Проектирование сужающего устройства

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

Расход - это величина, равная количеству жидкого или газообразного вещества, протекающего через поперечное сечение в единицу времени. Различают объемный расход, выраженный в м3/с или м3/ч, и массовый расход, выраженный в кг/с или кг/ч.

Точные измерения расходов являются важной задачей отделов метрологии любого предприятия. На любом производстве точные измерения расхода жидкостей и газов имеют большое экономическое значение, так как небольшая погрешность может привести к существенному увеличению расхода, а, следовательно, и увеличению стоимости готовой продукции. Решение этой задачи базируется на таких науках, как физика, химия, механика, электротехника, электроника, теплотехника, процессы и аппараты.

Целью курсового проекта является проектирование устройства для измерения расхода газов стандартными сужающими устройствами на предприятиях пищевой промышленности.

Приборы, с помощью которых можно определить величину мгновенного расхода, называются расходомерами.

Для измерения расходов применяются различные преобразователи расхода: сужающие устройства, ротаметры, тахиометрические и электромагнитные преобразователи. Наибольшее распространение среди них получили сужающие устройства.

Задание на курсовой проект

Задание по I части

Таблица 1 - Исходные данные для расчета и проектирования сужающего устройства

Перечень исходных данных	Обозначение	Значение
1	2	3
Смесь газов в молярных долях, %: Метан Этан (С2Н6) Пропан (C2H8) Углекислый газ (СО2) Азот (N2) Аргон	N1 N2 N3 N4 N5 N6	25 15 20 10 15 15
Максимальный измеряемый объемный расход, приведенный к нормальному состоянию, м3/ч м3/с	Qном. max	550 0,1388
Минимальный измеряемый объемный расход, приведенный к нормальному состоянию м3/ч м3/с	Qном. min	220 0,061111
Температура газов перед сужающим устройством, оС	t	65
Относительная влажность газовой среды, %	?	30
Тип сужающего устройства - сопло Вентури	-	-
Продолжение таблицы 1
Измерительный участок расположен между двумя коленами	-	-
Расстояние между местными сопротивлениями, м	L	3

Задание по II части

Таблица 2 - Предельные результаты измерений

	Последняя цифра варианта
	Расход, м3/ч	Погрешность, м3/ч
Предпоследняя цифра	200	+ 1,2 0

Число измерений - 50.

1. Описание технологической схемы

Характеристика продукции , сырья и полуфабрикатов.

Сливочное масло - пищевой продукт, вырабатываемый из коровьего молока, состоящий преимущественно из молочного жира и обладающий специфическим, свойственным ему вкусом, запахом и пластичной консистенцией. Кроме жира масло содержит воду, белки, молочный сахар, фосфатиды, витамины, минеральные вещества и др.

Низкая температура плавления (от 27 до 34 °С) и отвердевания (от 18 до 23 °С) молочного жира способствует его переходу в пищеварительном тракте в наиболее удобное для усвоения жидкое состояние (усвояемость молочного жира - 91,0 %, сухих веществ - 94,1 %). Пищевую ценность сливочного масла повышают содержащиеся в нем фосфолипиды, особенно лецитин, попадающий в масло вместе с оболочками жировых шариков.

Сливочное масло наиболее богато жирорастворимым провитамином А, из которого организм человека синтезирует витамин А. Благодаря высокой концентрации провитамина А (каротина) сливочное масло окрашивается в желтый цвет.

На структуру, качество, стойкость масла во время хранения влияет однородность распределения и размер капель воды, размер пузырьков воздуха и др.

Ассортимент сливочного (животного коровьего) масла обусловлен видом исходного сырья, условиями его переработки и составом готовой продукции. Сладкосливочное масло вырабатывают из свежих пастеризованных сливок, а кислосливочное - из заквашенных пастеризованных сливок. По способу обработки сырья различают масло, полученное путем сбивания сливок средней жирности или преобразования высокожирных сливок.

В нашей стране вырабатывается сливочное масло следующих наименований: сливочное масло, содержащее 82,5 % жира; любительское (78 %); крестьянское (72,5 %) и бутербродное (61,5 %). Масло может быть несоленым и соленым. Производят также вологодское масло (82,5 % жира) из сливок, обработанных при высокой температуре (от 105 до 110 °С), чтобы продукт имел специфический вкус и запах.

Каждый вид масла отличается своеобразным вкусом и ароматом. Сливочное масло делится на два сорта: высший и первый. По вкусовым достоинствам, пищевой ценности и усвояемости сливочное масло является наилучшим жиром, предназначенным в основном для потребления в натуральном виде. По вкусу и запаху сливочное масло хорошо сочетается со многими пищевыми продуктами и широко применяется для приготовления бутербродов и кулинарных приправ.

В ассортимент животных масел включают также топленое масло, полученное в результате отделения плазмы от свободного жира в расплавленном сливочном масле-сырце. В состав топленого масла входят до 99 % жира и около 1 % влаги. Остальные вещества (незначительная часть белков, органические кислоты, водорастворимые витамины и минеральные вещества) отделяются вместе с плазмой. Топленое масло используют при жарении кулинарных полуфабрикатов.

