм.- минимальная длина входного цилиндрического участка равна:

0,25D+250=0,25· 350=87,5 мм- внутренняя поверхность входного цилиндра может быть не обработана, если ее качество такое же, как качество поверхности входной конической части ;R1 = 0,2D ± 0,006D = 0,2· 350 ± 0,006· 350 = 70 мм ± 2,1 мм;R2 = 1/3d ± 0,01d = 0,333· 260 ± 0,01· 260 =86,58 мм ± 2,6 мм;R3 = 10d = 10· 260 мм = 2600 мм. Сужающаяся коническая часть имеет угол конуса 21° ± 1° (рисунок 3). Эта часть ограничена на входе плоскостью, проходящей через пересечение поверхностей и (или их продолжением), и на выходе — плоскостью пересечения поверхностей и (или их продолжением).Общая длина сужающейся конической части, измеренная параллельно оси ТВ, приблизительно равна:

2,7(D-d)=2,7(350−260)=243 мм.

Горловина цилиндрической формы. На входе горловина ограничена плоскостью, проходящей через пересечение части с горловиной (или их продолжениями), на выходе — плоскостью пересечения горловины с поверхностью диффузора (или их продолжениями). Длина горловины, т. е. расстояние между указанными плоскостями, равна:(1±0,03)d=(1±0,03)260=260±7,8 мм. Значение диаметра горловины рассчитывается по [10] (формула 5.4):D=d20KСУ, d20=d/КСУгде рассчитывается по [10] (формула 5.6): где — температурный коэффициент линейного расширения материала СУ; - рабочая температура, Значение температурного коэффициента линейного расширения для материала: сталь 12Х18Н10Т рассчитывается по формуле Г. 1 [10]: где — постоянные коэффициенты, определяемые в соответствии с таблицей Г. 1 [10]. Для марки стали 12Х18Н10Т значение коэффициентов следующие:

Температурный коэффициент линейного расширения материала равен:

Коэффициент равен:

КСУ=1+1,82· 10−5·(300−20)=1,005Тогда значение диаметра СУ при температуре 20ºС равно: d20=298/1,005=258,7 мм. Шероховатость горловины и поверхностей сопряжения равна: Ra=10−4d=10−4258,7=0,026 мм. Диффузор E имеет угол (рисунок 6).Отбор давления.

Для ТВ с литой (без обработки) входной конической частью расстояние между осью отверстия для отбора давления, расположенного до ТВ, и плоскостью пересечения поверхностей и (или их продолжениями) согласно 5.

4.7 [4] равно:

Расстояние между плоскостью пересечения поверхностей и горловины (или их продолжениями) и осью отверстий для отбора давления, расположенных в горловине, равно:(0,05±0,02)d=17,5±0,6 мм.Если d больше33,3 мм, то диаметр отверстий для отбора давления должен быть от 4 до 10 мм. При этом диаметр отверстий для отбора давления до трубы Вентури должен быть не более 0,1 D, а в горловине трубы Вентури — не более 0,13 d, как следует из 5.

4.2 [4]Диаметр отверстий для отбора давления равен 8 мм. До трубы Вентури и в ее горловине должно быть не менее чем по четыре отверстия для отбора давления. Оси отверстий должны образовывать между собой равные углы и должны быть расположены в плоскости, перпендикулярной к оси трубы Вентури. Площадь свободного сечения кольцевой камеры усреднения или пьезометрического кольца должна быть не менее половины общей площади отверстий отбора. По данным размерам составляется чертеж сужающего устройства. Эскиз СУ приведён в приложении А.5 Определение метрологических характеристик5.

1 Расчет неопределенности результата измерений.

Неопределенность расхода при измерении массового расхода водяного пара определяется по формуле 10.13 [8]: Гдеu′C- неопределенность коэффициента истечения;u′Кш- неопределенность поправочного коэффициента ;u′Кп- неопределенность поправочного коэффициента ;u′D- неопределенность измерения условного диаметра трубопровода;u′d- неопределенность измерения диаметра горловины СУ;u′ε- неопределенность коэффициента расширения;u′∆p- неопределенность результата измерения перепада давления;u′ρ- неопределенность результата измерения плотности водяного пара при рабочих условиях;

Неопределенность коэффициента истечения рассчитывается по [8] (пункт 10.

3.1): где — методическая составляющая неопределенности измерения коэффициента истечения СУ; - составляющая неопределенности коэффициента истечения, которая обусловлена сокращением длины прямолинейных участков; - составляющая неопределенности коэффициента истечения, которая обусловлена сокращением длины прямолинейных участков между СУ и гильзой термометра; - составляющая неопределенности смещения оси отверстия СУ относительно ИТ; - составляющая неопределенности определения высоты уступа в месте стыка двух секций ИТ;Методическая составляющая неопределенности измерения коэффициента истечения СУ определяется согласно [4] (пункт 5.

7.1):Составляющая неопределенности так как местных сопротивлений перед СУ нет;Составляющая неопределенности по пункту 6.

3.5 [8]; Составляющая неопределенности так как нет смещения оси отверстия СУ относительно ИТ;Составляющая неопределенности так как трубопровод на расстоянии 2D от СУ не является составным. Таким образом, неопределенность коэффициента истечения СУ равна:

Неопределенность поправочного коэффициента для ТВ равна 0%.Неопределенность поправочного коэффициента для ТВ равна 0%.Неопределенность размера при контроле условного диаметра трубопровода определяется в соответствии с [8] (пункт 10.

3.2):Неопределенность измерения диаметра горловины СУ определяется в соответствии с [8] (пункт 10.

