Автоматизация котельной установки (стр. 8 из 14)
9. Расчеты автоматических устройств
При выборе типа сужающего устройства обычно руководствуются правилами:
- потери давления (энергетические потери) в сужающих устройствах увеличивается в определённой последовательности: труба Вентури, короткое сопло Вентури, сопло-диафрагма;
- при прочих режимных условиях и одинаковых значениях m и Ар сопла позволяют измерять большие расходы потоков и обеспечивают более высокую точность измерения по сравнению с диафрагмами, особенно при малых значениях т;
- в процессе эксплуатации диафрагмы закрепляются в большей степени, чем сопла и изменяют коэффициенты расхода, а, следовательно, площади поперечного сечения измерительного трубопровода у диска и степень притупления остроты кромки;
При выполнение расчётов стандартных сужающих устройств, связанных изменением расхода потоков, решают четыре задачи.
1. Определение диаметра d20 отверстие диафрагмы, сопла, сопла Вентури, если известны расходы потока, его физико-химические параметры и размеры цилиндрического участка трубопровода. В этом случае основанное уравнение расхода потока содержит три неизвестных а, е, d20. Возможен путь последовательных приближений, при котором произвольное значение задаётся d, соответствующим какому либо стандартному значению т, определяют в первой приближении а, полотая ориентировочное значение е по отношению Дp/р. Исходя из первого приближения а, находим коэффициент m и по таблице коэффициентов расхода, например, для диафрагмы с угловым отбором перепада давления, определяют соответствующее значение dy при определенном числе Рейнольдса обычно при (Re=1000000) после постановки dy в управление расхода находят, а во втором приближении. Расчёт продолжают до тех пор, пока d20 не будет отличаться более чем на 0,1% .
2. Определение диаметра d20 отверстие сужающего устройства при свободном выборе предельного перепада давление Дрпр. Выбирает так, чтобы относительная площадь устройства m была невелика. При средних скоростях потоков измерительных трубопроводах 10-25м/с значения m должны соответствовать перепадом давления, лежащем в пределах 0,016-0,063 МПа.
Применение сужающего устройства с относительной m 0,35 связью следующими преимуществами уменьшается средняя квадратическая относительная погрешность при большей области измерения измеряемых расходов потока и влияние шероховатости измерительных трубопроводов до 300 мм; сокращается длина прямых измерительных установок трубопровода.
3 Определение перепада давления Др, создаваемого диафрагмой, соплом, соплом Вентури или трубой при определённом расходе потока для выбора необходимого манометра
4.Определения расхода потока по измеряемому перепаду давления на сужающем устройстве определяемого типа при известных конструктивных параметрах сужающего устройства измерительного трубопровода с учётом физико-химических показаний потока.
Исходные данные:
вещество – вода
абсолютное давление Р=3,5 кгс/см2
внутренний диаметр трубы Дтр=50 мм
максимальный объемный расход Q0max=20м3/ч
минимальный объемный расход Q0min=10м3/ч
допустимая норма давления Рn=1 кгс/см2
имеющийся прямой участок трубы перед диафрагмой
Температура t=100С
Расчет:
Из таблицы определяются необходимые для расчета плотность и динамическая вязкость с=999,7 кг/м3, м=1,3077 .
Выбирается сужающее устройство – диафрагма.
Выбирается тип дифманометра – мембранный.
Определяется
максимальный массовый расход.
=20 · 999,7=19994 кг/чИз стандартного ряда чисел по максимальному расходу выбирается число большее заданного на 20-25% и принимается за максимальный расход при расчете
=25000 кг/чПо одной из формул вычисляется число Рейнольдса, соответствующее максимальному расходу
Из графика определяется для каких модулей диафрагмы выполняется условие Remin>Reгр.
Из графика видно, что условие Remin>Reгр выполняется при m<0,31.
Определяется число mб для трех соседних ДРH взятых из стандартного ряда чисел по одной из формул.
,где
- кг/чДтр – мм, ДРH– кгс/см2, с – кг/м2.
