Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

КУРСОВИЙ ПРОЕКТ

Тема проекту:

"Розрахувати і спроектувати ротаметр в комплекті з вторинним приладом КСД - 250 для вимірювання витрати толуолу"

Вступ

Вимірювання витрати і маси речовин (рідких, газоподібних, сипких, твердих, пари і тому подібне) широко застосовується як в товарооблікових і звітних операціях, так і при контролі, регулюванні і управлінні технологічними процесами. Оптимальне управління багатьма технологічними процесами ґрунтується на змішуванні різних компонентів і інгредієнтів, що входять до складу того, що виготовляється цільового продукту, в строго певних співвідношеннях, зміну яких може привести до порушення ходу процесів і отримання неякісного готового продукту.

Витрата речовини - це маса або об'єм речовини, що проходить через цей переріз каналу засобу виміру витрати за одиницю часу. Залежно від того, в яких одиницях вимірюється витрата, розрізняють об'ємну витрату або масову витрату. Об'ємна витрата вимірюється в м³/с (м³/г і т.д.), а масовий - в кг/с (кг/г, т/г і т.д.). Витрата речовини вимірюється за допомогою витратомірів.

1. Витратоміри

Витратомір - прилад, що вимірює витрату речовини, що проходить через переріз трубопроводу в одиницю часу. Якщо прилад має інтегруючий пристрій з лічильником і служить для одночасного виміру і кількості речовини, то його називають витратоміром з лічильником. Маса або об'єм речовини, що пройшла через лічильник, визначається по різниці двох послідовних в часі свідчень відлікового пристрою або інтегратора.

2. Витратоміри тахометричні

Витратоміри цієї групи широко застосовуються в усіх галузях промисловості. Принцип їх дії заснований на використанні залежностей швидкості руху тіл, що поміщаються в потік, від витрати речовин, що протікають через ці витратоміри. Широко поширені турбінні, кулькові і камерні витратоміри.

У турбінних витратомірах у вимірювальній камері по осі потоку встановлюється спеціальної форми крильчате колесо або турбіна, частота обертання яких прямо пропорційна швидкості тих, що протікають через трубопровід рідини або газу. З віссю турбіни за допомогою механічного редуктора або магнітної муфти пов'язаний механічний або електронний лічильник числа оборотів. Певним підбором передавального числа редуктора, а також відповідним розрахунком параметрів вимірювальної камери можна отримати показання шкали лічильника безпосередньо в одиницях вимірюваного середовища.



Малюнок 2.1 - Схема турбінного витратоміру

Камерні тахометричні витратоміри є з одним або декількома рухливими елементами, що вимірюють або відсікають при своєму русі певні об'єми рідини або газу. Овально-шестерний лічильник рідин складається з двох однакових овальних шестерень, що обертаються під дією перепаду тиску рідини, що протікає через його корпус. За один повний оберт шестерень відсікається чотири дозующих об'єму. Облік рідини заснований на відліку числа оборотів шестерень.

Малюнок 2.2 - Схема лічильника рідини з овальними шестернями

Кулькові витратоміри є спеціальною камерою з фланцями для підключення до вимірювального трубопроводу. На шляху потоку рідини розміщується струєнаправляючий апарат 1, за допомогою якого рідина рухається по гвинтовій лінії навколо осі трубопроводу. Далі знаходиться вільно плаваюче тіло - кулька 3, руху якого далі в осьовому напрямі перешкоджає обмежувальне кільце 4. Кулька під дією сили гідродинамічного тиску обертатиметься в площині, перпендикулярній осі трубопроводу. На корпусі приладу 5 в зоні обертання кульки знаходиться пристрій для знімання сигналу 2.

Малюнок 2.3 - Схема кулькового витратоміру

Перевагами крильчатих і турбінних витратомірів є:

- порівняльна простота;

- відсутність електронних пристроїв в конструкції витратомірів;

- менш жорсткі вимоги до наявності прямих ділянок вимірювальних трубопроводів.