Особенности производства и потребления готовой продукции.

Производство сливочного масла относится к группе физических и биохимических технологий образования продукта из стойкой жировой эмульсии молочного жира - сливок. Основными процессами являются концентрирование жировой фазы сливок, разрушение эмульсии и формирование структуры продукта с заданными свойствами. Различают два способа производства сливочного масла: сбивание сливок средней жирности (от 30 до 40 %) и преобразование высокожирных сливок (до 80 %).

При выработке сливочного масла способом сбивания концентрирование жировой фазы достигается сепарированием молока и последующем разрушении эмульсии молочного жира с образованием масляного зерна и жидкой фракции - пахты. Масляное зерно - концентрированная суспензо-эмульсия, состоящая из полуразрушенных агрегатов жировых шариков. Зерно образуется в результате агрегирования (слияния) жировых шариков, содержащихся в сливках, в условиях интенсивного перемешивания. Текстура готового продукта формируется путем удаления избытка влаги прессованием, а иногда и вработкой (добавлением) недостающего количества воды и ее диспергирования. Регулирование влаги осуществляется во время обработки масла. Кристаллизация глицеридов молочного жира завершается во время физического созревания сливок до механической обработки масла.

При получении сливочного масла способом преобразования высокожирных сливок концентрирование жировой фазы молока осуществляется сепарированием. Высокожирные сливки - высококонцентрированная эмульсия молочного жира в плазме. Получение высокожирных сливок сводится к механическому разделению сливок в центробежном поле сепаратора на высокожирные сливки и плазму сливок - пахту. Нормализация высокожирных сливок по влаге проводится до начала термомеханической обработки. Разрушение эмульсии жира сливок и кристаллизация глицеридов молочного жира происходит главным образом во время термомеханической обработки. На завершающей стадии процесса вследствие механического воздействия продукт приобретает мелкокристаллическую структуру и пластичную консистенцию.

Стадии технологического процесса.

Производство сливочного масла способом сбивания сливок состоит из следующих стадий и основных операций:

- приемка молока и сливок, сортирование по качеству и измерение количества принятых молока и сливок;

- нагревание и сепарирование молока;

- нагревание и созревание сливок;

- пастеризация, дезодорация и охлаждение сливок;

- сбивание сливок и отделение пахты;

- промывка масляного зерна и отделение воды;

- вакуумирование масла;

- посолка масла;

- механическая обработка: нормализация и распределение влаги, пластификация и образование пласта масла;

- упаковывание масла в потребительскую и транспортную тару.

Характеристика комплексов оборудования.

Линия для производства сливочного масла начинается с комплекса оборудования для приемки и хранения молока, в состав которого входят насосы, емкости, приемные ванны и весы.

В состав линии входит комплекс оборудования для подогревания и сепарирования молока, состоящий из пластинчатых пастеризационно-охладительных установок и сепараторов-сливкоотделителей.

Следующим является комплекс оборудования для тепловой обработки сливок и их созревания, в состав которого входят пластинчатый теплообменник, пастеризационно-охладительная установка, вакуум-дезодорационная установка и резервуары для хранения и созревания сливок.

Ведущим является комплекс оборудования для сбивания сливок, промывки, посолки и механической обработки масла, представляющий маслоизготовители периодического и непрерывного действия.

Завершающий комплекс оборудования включает машины для фасования масла в ящики или в потребительскую тару.

На рисунке 2 показана машинно-аппаратурная схема линии сливочного масла способом сбивания сливок (традиционным).

Устройство и принцип действия линии.

Принятое молоко с помощью насосов 1 направляется в емкость 2, подогревается в пластинчатой пастеризационно-охлади-тельной установке 3 и сепарируется в сепараторе-сливкоотделителе 4.

Принятое молоко сепарируют при температуре от 35 до 40 °С для получения сливок с желаемой массовой долей жира. Для выработки масла способом сбивания в маслоизготовителях непрерывного действия используются сливки с массовой долей жира от 36 до 50 %. При выработке масла способом сбивания в маслоизготовителях периодического действия используют сливки средней жирности с массовой долей жира от 32 до 37 %.

Обезжиренное молоко после сепарирования направляется в установку 3 на пастеризацию и охлаждение, а затем на переработку или для возврата сдатчикам.

Принятые сливки из сепараторных отделений взвешиваются на весах 5 и через приемную ванну 6 направляются на подогревание в пластинчатый теплообменник 7.

Сливки из сепаратора и сепараторных отделений поступают в резервуар 8 для промежуточного хранения, откуда их направляют на пластинчатую пастеризационно-охладительную установку 9, где нагревается до температуры пастеризации от 80 до 90 °С, а затем охлаждаются до температуры созревания от 2 до 8 °С.

Пастеризованные сливки поступают (при необходимости) в вакуум-дезодорационную установку 11, снабженную вакуум-насосом 10. После удаления в установке 11 посторонних запахов и привкусов сливки перекачивают в сливкосозревательный аппарат 12. В нем при замедленном развитии молочнокислой микрофлоры происходит изменение физико-химических свойств сливок, обеспечивающих благоприятные условия для маслообразования.

