Выбор перепада давления и модуля диафрагмы

РАСЧЕТНАЯ ЧАСТЬ

 

 

3.1 Расчет сужающего устройства

 

Произведем расчет диафрагмы в трубопроводе смешанного газа.

 

Лист исходных данных

Общие данные

Агрегат — котел КЕ 10.

Объект измерения — трубопровод питательной воды

Среднее барометрическое давление местности

 

р_б = 101 300 Па.

Трубопровод

 

Согласно табл. 11 [2], скорость вещества в трубопроводе для газа низкого давления J = 10 м/с.

Переводим в , а затем в .

 

 

Т.к. у нас питательная вода, тогда составит:

 

 

Внутренний диаметр:

 

 

Тогда согласно ряду стандартных значений [2] величину D округляют до ближайшей стандартной величины, следовательно, D₂₀ = 50 мм.

 

Материал — 12Х18Н97.

 

Измеряемая среда

Наименование – питательная вода

 

Часовой расход:

− максимальный Q _max=10 м³/ч;

− средний Q _ср = ½ Q _max = 5 м³/ч;

− минимальный Q _min = ¼ Q _max = 2,5 м³/ч.

 

Среднее избыточное давление, согласно табл. 11 [2], отсутствует.

 

Допустимая потеря давления:

 

Расчетный лист

Данные для расчета

Сужающее устройство

Тип — стандартная камерная диафрагма ДКС 06-50.

Материал — сталь марки 12Х18Н9Т.

Поправочный коэффициент на тепловое расширение (a_t= 1,74·10^-5 K^-1):

 

k′_t = 1 + a_t (t-20),

 

k′_t = 1 + 1,74 · 10^-5 (54-20) = 1,0006.

 

Трубопровод

Поправочный коэффициент на тепловое расширение (a_t= 1,38·10^-5 K^-1)

 

k′′_t = 1 + a_t (t - 20),

 

k′′_t = 1 + 1,38 · 10^-5 (54-20) = 1,00046.

 

Внутренний диаметр

 

D = D₂₀ · k′′_t,

 

D = 50 · 1,00046 = 50,023 мм.

 

Измеряемая среда

Название газа – природно-доменная смесь.

Расчетный максимальный расход Q_{н п} = 20000 м³/ч ( по ряду, приведенному в таблице 11 [2]).

 

Квадрат отношения расходов

 

n = (Q_ср/ Q_max)²,

 

n = (5/10)² = 0,25.

 

Средняя абсолютная температура

 

Т = t + 273,

 

T = 54 + 273 = 1173 K.

 

Среднее абсолютное давление

 

P = P_и + P_б,

P = 5 · 10³ + 101300 = 106300 Па.

 

Расчетная допустимая потеря давления

 

P_п.д = P′_п.д (Q_{н п} /Q_{н max})²,

P_п.д = (18000/20000) · 2000 = 2.2 кПа.

 

Плотность газа в нормальном состоянии

 

r_н = a₁r_н1 + а₂r_н2 +a₃r_н3 + а₄r_н4 +a₅r_н5,

r_н = 0,003· 0,6679 + 0,55· 1,166 +0,125 · 1,842 + 0,002 · 1,331 +

+ 0,27 · 1,165= 1,1908 кг/м³.

Относительная влажность в долях единицы j = 1.

 

Коэффициент сжимаемости

 

К = 1,00 (табл. 16 [2]).

 

Промежуточная величина для определения r

 

z = 1.02 · 10^-5 (P / T·K),

z = 1.02 · 10^-5 (106300/(1173 · 1)) = 0,9243 · 10^-3.

 

Плотность газа в рабочем состоянии, кг/м³

 

r = 283,6 r_нZ,

r = 283,6 · 1,1908 · 0,9243 · 10^-3 = 0,3121 кг/м³.

 

Показатель адиабаты c = 1,38 [2].

 

Динамическая вязкость газа m = 3.38 · 10^-5 Па·с, согласно табл. 20 [2].

 

Дифманометр

Тип - мембранный бесшкальный.

Выбор перепада давления и модуля диафрагмы

 

Промежуточная величина

 

Предварительное значение предельного номинального перепада дифманометра (по рис. 17 [2] )

 

Dp′_н = 2,5 кПа.

 

Предварительное значение модуля диафрагмы

 

m = 0.4 (табл. 22 [2] ).

 

Число Рейнольдса

 

- для расчетного расхода

 

Re = 0,354· ((Q_{н п}·r_н)/(D·m)),

Re = 0,354· ((20000 · 1,1908)/(809,72 · 3,38 ·10^-5)) = 308049,5;

 

- для среднего расхода

 

Re_cp= Re(Q_н.ср/Q_{н. п}) ,

Re_cp = 308049,5· (9000/20000) = 138622,3;

 

- для минимального расхода

 

Re_min= Re(Q_н.min/Q_{н. п} ),

Re_min = 308049,5· (4500/20000) = 69311,14;

- граничное значение

 

Re_rp = 130000 (табл.21 [2] ).

 

Заключение по числу Рейнольдса: расход во всем рабочем диапазоне измеряют, не учитывая поправки на влияние вязкости, так как Re_cp > Re_rp.

Заключение по длине прямых участков: для установки диафрагмы требуется прямой участок l₁/D = 20 до сужающего устройства и l₂/D = 7 после сужающего устройства (выбирается в зависимости от вида местных сопротивлений).

Окончательное значение предельного номинального перепада дифманометра

Dp_н = 2,5 кПа.

 

Максимальный перепад на диафрагме

 

Dp = Dp_н =2,5 кПа,

Dр/p = nDp/p = (0,2025·2,5)/106,3 = 0,0047,

 

предварительное значение множителя e′_ср = 0,9839 ( рисунок 18 [2] ).

 

ma′ = 3,13·C/e′_ср ,

ma′ = (3,13· 5,1892)/(0,9839 ) = 0,3302,

 

соответствующее значение модуля m′ = 0.4438 и множителяm e_ср= 0.9841.

Уточненное значение

 

ma = ma′(e′_ср /e_ср),

ma = 0,3302· (0,9839/0,9841) = 0,3302.

 

Окончательное значение модуля m = 0.4438 и поправочного множителя на расширение e_ср = 0.9841.

 

Потеря давления на диафрагме определяется по формуле:

 

р_п » Dр(1 - m)( Q_{н. max} /Q_н,)²,

р_п = 2,5(1 - 0.4438) · (18000/20000)² = 1,1263 кПа.

 

Диаметр отверстия диафрагмы

 

d = D ,

d = 809,72 = 539 мм;

d ₂₀= d / k′_t ,

d ₂₀ = 539 /1,0153 = 531 мм.

 

Проверка расчета

 

Коэффициент расхода a = 0,6876.

 

Q′_нп = 1,13· aed² Z ,

Q′_нп = 1,13 · 0,6876 · 0,9841· (539)² · 0,9243·10^-3 · = 19962,1 м³/ч.

 

Погрешность расчета

s = (Q_нп - Q′_нп)/ Q_нп,

s = [(20000 - 19962,1)/20000]·100 = 0,189% < 0.2%,=> расчет выполнен правильно.