Проте їм властиві наступні серйозні недоліки:

- вірогідність засмічення опорних підшипників осей турбін, що вимагає особливої конструкції цих підшипників (неможливо виконати для усіх середовищ);

- вірогідність відкладення забруднень на лопатях турбін (крильчатках), особливо при роботі в забруднених середовищах природного газу і в насиченим вапном воді;

- сильна залежність свідчень величини витрат газів від величини надлишкового тиску у вимірювальному трубопроводі, що вимагає установки перед такими лічильниками систем підтримки постійного тиску;

- необхідність застосування електронних обчислювачів-коректорів в середовищах із змінною температурою, щільністю і тиском, що сильно здорожує систему;

- трудність знімання свідчень з механічного лічильника при інтеграції приладів в систему АСУ ТП.

3. Струминні витратоміри

У них використовується принцип дії генератора автоколивань. У приладі частина струменя потоку рідини або газу відгалужується і через так званий канал зворотного зв'язку «а» і поступає на вхід пристрою, створюючи поперечний тиск на струмінь. Остання перекидається до протилежної стінки трубопроводу, де від неї знову відгалужується частина потоку, що подається через канал «б» на вхід приладу; в результаті струмінь переходить в первинне положення і т.д. Таке перекидання відбувається з частотою, пропорційного витраті контрольованого середовища, і супроводжується зміною тиску в каналах «а» і «б», що дозволяє датчику тиску сприймати автоколивання.

Малюнок 3 - Схема струминного витратоміру

Характеристики цієї групи витратомірів:

- діаметр трубопроводів 2-25 мм;

- температура середовища від - 263 до 500°З;

- тиск до 4 МПа;

- діапазон вимірів 10:1;

- відсутність рухливих елементів;

- похибка - 1,5% від макс. витрати.

4. Ультразвукові витратоміри

У основу їх роботи покладено використання різниці в часі проходження ультразвукових коливань (більше 20 кГц) у напрямі потоку контрольованого середовища і проти нього. Електронний пристрій формує електричний імпульс, що поступає на пьезоелемент П1, який випромінює електромеханічні коливання в рухоме середовище. Ці коливання сприймаються через деякий час пьезоелементом П2, перетворяться їм в електричний імпульс, що потрапляє в електронний пристрій і знову направляється їм на пьезоелемент П1 і так далі. Контур П1-П2 характеризується частотою f1 повторень імпульсів, прямо пропорційною відстані між пьезоелементами і обернено пропорційній різниці між швидкістю поширення звуку в контрольованому середовищі і швидкістю самого середовища. Аналогічно електронний пристрій подає імпульси у зворотному напрямі, тобто від пьезоелемента П2 до пьезоелементу П1. Контур П2-П1 характеризується частотою f2 повторень імпульсів, прямо пропорційною відстані між пьезоелементами і обернено пропорційній сумі швидкостей поширення звуку в середовищі і самого середовища. Далі електронний пристрій визначає різницю Df вказаних частот, яка пропорційна швидкості (витраті) середовища.



Малюнок 5 - Схема ультразвукового витратоміру

5. Електромагнітних витратомірів

Дія їх заснована на прямо пропорційній залежності витрати від едс, індукованій в потоці електропровідній рідині (мінімальна питома електрична провідність 10-3-10-4 См/м), рухомій у зовнішнє магнітне поле, яке спрямоване перпендикулярно осі трубопроводу. Едс визначається за допомогою двох електродів, що вводяться у вимірюване середовище діаметрально протилежно через електроізоляційне покриття усередині поверхні трубопроводу. Прилади дозволяють вимірювати витрату різних пульп, сиропів, агресивних і радіоактивних рідин і т.д. при тисках зазвичай до 2,5 МПа (іноді до 20 МПа); діаметр трубопроводів, як правило, 2-3000 мм. Щоб уникнути поляризації електродів виміру проводять в змінному магнітному полі. Допустимі температури контрольованого середовища визначаються термостійкістю електроізоляційних покриттів.