Сливки после созревания винтовым насосом 13 направляют либо в маслоизготовитель периодического действия 14, либо в маслоизготовитель непрерывного действия 17, где осуществляется сбивание сливок, промывка масляного зерна, посолка и обработка масла.

Сливки в маслоизготовитель периодического действия 14 подаются насосом-дозатором 13 и сбиваются до получения масляного зерна размером 3…5 мм. После этого выпускают пахту, промывают масляное зерно и осуществляют посолку масла сухой солью или рассолом.

Рисунок 2 - машинно-аппаратурная схема линии производства сливочного масла

Затем проводят механическую обработку масла для отделения влаги и образования пласта масла. Для улучшения консистенции и распределение влаги масло обрабатывают в гомогенизаторе-пластификаторе 15. Готовое масло выгружается в фасовочную машину 16.

В маслоизготовитель непрерывного действия 17 сливки из сливкосозревательного аппарата 12 перекачивают насосом-дозатором 13 через уравнительный бачок. Маслоизготовитель 17 состоит из последовательно размещенных составных частей: сбивателя, имеющего цилиндрический охлаждающий корпус и лопастную мешалку, и шнекового текстуратора.

В сбивателе процесс обработки сливок осуществляется в условиях энергичного перемешивания. В результате сбивания образуется масляное зерно, которое после выхода из сбивателя отделяется от пахты.

В текстураторе обработка вначале масляного зерна, а затем пласта масла заключается в отпрессовывании влаги: удаление избытка, а иногда и вработка недостающего количества воды и ее диспергирование. Текстуратор состоит из трех шнековых камер (первая - для обработки масла и отделения пахты в бачок 18, вторая - для промывки масляного зерна и отделения воды в бачок 19, третья - вакуум-камера для вакуумирования масла), блока посолки с дозирующим устройством 20 и блока механической обработки масла. Содержание влаги в масле регулируется внесением недостающего количества воды дозирующим насосом 21.

Готовое масло конвейером 22 направляется в фасовочную машину 23 для упаковывания в виде брикетов в пачки из пергамента.

Сужающее устройство. Принцип действия

Сужающее устройство выполняет функции первичного преобразователя, устанавливается в трубопроводе и создает в нем местное сужение, вследствие чего при протекании вещества повышается скорость в суженном сечении по сравнению со скоростью потока до сужения. Увеличение скорости, а следовательно, и кинетической энергии вызывает уменьшение потенциальной энергии потока в суженном сечении. Соответственно статическое давление в суженном сечении будет меньше, чем в сечении до сужающего устройства. Таким образом, при протекании вещества через сужающее устройство создается перепад давления, зависящий от скорости потока и, следовательно, расхода жидкости. Отсюда следует, что перепад давления, создаваемый сужающим устройством, может служить мерой расхода вещества, протекающего в трубопроводе, а численное значение расхода вещества может быть определено по перепаду давления, измеренному дифманометром.

Причиной широкого распространения таких расходомеров являются их достоинства: универсальность применения, удобство массового производства, Отсутствие необходимости в образцовых установках для градуировки. Они пригодны для измерения расхода, каких угодно однофазных, а в известной мере и двухфазных, сред при самых различных давлениях и температурах. Дифманометры и вторичные приборы изготавливаются серийно, так как их устройство не зависит ни от вида и параметров измеряемой среды. Сужающее устройство изготавливается индивидуально. Градуировка стандартных сужающих устройств может быть определена расчётным путём.

Однако расходомеры с сужающим устройством имеют ряд недостатков, например квадратичная зависимость между расходом и перепадом не позволяет измерять расход менее 30% от максимального из-за высокой погрешности измерения, что затрудняет использование этих приборов для измерения расходов, изменяющихся в широких пределах. Другим недостатком измерения расхода с помощью сужающих устройств является ограниченная точность, причём погрешность измерения колеблется в широких пределах (от 1,5 % до 3 %) в зависимости от состояния сужающего устройства, диаметра трубопровода, постоянства давления и температуры измеряемой среды.

Сопло Вентури устанавливают на трубопроводах диаметром от 65 до 500 мм, при этом относительная площадь сужающего устройства должна находиться в пределах 0,05 < m < 0,60, диаметр отверстия сопла d > 15мм.

Сопло Вентури состоит из профильной входной части, цилиндрической средней части (горловины) и выходного конуса. Профильная часть выполняется так же, как у нормального сопла для соответствующих значений m. Цилиндрическое отверстие должно переходить в конус без радиусного сопряжения. Сопло Вентури может быть длинным или коротким. У первого наибольший диаметр выходного конуса равен диаметру трубопровода, у второго он меньше диаметра трубопровода. Перепад давления следует измерять через кольцевые камеры. Заднюю (минусовую) камеру соединяют с цилиндрической частью сопла Вентури с помощью радиальных отверстий.

линия газ пищевой полуфабрикат

2. Расчет сужающего устройства при измерении расхода газов

2.1 Определение основных параметров потоков измеряемой среды

Определение абсолютного давления

Абсолютное давление определяется как сумма избыточного давления и барометрического давления Р, МПа, по формуле

(1)

где Ри - избыточное давление, Ри= 0,025 МПа;

Рб - барометрическое давление, Рб =0,095 МПа.