3.2):Относительная стандартная неопределенность коэффициента расширения рассчитывается по формуле 10.18 [8]: Где -составляющая метода, неопределенность коэффициента расширения СУ; - неопределенность результата измерения — неопределенность результата измерения — неопределенность поправочного коэффициента на притупление входной кромки трубы; рассчитывается по [4] (пункт 5.8):где — перепад давления на СУ, — абсолютное давление водяного пара, Случайной составляющей пренебрегаем;

Неопределенность коэффициента расширения равна:%.Неопределенность результата измерения перепада давления находится по классу точности дифманометра:

Неопределенность результата определения плотности водяного пара в рабочих условиях определяется по показанию прибора АПК-1:После подстановки данных в уравнение неопределенности расхода:

Определение класса точности расходомера.

Предел допускаемой относительной погрешности средства измерения перепада давления определяется по формуле в соответствии с [9]: где — любое целое число; - отвлеченное положительное число, выбираемого из ряда значений :(1; 1,5; 2; 2,5; 4; 5; 6;)Так как неопределенность расхода водяного пара равна %, предел допускаемой погрешности расходомера равен:

Класс точности на приборе обозначается в виде 1.

5.2 Расчет шкалы расходомера.

Шкала расходомера строится по уравнению номинальной функции преобразования., согласно 5.

1.Предельное значение объемного расхода 0,601 м3/с. С целью упрощения процедуры считывания показаний со шкалы дифманометра, применим коэффициент 10−2 к значениям расхода и укажем его на шкале дифманометра. Угол поворота стрелки задается по часовой стрелке. Максимальный угол поворота 270º.Согласно [7] шкала расходомера неравномерна. Точность показаний гарантируется в пределах от 30 до 100% от qo. Вследствие этого на часть шкалы в интервале от 0º до 81º оцифрованные отметки не наносятся. Па, Где — номинальный перепад давления, Па. ПаВ таблице 5.1 показана зависимость угла поворота стрелки от величины объемного расхода. Таблица 5.1 — Зависимость угла поворота стрелки от величины объемного расхода среды.

Оцифрованные отметки шкалы, м3/с∙10−2∆р, Паα,º60,1 250 027 040,2160026637,8 100 023 734,663022824,340 011 517,625081000.

На основании данных таблицы 5.1 составляется чертеж шкалы расходомера. (Приложение Б).

Заключение

.

В процессе курсового проектирования были изучены методы и средства измерения расхода различных сред, в том числе водяного пара ультразвуковым методом (допплеровский преобразователь), а так же изученыосновы измерения расхода по переменному перепаду давления на сужающих устройствах. Помимо этого были рассчитаны теплофизические характеристикиводяного пара; рассчитаны все размеры СУ по ГОСТ 8.

586.

3−2005 ГСИ. Измерение расхода и количества жидкостей и газов с помощью стандартных сужающих устройств. Часть 3. Сопла и сопла Вентури. Технические требования.

Выбран дифференциальный манометр для измерения перепада давления на СУ «сопло Вентури», и материалы деталей сопла и элементов крепежа. Разработан сборочный чертеж и чертеж сопла Вентури. Были определены метрологические характеристики разработанного расходомера.

Список использованных источников

1. Сабитов А. Ф., Ахметова А. З. Расчеты теплофизических характеристик газов и газовых: Учебное пособие. Казань: Изд-во Казан.

гос. техн. ун-та, 2008.

2. В. Н. Зубарев, А. Д. Козлов, В. М. Кузнецов и др. Теплофизические свойства технически важных газов при высоких температурах и давлениях: Справочник — М.: Энергоатомиздат, 1989.

3. Кремлевский П. П. Расходомеры и счетчики количества: Справочник. Л.: Машиностроение, 1989.

4. ГОСТ 8.

586.

3−2005 ГСИ. Измерение расхода и количества жидкостей и газов с помощью стандартных сужающих устройств. Часть 3. Сопла и сопла Вентури. Технические требования.

5. ГОСТ 8.

563.

1−97. Диафрагмы, сопла ИСА 1932 и трубы Вентури, установленные в заполненных трубопроводах круглого сечения. Технические условия.

6. ГОСТ 12 815–80. Фланцы арматуры, соединительных частей и трубопроводов на Pу от 0,1 до 20,0 МПа (от 1 до 200 кгс/см2). Типы. Присоединительные размеры и размеры присоединительных поверхностей.

7. ГОСТ 12 816–80. Фланцы арматуры, соединительных частей трубопроводов на Pу от 0,1 до 20,0 МПа (от 1 до 200 кгс/см2). Общие технические требования.

8. ГОСТ 8.

586.

5−2005.

Измерение расхода и количества жидкостей и газов с помощью стандартных сужающих устройств.

9.Сергеев А. Г. Метрология. Учебное пособие для вузов. — М.:Логос, 2001.

10. ГОСТ 8.

586.

1−2005.

Измерение расхода и количества жидкостей и газов с помощью стандартных сужающих устройств. Методика выполнения измерений.

11. Кремлевский П. П. Измерение расхода многофазных потоков. — Л.: Машиностроение, 1982.

12. ГОСТ 5365–83. Приборы электроизмерительные. Циферблаты и шкалы. Общие технические требования.

13. ГОСТ 7.32−2001.

Отчет о научно-исследовательской работе. Структура и правила оформления. 14. ГОСТ 16 037–80. Соединения сварные стальных трубопроводов. Основные типы, конструктивные элементы и размеры.

15. ГОСТ 5632–72. Стали высоколегированные и сплавы коррозионно-стойкие, жаростойкие и жаропрочные. Марки.Приложения.

Приложение А. Чертёж сужающего устройства.

Приложение Б. Чертёж шкалы расходомера.

Приложение В. Эскиз сужающего устройства в сборе.