Малюнок 5 - Схема електромагнітного витратоміру

Основні характеристики:

- висока швидкодія;

- широкий діапазон вимірів (100:1);

- відсутність втрат тиску (прилади не мають елементів, виступаючих всередину трубопроводу);

- свідчення приладів не залежать від в'язкості і щільності рідин;

- погрішність 0,5-1,0% від вимірюваної величини.

6. Вихрові витратомірів

Дія їх заснована на залежності між витратою і частотою виникнення вихорів за твердим тілом (наприклад, металевим прямокутним стержнем), яке розташоване в потоці рідини або газу. Утворенню вихорів сприяє почергова зміна тиску на гранях цього тіла. Діапазон частот утворення вихорів визначається розміром і конфігурацією тіла і діаметром трубопроводів.

Малюнок 6 - Схема вихрового витратоміру

Основні характеристики:

- температура середовища зазвичай від - 50 до 400°С, рідше від - 270 до 450°С;

- тиск до 4 МПа, іноді до - 6,3 МПа;

- діапазон вимірів: для рідин 12:1, для газів 40:1.

- градуювання приладів не залежить від щільності і в'язкості контрольованого середовища, а також від її температури і тиску;

- похибка 0,5-1,0% від вимірюваної величини.

7. Витратоміри постійного перепаду тисків

У цих приладах вимірюється прямо пропорційна витраті величина переміщення поплавця h усередині конічної трубки під впливом рухомого від низу до верху потоку контрольованого середовища. Останній піднімає поплавець до тих пір, поки підйомна сила, що виникає завдяки наявності на нім перепаду тисків, не урівноважиться вагою поплавця. Трубки ротаметрів можуть бути скляними (розраховані на тиск до 2,5 МПа) і металевими (до 70 МПа). Поплавці залежно від властивостей рідини або газу виготовляють з різних металів або пластмас. Прилади працездатні при температурах від - 80 до 400°С, переважні для трубопроводів діаметром до 150 мм, мають рівномірні шкали, градуйовані в одиницях об'ємної витрати.

Малюнок 7 - Схема витратоміру постійного перепаду тисків

Основні характеристики:

- можливість вимірів витрати рідин і газів від дуже малих значень (0,002 л/г по воді, 0,03 л/г по повітрю) до високих (150-200 і до 3000 м³/г);

- широкий діапазон вимірів (10:1);

- малі втрати тиску (до 0,015 МПа);

- похибка 0,5-2,5% від макс. витрати.

8. Витратоміри змінного перепаду тисків

Дія їх заснована на залежності перепаду тисків на гідравлічному опорі (діафрагми, сопла і труби Вентури, сопла Лаваля та ін.), розташованому в потоці контрольованого середовища, від її витрати Q. Виміри різниці тисків Dp = p1 - p2 здійснюються на прямолінійній ділянці трубопроводу (завдовжки до 10 і не менше 5 діаметрів відповідно до і після гідравлічного опору).

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Малюнок 8 - Схема витратоміру змінного перепаду тисків

Витратоміри цього типу особливо поширені завдяки наступним достоїнствам:

- простоті конструкції;

- можливості вимірів в широкому діапазоні значень витрати і діаметрів трубопроводів (від десятків до 3000 мм і більш);

- можливості застосування для різних по складу і агресивності рідин і газів;

- працездатність при температурах до 350-400°С і тисках до 100 МПа;

- можливості розрахунковим шляхом визначати витрату без натурного градуювання витратоміри у разі трубопроводів діаметрами 50-1000 мм.

Недоліки:

- невеликий діапазон вимірів із-за квадратичної залежності між витратою і перепадом тисків (3:1);

- значні втрати тиску на гідравлічному опорі і пов'язані з цим додаткові витрати енергії;

- похибка 1,5-2,5% від макс. витрати.