P=0,025+0,095=0,12 МПа.

Определение абсолютной температуры

Абсолютная температура, Т, оС, определяется по формуле

(2)

где t - температура газа перед сужающим устройством, оС, t=70 оС.

Т=273,15+65=338,15 K .

Определение плотности сухих газов при нормальных условиях

При известной молярной концентрации компонентов смеси (Niмол=mi/M) плотность определяется по формуле

(3)

где mi - число молей i-го компонента смеси, моль;

М - число молей смеси, моль;

ном - плотность i-го компонента смеси при нормальных условиях, кг/м3 [1]; - молярная концентрация i- го компонента смеси.

Плотность компонентов представленной газовой смеси при нормальных условиях представлены в таблице 3.

Таблица 3 - Плотности компонентов газовой смеси

Компонент смеси	Плотность, ?номi	Значение, кг/м3
Этан Метан Углекислый газ Азот Аргон Пропан		0,185 0,167025 0,18346 0,178335 0,2493 0,37318

ном=0,25•0,6681+0,15•1,26+0,2•1,8659+0,1•1,8346+0,15•1,1889+0,15•1,662=1,3363 кг/м3.

Определение коэффициента сжимаемости газовой смеси

При плотности газовой смеси > 0,9 кг/м3 коэффициент сжимаемости К, определяется по формуле

(4)

где Ni - коэффициент сжимаемости компонентов газовой смеси при температуре t = 70 оС и абсолютном давлении Р = 0,12 МПа

Кi - коэффициент определяется по графикам [1].

Коэффициенты сжимаемости компонентов газовой смеси приведены в таблице 4.

Таблица 4 - Коэффициенты сжимаемости газовой смеси

Компонент	Коэффициент сжимаемости, Кi	Значение
Этан Метан Пропан Углекислый газ Азот Аргон	К1 К2 К3 К4 К5 К6	0,1 0,999 0,99 1,0 1,0 0

К=0,15•0,1+0,25•0,999+0,2•0,99+0,1•1,0+0,15•1,0+0,15•0=0,72275.

Определение наибольшего возможного давления водяного пара во влажном газе

Давление насыщенного водяного пара при t =65 оС составляет Рн п = 0,2550 кгс/см2 (0,025006864 МПа) [1].

Температура насыщенного пара при этом давлении равна t ? 104 °С по.

Так как t < tнп, то наибольшее возможное давление пара во влажном газе при Р = 0,132 МПа и t = 65 оС равна давлению насыщенного водяного пара.

Рвп=Рнп=0,2550кгс/см2 (0,025006864 МПа).

Определение числового значения плотности сухой части влажной газовой смеси в рабочих условиях

Числовое значение плотности сухой части влажной газовой смеси в рабочих условиях , кг/м3 , определяется по формуле

(5)

кг/м3.

Определение числового значения плотности влажной газовой смеси в рабочих условиях

Числовое значение плотности влажной газовой смеси в рабочих условиях , кг/ м3, определяется по формуле

(6)

где ?в n max- плотность водяного пара при t = 65 оС, кг/ м3, ?в n max = 0,1613 кг/м3.

кг/ м3.

Определение динамической вязкости газовой смеси в рабочих условиях

Динамическая вязкость газовой смеси в рабочих условиях для сопел, сопел Вентури и труб Вентури ?=1•10-6 Па·с.

2.2 Определение расчетного значения внутреннего диаметра трубы

Определение расчетного внутреннего диаметра трубы

Расчетный внутренний диаметр трубы , мм, определяется по формуле

(7)

где - максимальный измеряемый объемный расход, приведенный к нормальным условиям, м3/с (по заданию Qном.мах= 0,152778 м3/с);

- рекомендуемая скорость течения газа низкого давления (рекомендуется в пределах 6-10 м/с).

мм.

Определение минимального допустимого числа Рейнольдса

Устанавливаем минимально допустимое число Рейнольдса с целью проверки выполнения условия турбулентности течения газа.

Для сопел и сопел Вентури

(8)

Определяем число Рейнольдса для наших условий по формуле

(9)

.

Так как,7,95265 ·104 > 7 · 104, то условие турбулентности течения газа выполняется.

Выбор диаметра условного прохода.

Диаметр условного прохода выбирается как среднее значение трубопровода, округленного до ближайшего значения из стандартного ряда, регламентированного ГОСТ 28338-89.

мм,

Dy=150 мм.

2.3 Выбор трубы. Определение минимальной толщины стенки трубы

Выбор типа трубы

По [2] выбирается бесшовная горячедеформированная труба из стали 20 при t = 65 оС в соответствии с [2] назначается первая температурная ступень.

Рабочему давлению Р = 0,01 МПа и первой температурной ступени соответствует ближайшее условное давление Ру = 0,1 МПа и пробное давление Рпр = 0,2 МПа.

Минимальная толщина стенки , мм, определяется по формуле

(10)

где ?вр- предел прочности стали 20 МПа, ?вр = 412 МПа.

мм.