Расчет значений для различных перепадов давлений
Таблица 2
| ДРH, кгс/м2 | 6300 | 10000 | 16000 |
| mб | 0,344 | 0,253 | 0,200014 |
| б | 0,76 | 0,672 | 0,653 |
| m | 0,48 | 0,375 | 0,31 |
| l1/Дтр | 31 | 21 | 22,5 |
| PH/ДP | 48,5 | 60 | 66,5 |
| Pn, кгс/м2 | 3055,5 | 6000 | 10640 |
Для вычисления значений mб по графику определяются величины m и б и заносятся в таблицу.
По значениям m из графика потеря давления от установки диафрагмы и заносятся в таблицу. Из расчетной таблицы видно, что наиболее целесообразным является период давления на дифманометре ДРH=6300 кгс/м2, т.к. при этом располагаемый прямой участок трубопровода больше требуемого, потеря давления меньше допустимой и модуль близок к оптимальному.
Вычисляется диаметр отверстия диафрагмы:
Проводится проверка расчета по формуле:
Относительная погрешность при измерении расхода будет
Расчет выполнен верно, т.к. д=2,6% и это не превышает допустимые 5%.
Исполнительный механизм должен отвечать требованиям, выявленным при анализе принятого закона регулирования или управления системы, а также требованиям, определяющим совместную работу с выбранным регулирующим органам, т.е. должен удовлетворять требованиям заданных динамических и статических характеристик исполнительного устройства. Выбор исполнительного механизма производится на стадии проектирования системы регулирования в соответствии с конкретными условиями его работы. При этом исполнительный механизм должен:
1) обеспечивать необходимую скорость регулирования, определяемую динамикой системы;
2) обеспечивать линейную ходовую характеристику (статическую), т.е. постоянство коэффициента передачи по мощности во всем диапазоне изменения регулируемой величины, при этом ИМ не будет искажать выбранного закона регулирования;
3) сохранять равенство между перемещением выходного элемента и рабочим ходом затвора регулирующего органа. Если это равенство не выполняется, необходимо подобрать механическую связь между исполнительным механизмом и регулирующим органом. При этом коэффициент передачи связи должен быть учтен (как и всякого звена, входящего в систему автоматического регулирования).
При выборе исполнительных механизмов, кроме требований, предъявляемых системой регулирования, необходимо учитывать следующее:
1) желательно, чтобы виды энергии, создающей перестановочное усилие, и энергии командного сигнала от регулирующего блока системы были идентичны; в противном случае следует предусмотреть наличие соответствующих преобразователей;
2) ИМ должны применяться с учетом окружающих условий и иметь соответствующее исполнение ( пыле-, брызго, - взрывозащищенное );
3) ИМ должны отвечать требованиям по энергетическим, эксплуатационным и экономическим показателям, а также требованиям надежности, предъявляемым в зависимости от степени ответственности регулируемой величины;
4) наименее важным фактором при выборе исполнительного механизма является его масса и габаритные размеры, однако в отдельных случаях эти показатели также следует учитывать, если этого требует специфика его применения.
Цель расчета: определение условной пропускаемой способности
; определение диаметра условного прохода Ду; выбор конкретного клапана.Исходные данные:
вещество – вода
температура – 100С
внутренний диаметр трубы Дтр=50 мм
максимальный объемный расход Q0max=20м3/ч
минимальный объемный расход Q0min=10м3/ч
давление в начале участка трубы, на котором стоит регулирующий клапан PH=3,5кгс/см2
давление в конце участка трубы PК=2 кгс/см2
длина трубы L=20 м
Z=0, два вентиля, трубопровод прямой горизонтальный.
Расчет:
Находятся недостающие для расчета данные: плотность и динамическая вязкость: с=999,7 кг/м3; м=1,3077 сПз. Составляется схема трубопровода, на котором стоит регулирующий клапан
Рис.1 Отрезок трубопровода с регулирующим клапаном
Определяется число Рейнольдса (характеризует отношение сил инерции и сил вязкости) для максимального и минимального расходов