9. Кореляційні витратоміри

У цих приладах за допомогою складних ультразвукових і інших пристроїв здійснюється запам'ятовування в заданому перерізі трубопроводу (I) характерного «образу» потоку контрольованого середовища і його останнє розпізнавання в іншому перерізі (II), розташованому на певній відстані від першої. Міра витрати - час проходження «образом» потоку ділянки трубопроводу між перерізами. Діаметр трубопроводів 15-900 мм; температура середовища до 100-150°С, тиск до 20 МПа; діапазон вимірів 10:1.

Достоїнства:

- незалежність свідчень від змін щільності, в'язкості, електропровідності і інших параметрів рідини;

- відсутність втрат тиску;

- похибка 1% від вимірюваної величини.



Малюнок 9 - Схема кореляційного витратоміру

10. Кориолісові витратоміри

Кориолісові витратоміри - прилади, що використовують для виміру масової витрати рідин, газів ефект Коріоліса. Принцип дії заснований на змінах фаз механічних коливань U образних трубок, по яких рухається вимірюване середовище. Зрушення фаз пропорційне величині масової витрати. Потік з певною масою, рухомий через вхідні гілки расходомерных трубок, створює кориолісову силу, яка чинить опір вібрації витратомірних трубок.

Переваги цього методу виміру:

- висока точність вимірів параметрів;

- працюють незалежно від напряму потоку;

- не вимагаються прямолінійні ділянки трубопроводу до і після витратоміру;

- немає витрат на установку обчислювачів витрати;

- надійна робота за наявності вібрації трубопроводу, при зміні температури і тиску робочого середовища;

- тривалий термін служби і простота обслуговування завдяки відсутності рухомих частин, що зношуються;

- немає необхідності в періодичному перекалібровуванні і регулярному технічному обслуговуванні;

- можуть працювати від різних джерел живлення за допомогою вбудованого блоку живлення, що самоперемикається;

- вимірюють витрату середовищ з високою в'язкістю;

- дозволено використання в харчовій і фармацевтичній промисловостях.

Малюнок 10 - Схема кориолісового витратоміру

11. Порівняльна таблиця витратомірів

Таблиця 1 - Порівняння витратомірів

Тип	Модель	Середовища	мм	Надлишковий тиск МПа	Темп. измер. середовища t°З	Погрішність%	Витрата м3/ч	Вихідні сигнали і зв'язок
Вихреые	Метран - 332	пара	32, 50, 80, 100, 150	1,6	-40…232	±2,5	5…5200	Зв'язок із зовнішніми пристроями обчислювальної техніки
	Rosemount 8800D	газ, пара, рідина	15, 25, 40, 50, 80, 100, 150, 200, 250, 300	25	- 200 до +427	±1,35	0,0,4.1395	4-20 мА, HART, частотно-імпульсний, Foundation Fieldbus
Електромагнітні	Rosemount 8700	електропровідні рідини, пульпи, суспензії	4…900	0,00,05. 15,00	40…232 100…454	±0,25	0,00,012. 26662,000	4-20 мА, HART, частотно-імпульсний, Foundation Fieldbus
	Метран - 370	електропровідні рідини, пульпи, суспензії	15.200	0,00,05. 4,00	-40…232	±0,5	0,0,215. 1062,000	4-20 мА/HART, Foundation Fielbus, Modbus, WirelessHART
Змінного перепаду тиску	Rosemount 3051SFC	для виміру витрати рідин, газів, пари	15.200	10	40…232 100…454	±0,7	0,00,03.800	4-20 мА/HART
	Annubar Метран - 350	рідина, газ, пара	50.2400	25	-40…400 -184…677	±1	0,00,08. 49137	4-20 мА/HART, Foundation Fielbus, Modbus, WirelessHART
Вихреакустические	Метран-300ПР	вода, водні розчини, окрім абразивних	25.300	1,6	1.150	±1,0	0,0,18. 2000	4-20 мА/HART, Foundation Fielbus, Modbus, WirelessHART
	Метран-305ПР	вода (підтоварна, пласт), водні розчини	50, 100	20	1.100	±1,0	0,0,4.200	4-20 мА/HART, Foundation Fielbus, Modbus

12. Вторинні прилади КСД - 3, КСД - 250

витратовимір прилад речовина трубопровід

Вторинні прилади КСД2, КСД3 - дифференціально-трансформаторні прилади для виміру і реєстрації тиску, рівня, витрати, вакууму і інших неелектричних величин, які можуть бути перетворені в комплексну взаємну індуктивність.