Выбор камер, фланцев и уточнение размеров трубы

На основании Dу = 150 мм; Ру = 0,1 МПа выбираем сопло Вентури, ГОСТ 8.563.1-97 и ГОСТ 8.563.2-97.

На основании Ру = 0,1 МПа и рабочей температуры t = 70о С, выбираем фланец стальной плоский приварной по ГОСТ 12820-80 . Геометрические размеры фланцев определяем по [4].

Диаметр отверстия фланца [4] составляет Dв = 154 мм. В соответствии с этим выбираем наружный диаметр трубы по ГОСТ 8732-78 Dн = 152 мм. По [2] уточняем, что трубы такого диаметра выпускают с минимальной толщиной стенки hт =6 мм, что значительно больше расчетного значения hт min = 0,091 мм .

Внутренний диаметр трубы Dв, мм, определяется по формуле

Dв = Dн - 2 • hт (11)

Dв = 152-2•6 =142 мм.

Для найденного значения Dв = 124 мм его минимальная толщина стенки равна

 (12)

мм.

Условное обозначение выбранной трубы с наружным диаметром 152 мм, толщиной стенок 6 мм, длиной 1250 м из стали 20, изготовленной с нормированием механических свойств и химического состава (группа В).

Расчет параметров сужающего устройства

Выбираем верхний предел измерения расхода. По заданию Qпр=0,1388 м3/с. Из нормального ряда (статистического) выбирается ближайший больший, из ГОСТ 3032-84 выберем Qпр = 0,16 м3/с.

Определяем допустимую потерю давления , кПа, при Qпр = 0,16 м3/с по формуле

(13)

где - допустимая остаточная потеря давления (представлена в исходных данных), кПа, =0,08 кПа.

кПа.

В единицах технической системы

0,05763689•1,01972 •10-2 = 0,05763689 кгс/см2.

Этот перерасчет дан для облегчения использования старых справочных таблиц.

Определяем дополнительную величину C, по формуле

(14)

где - предельный верхний предел измерения расхода (выбранный), м3/с;

Т - абсолютная температура газа, К;

К - коэффициент сжимаемости (определен выше);

D - внутренний диаметр выбранной трубы, м;

- плотность влажного газа в рабочих условиях, кг/м3;

Р - абсолютное давление газовой смеси, Па;

- относительная влажность, в долях единицы;

- наибольшее возможное давление пара во влажном газе при и заданной температуре газовой смеси, Па.

.

По [1] по величине с = 1,04129312и Рпд = 0,05763689 кгс/см2 находим предельный номинальный перепад давления на сужающем устройстве
?Рпд = 400 кгс/м2 и приближенное значение относительной площади сужающего устройства m = 0,18.

По этой же номограмме для m = 0,18 находим потерю давления измеряемой среды при прохождении сужающего устройства составляет Рп = 0,006 кгс/м2 .

Так как потеря давления меньше допускаемой (0,088259522 < 2,0736), то расчет продолжаем.

Уточняем чисела Рейнольдса при минимальном и предельном расходах
по формулам:

(15)

(16)

Абсолютная шероховатость новой бесшовной трубы, не бывшей в эксплуатации, К принимается равной Rz.

K= Rz =0,04 мм принимаемя по [1].

Относительная шероховатость труб определяется по формуле:

(17)

Предел относительной шероховатости определяется по формуле

(18)

Так как относительная шероховатость не превышает предельное значение (2,67< 5,7), то поправочный коэффициент на шероховатость Km=1.

Приближенное значение диаметра отверстия сопла Вентури d, мм, определяется по формуле

(19)

мм.

Показатели адиабаты составляющих газовой смеси приведены в таблице 5.

Таблица 5 - Показатели адиабаты составляющих газовой смеси

Компонент смеси	Показатель адиабаты	Значение
Этан Метан Углекислый газ Азот Аргон Пропан	К1 К2 К3 К4 К5 К5	1,18025 0,0325 1,295 1,4 1,1825 1,139

Значение показателя адиабаты для компонентов смеси взяты из [1].

К=0,25•1,3025+0,15•1,1825+0,2•1,139+0,15•1,4+0,1•1,2925+0,15•1,18=1,24805.

Поправочный множитель на притупление входной кромки для сопел Вентури, устанавливаемых в трубопроводах с относительной шероховатостью :

(20)

Кш=1.

Коэффициент расхода для сопел и сопел Вентури, устанавливаемых в трубопроводах с относительной шероховатостью, ? , определенной по (18) определяется по формуле

(21)

Коэффициент расширения газовой смеси для сопел, сопел Вентури и труб Вентури , определяем по формуле (первое значение)

(22)

Первое значение вспомогательной величины определяется по формуле

(23)

.

Первое значение относительной площади сужающего устройства m1, определяется по формуле

(24)

Первое значение коэффициента расхода , при m1 определяется по формуле

, (25)

Правильность расчета проверяем по формуле

(26)

.

Так как // < 0,0005, то принимается коэффициент расширения газовой смеси ==0,957931858, коэффициент расхода 5,19437362, относительная площадь сопла Вентури m = m1 = 0,1271897846.

Для определения диаметра отверстия сужающего устройства при температуре 20 оС, находим поправочный коэффициент на тепловое расширение материала сопла Вентури по формуле

(27)

где - коэффициент линейного расширения материала сопла Вентури.