Прилади призначені для роботи в комплекті з первинними взаємозамінними приладами, що перетворюють вимірювану неелектричну величину у вихідний електричний параметр - комплексну взаємну індуктивність 0-10 мГн або 10 - 0 - 10 мГн (мінус 10 плюс 10).

Залежно від різновиду вбудованих додаткових пристроїв прилади КСД2 здійснювати позиційне і пропорційне регулювання вимірюваного параметра, інтегрувати в часі витрату рідини, газу, пари, забезпечувати дистанційну передачу інформацію про вимірювану величину.

По виду представлення інформації прилади є такими, що показують і реєструючими.

13. Розрахунок ротаметра

Розрахувати і спроектувати ротаметр типу РЄ для витрати толуолу по наступним даним:

- межі вимірювання 0 - 4 м³/г

- щільність толуолу 850 кг/м³

- поплавок конічний з ебоніту, щільністю 1680 кг/м³

- шток поплавка із сталі Х18Н10Т

- рота метрична трубка висотою 48 мм з центральним кутом 15⁰

Знаходимо діаметр нижньої частини рота метричної трубки. Прийняв швидкість потоку 0.8 м/с по формулі:

d₀ = = = 0.042 = 42 мм.

Знаходимо діаметр верхньої частини рота метричної трубки по формулі:

D = 2Htgв/2 + d₀ = 2 * 0.048 * 0.1339 + 0.042 = 0.54 = 54 мм.

Знаходимо площу кільцевого зазору між поплавком і рота метричною трубкою при верхньому положенню поплавка по формулі:

S_КЗ = р/4Х[(d₀+2Htgв/2)²-d₀²]=[3,14/4 (0,042+2*0,05*0,1339²) - 0,042²]=3,14/4*0,0031-0,0017 = 0,0011 м²

Розділимо висоту трубки на 6 рівних відділень ДН = 0,048/6 = 0,008 м, і розраховуємо площу кільцевого зазору і витрату толуолу через кожні 8 мм підйому поплавка.

S_КЗ1 = р/4 [(d₀+2H1tgв/2)²-d₀²]= [0,785 (0,042+2*0,008*0,1339²) - 0,042²] = 0,00046 м²

Q₁ = 3600 * б *W_КЗ* S_КЗ1 = 3600 * 0,65 * 1,5 * 0,0046 = 1,4 м³/год

S_КЗ2 = р/4 [(d₀+2H2tgв/2)²-d₀²] = [0,785 (0,042+2*0,016*0,1339²) - 0,042²] = 0,00057 м²

Q₂ = 3600 * б *W_КЗ* S_КЗ2 = 3600 * 0,65 * 1,5 * 0,0057 = 1,9м³/год

S_КЗ3 = р/4 [(d₀+2H3tgв/2)²-d₀²] = [0,785 (0,042+2*0,024*0,1339²) - 0,042²] = 0,00071 м²

Q₃ = 3600 * б *W_КЗ* S_КЗ3 = 3600 * 0,65 * 1,5 * 0,0071 = 2,4 м³/год

S_КЗ4 = р/4 [(d₀+2H4tgв/2)²-d₀²] = [0,785 (0,042+2*0,032*0,1339²) - 0,042²] = 0,00086 м²