Материал сопла Вентури - нержавеющая сталь, 12Х18Н10Т, для которой =16,4•10-6оС-1.

.

Диаметр отверстия сопла Вентури при температуре 20 оС d20, мм, определяется по формуле

(28)

мм.

2.4 Окончательная проверка правильности расчета

Определение объемного расхода газа, приведенного к нормальному состоянию.

Объемный расход газа, приведенный к нормальному состоянию, соответствующий предельному перепаду давления в сопле Вентури , м3/с, определяется по формуле

(29)

Определение отклонения полученной величины расхода от заданной

Отклонение полученной величины расхода от заданной ?, определяется по формуле

(30)

%.

Так как отклонение расчетной величины предельного расхода от заданной не превышает допустимое значение ( < 0,2 %), то расчет выполнен правильно.

2.5 Выбор измерительного комплекта

Тип и разновидность первичного прибора

Для данного расчета выбираем первичный прибор в соответствии
с ГОСТ 8.563.1-97 - сопло Вентури.

Тип и разновидность вторичного прибора

Вторичный прибор дифманометр типа Сапфир-22ДУ в соответствии
с ГОСТ 2405-80 является взаимозаменяемым, предназначенный для измерения расхода. Пределы измерения объемных долей - 0-1%; 0-2%. Погрешность вторичного прибора составляет 0,5 - 1,0 %.

2.6 Расчет необходимых длин прямых участков трубопровода сужающего устройства

Необходимая расчетная длина прямого участка за сужающим устройством

Для m = 0,1271897846 и L2 = 5,2 0,142 = 0,7384 м выбираем длину прямого участка за сужающим устройством.

Согласно исходным данным длина измерительного участка L = 3 м, длинна прямого участка перед сужающим устройством L1= 3 - 0,7384 = 4,0628 м, что соответствует L1 / D20 = 4,0628/ 0,142=28,611539.

Дополнительная погрешность коэффициента расхода

Дополнительная погрешность коэффициента расхода от сокращения прямого участка перед сужающим устройством при m = 0,12 и L1 / D20 =28,611539 находится линейной интерполяцией табличных значений [1].

Линейная интерполяция между значениями L1 / D20 25 и 30 для
L1 / D20 =28,611539:

при m = 0,1 ,

при m = 0,15 .

Линейная интерполяция между значениями m 0,1 и 0,15 для
m =0,12:

%.

2.7 Измерение расхода промышленными и лабораторными дифманометрами

Определение расхода, измеряемого сильфонными дифманометрами

Расход, измеряемый кольцевыми, колокольными, сильфонными и мембранными дифманометрами, , м3/с, определяется по формуле

(31)

где - коэффициент коррекции расхода.

м3/с.

2.8 Определение предельной погрешности расходомера

В настоящем расчете допускаются следующие упрощения:

а) составляющие погрешности не имеют корреляционной связи и считаются независимыми друг от друга;

б) закон распределения составляющих погрешностей принимают нормальным (закон Гаусса);

в) предельную погрешность измерения принимают равной максимальной погрешности измерения однократного измерения при доверительной погрешности 0,95, при этом ?=25;

г) если составляющие или совокупные составляющие погрешности равны или менее 30% результирующей погрешности, то ими пренебрегают.

Определение средней квадратической относительной погрешности (СКОП) коэффициента расхода

Средняя квадратическая относительная погрешность из-за допустимых отклонений диаметра отверстия сужающего устройства , %, рассчитывается по формуле

(32)

где для диафрагм, сопел и сопел Вентури = 0,05 при m < 0,4.

%.

Средняя квадратическая относительная погрешность из-за допустимых отклонений внутреннего диаметра трубопровода , %, определяется по формуле

(33)

где =0,15 для всех допустимых значений m.

%.

Средняя квадратическая относительная погрешность из-за притупления входной кромки сопла стандартного , %, определяется по формуле

 (34)

Средняя квадратическая относительная погрешность коэффициента расхода для сопел при определении ? определяется по формуле (21) для 0, 05 < m < 0,25

(35)

%.

Средняя квадратическая относительная погрешность из-за сокращения прямого участка трубопровода перед соплом , %, определяется по формуле

, (36)

где ;

.

Окончательно СКОП коэффициента расхода с учетом сокращения длины прямого участка трубопровода перед соплом Вентури , %, определяется по формуле

(37)

Определение средней квадратической относительной погрешности от изменения абсолютного давления газовой смеси

СКОП от изменения абсолютного давления газовой смеси , %, определяется по формуле

(38)

где - средняя квадратическая относительная погрешность от изменения избыточного давления газовой смеси;

- средняя квадратическая относительная погрешность от изменения барометрического давления;

= 2,5 % - принимаемое допустимое (возможное) относительное изменение барометрического давления.

;

;

.

Определение средней квадратической относительной погрешности от изменения температуры газового потока

СКОП от изменения температуры газового потока , %, определяется по формуле

(39)

где ?Т=2 К - абсолютная погрешность измерения температуры (принятая).

.

Определение средней квадратической относительной погрешности дифференциального манометра

СКОП дифференциального манометра определяется по формуле

(40)

где =1 - класс точности прибора.

.

Определение средней квадратической относительной погрешности задания содержания компонентов газовой смеси

СКОП задания содержания компонентов газовой смеси , %, определяется по формуле

(41)

где =0,5% - абсолютная погрешность концентрации компонента.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Определение средней квадратической относительной погрешности показателя адиабаты газовой смеси

СКОП показателя адиабаты газовой смеси , %, определяется по формуле

(42)

где =0,005 - абсолютная погрешность показателя адиабаты по принятым условиям задания.

Для газовой смеси в целом

(43)

где Ni - концентрация компонентов газовой смеси в долях единицы;

- показатель адиабаты компонентов газовой смеси (определен ранее);

- показатель адиабаты компонентов газовой смесив в целом (определен ранее).

Размещено на http://www.allbest.ru/

Определение средней квадратической относительной погрешности коэффициента расширения газовой смеси

СКОП коэффициента расширения газовой смеси для сопел, сопел Вентури и труб Вентури определяется по формуле

(44)

(45)

(46)

 (47)

где - погрешность определения показателя адиабаты газа, %;

?Р = 230 кгс/см2 = 2,3 кПа = 0,0023 МПа (принято ранее).

,

,

,

.

Определение средней квадратической относительной погрешности плотности

СКОП плотности газовой смеси в нормальных условиях , %, определяется по формулам:

(48)

(49)

где - половина последнего разряда значения показателя плотности по расчетам, кг/м3.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Определение средней квадратической относительной погрешности коэффициента сжимаемости газвой смеси

СКОП коэффициента сжимаемости газовой смеси определяется по формуле

(50)

 (51)

где - абсолютная погрешность коэффициента сжимаемости компонентов газовой смеси равная половине последнеготразряда значения;

- коэффициент сжимаемости (определены ранее).

.

Определение средней квадратической относительной погрешности коэффициента коррекции расхода на влажность газовой смеси

СКОП коэффициента коррекции расхода на влажность газовой смеси определяется по формуле

 (52)

где - коэффициент коррекции расхода на влажность газовой смеси

(53)

СКОП заданной относительной влажности газовой смеси , %, определяется по формуле

(54)

где - абсолютная погрешность заданной относительной влажности газовой среды, .

СКОП определения наибольшего возможного давления водяного пара в газовой смеси , %, рассчитывается по формуле

(55)

где - относительная погрешность определения наибольшего возможного давления водяного пара в газовой смеси,



Определение средней квадратической относительной погрешности измерения расхода

СКОП измерения расхода для сухой части влажных газов , %, определяется по формуле

(56)

где - СКОП коэффициента коррекции расхода на число Рейнольдса, =0 %.

= [0,5000151722 + 0,4891420812 + 02 + 0,52 + 0,25 ?

? (0,955719352 + 2,2871812842 + 0,2914177472 + 1,2623256432 )]0,5 =

= 1,65546832 %.

Определение предельной погрешности измерения расхода

Предельная погрешность измерения расхода , %, определяется по формуле

(57)



Определение предельной погрешности измерительного комплекта

Предельная погрешность измерительного комплекта определяется по формуле

(58)

где - предельная погрешность вторичного прибора измерительного комплекта, = 1 %.

3. Расчет суммарной погрешности

Исходные данные (условия измерений):

измеряемая величина - давление (избыточное);

количество измерений - 50;

доверительная вероятность - 0,95;

неисключенная систематическая погрешность равна пределу допустимой основной погрешности средства измерения (принято условно);

средство измерения - манометр с верхним пределом измерения 1,0 МПа, класс точности 1.

Результаты измерений представлены в таблице 6.

Таблица 6 - Показатели адиабаты составляющих газовой смеси

Номер измерения	P, МПа
1	2
1	201,5
2	201,47
3	201,44
4	201,41
5	201,38
6	201,35
7	201,32
8	201,29
9	201,26
10	201,23
11	201,2
12	201,17
13	201,14
14	201,11
15	201,8
16	201,05
17	201,02
18	200,99
19	200,96
20	200,93
21	200,9
22	200,87
23	200,84
24	200,81
25	200,78
26	200,75
27	200,72
28	200,69
29	200,66
30	200,63
31	200,6
32	200,57
33	200,54
34	200,51
35	200,48
36	200,45
37	200,42
38	200,39
39	200,36
40	200,33
41	200,3
42	200,27
43	200,24
44	200,18
45	200,15
46	200,12
47	200,09
48	200,06
49	200,03
50	200

3.1 Определение грубых ошибок

Находим среднее арифметическое значение результатов измерений , МПа, по формуле

(59)

где хi-результаты измерений;

m - число результатов измерений после исключения грубых ошибок.

200,7752 МПа (m = 50).

Находим и отбрасываем грубые ошибки в результатах. Для этого находим отклонения значений результатов от среднего арифметического значения. Результаты расчета отклонений значений от среднего арифметического представлены в таблице 7.