Q₄ = 3600 * б *W_КЗ* S_КЗ4 = 3600 * 0,65 * 1,5 * 0,0086 = 2,9 м³/год

S_КЗ5 = р/4 [(d₀+2H5tgв/2)²-d₀²] = [0,785 (0,042+2*0,04*0,1339²) - 0,042²] = 0,00092 м²

Q₅ = 3600 * б *W_КЗ* S_КЗ5 = 3600 * 0,65 * 1,5 * 0,00092 = 3,4 м³/год

Витрата толуолу

Q₆ = 3600 * б *W_КЗ* S_КЗ = 3600 * 0,65 * 1,5 * 0,0011 = 3,9м³/год

Відносна похибка розрахунку:

Д =

Розраховуємо вагу поплавкової системи.

Поплавкова система складається з поплавка, штока поплавка і плунжера, диференційовано - трансформаторної котушки датчика ротаметра.

Приймають наступні розміри деталей. Поплавок конічний діаметр в основі якого 0,054 мм, виготовлений з ебоніту щільністю 1680 кг/м³. Шток поплавка діаметром 3 мм, довжиною 150 мм. З сталі Х18Н10Т щільністю 7700 кг/м³. Плунжер котушки датчика діаметром 5 мм, довжиною 50 мм виготовлений із термопару, щільністю 7700 кг/м³.

Знаходимо вагу поплавкової системи:

G = о

Де о = 0,9 - коефіцієнт опору кільцевого зазору.

Розраховуємо вагу штока поплавка:

G_ШТ = кг.

Розраховуємо вагу плунжера котушки датчика:

G_ПЛ =

Знаходимо власну вагу поплавка:

G_П = G - (G_ШТ - G_ПЛ) = 0,12 - (0,00816 - 0,00165) = 0,113 кг.

В працюючому ротаметрі поплавок повністю занурений в середовище вимірювання. Вагу поплавка, що знаходиться в толуолі знаходимо по формулі:

G_П = V_П(с_П - с_Ж) >V_П = = 10^-5м³.

Розраховуємо конструктивні розміри поплавка. Поплавок являє собою усічений конус, об'єм якого розраховується по формулі:

V = (R² + r² + Rr),

де h - висота поплавка, R - великий радіус поплавка, r - малий радіус поплавка.

R = 0,054, r = 0,042.

Висота поплавка:

h = =

Висновок

У цьому курсовому проекті я розрахував ротаметр з електрично-дистанційною передачею показань для виміру витрати толуолу з межами вимірювання 0 - 4 м³/г. Розглянув вторинний прилад КСД - 250 вживаний з ротаметром і з'ясував його схему підключення.

Розглянув принцип дії ротаметра і вторинного приладу, монтаж ротаметра. Також дізнався про інші методи витрати, таких як:

Змінного перепаду тиску.

Швидкісного напору.

Постійного перепаду тиску.

Безконтактний.

Список літератури

1. Кулаків, М.В. Технологічні виміри і прилади для хімічних виробництв [Текст]: навчань. для внз / М.В. Кулаків. - 2-е видавництва, перераб. і доп. - М.: Машинобудування, 1974. - 462 с.: мул. - Библиогр.: с. 456-457.

2. Кремлівський, П.П. Витратоміри і лічильники кількості [Текст]: довідник / П.П. Кремлівський. - 4-е видавництвом, перераб. і доп. - Л.: Машинобудування, 1989. - 702 с.: мул. - Прил.: с. 652-653. - Библиогр.: с. 654-693.

3. Відлюдків, Б.В. Точні виміри витрати рідин [Текст]: справ. посібник / Б.В. Відлюдків. - М.: Машинобудування, 1977. - 144 с. - Библиогр.: с. 142-143.

4. Бобровников, Г.Н. Безконтактні витратоміри [Текст] / Г.Н. Бобровников, Б.М. Новожилов, В.Г. Сарафанів. - М.: Машинобудування, 1985. - 128 с.: мул. - (: Бібліотека приладобудівника). - Библиогр.: с. 124-126.

Размещено на Allbest.ru