Таблица 7 - Отклонения значений результатов измерений от среднего арифметического

Номер измерения	Xm-xi, МПа
1	2
1	0,7248
2	0,6948
3	0,6648
4	0,6348
5	0,6048
6	0,5748
7	0,5448
8	0,5148
9	0,4848
10	0,4548
11	0,4248
12	0,3948
13	0,3648
14	0,3348
15	1,0248
16	0,2748
17	0,2448
18	0,2148
19	0,1848
20	0,1548
21	0,1248
1	2
22	0,0948
23	0,0648
24	0,0348
25	0,0048
26	0,0252
27	0,0552
28	0,0852
29	0,1152
30	0,1452
31	0,1752
32	0,2052
33	0,2352
34	0,2652
35	0,2952
36	0,3252
37	0,3552
38	0,3852
39	0,4152
40	0,4452
41	0,4752
42	0,5052
43	0,5352
44	0,5952
45	0,6252
46	0,6552
47	0,6852
48	0,7152
49	0,7452
50	0,7752

Среднее квадратическое отклонение результатов измерений , МПа, определяем по формуле

(60)

МПа.

По условию результат, для которого выполняется неравенство

МПа, является грубой ошибкой. Этому условию не удовлетворяет ни один результат.

Таким образом, среднее арифметическое значение

m=n.

Определяем доверительные границы случайной погрешности. Применяем распределение Стьюдента, для m =50 по таблице для коэффициентов Стьюдента находим t =1,96 Определяем доверительную границу абсолютной случайной погрешности , МПа, по формуле

(61)

МПа.

В относительной форме

По условию неисключенная абсолютная систематическая погрешность манометра (инструментальная погрешность) равна пределу допустимой основной погрешности:

1·0,004 МПа = 0,004 МПа.

Определяем границы суммарной погрешности. При прямых многократных измерениях и статистической обработке их результатов определение границы суммарной погрешности измерения производят по формуле

(62)

где k - коэффициент, зависящий от соотношения случайной и неисключенной систематической погрешностей;

- оценка суммарного среднего квадратического отклонения результата измерения.

= (63)

k = (64)

где - границы i-й неисключенной систематической погрешности;

- среднее квадратическое отклонение;

- доверительная граница случайной погрешности;

- границасуммарной неисключенной систематической погрешности.

В эти формулы подставлено

= МПа,

k = .

Граница суммарной погрешности равна

0,216638 · 0,4241 = 0,91876 МПа.

Окончательная величина измеренного давления:

р = 200,7752 ±0,91876 МПа.

4. Определение параметров распределения погрешностей измерения

При измерении расхода газов наибольший результат составил
201,5 м3/с, а наименьший 200 м3/с. Величина зоны рассеивания равна 1,5 м3/с. Эту зону удобнее всего разбить на 8 интервалов по 0,1875 м3/с. Последовательность обработки удобнее представить в виде таблицы 8.

Таблица 8 - Обработка результатов

Номер интервала	Границы интервалов, м3/с	Середина интервала, xi, м3/с	Частота, mi	mixi	mixi2
	свыше	до (включительно)
1	200	200,1875	200,09375	4	800,375	160150
2	200,1875	200,375	200,28125	6	1201,688	240675,5
3	200,375	200,5625	200,46875	8	1603,75	321501,8
4	200,5625	200,75	200,65625	9	1805,906	362366,4
5	200,75	200,9375	200,84375	8	1606,75	322705,7
6	200,9375	201,125	201,03125	6	1206,188	242481,4
7	201,125	201,3125	201,21875	5	1006,094	202444,9
8	201,3125	201,5	201,40625	4	805,625	162257,9
Сумма ?				50	10036,38	2014584

а) определим среднее арифметическое , м3/с, по формуле

(65)

м3/с;

б) эмпирическая дисперсия погрешности измерения равна

 (66)

м6/с2;

в) эмпирическое среднее квадратическое отклонение погрешности измерения равно

(67)

м3/с =380•103 мм3/с;

г) проверяем соответствие экспериментального распределения принятому закону распределения

Грубо оценивая распределение mi по интервалам, предположим, что здесь имеет место нормальный закон распределения, тогда конкретные значения вероятности попадания результата измерения в конкретный интервал удобно определять, используя табулированные значения функции

. (68)

При этом

(69)

Вероятность попадания результата измерения в i-й интервал величиной h (h=0,45 м3/с) , находится по формуле

. (70)

Результаты вычислений приведены в таблице 9.

Таблица 9 - Результаты вычислений

Номер интервала	Середина интервала xi, м3/с	Эмпирические частости, Pi (mi/?mi)	xi - м3/с	Zi	?(z)	PiT
1	200,09375	0,08	-0,63375	0,039752	0,3986	0,196677632
2	200,28125	0,12	-0,44625	0,033346	0,3988	0,196776316
3	200,46875	0,16	-0,25875	0,025378	0,3988	0,196776316
4	200,65625	0,18	-0,07125	0,01329	0,3989	0,196825658
5	200,84375	0,16	0,30375	0,04452	0,3984	0,196578947
6	201,03125	0,12	0,30375	0,02751	0,3988	0,196776316
7	201,21875	0,1	0,49125	0,03497	0,3988	0,196776316
8	201,40625	0,08	0,67875	0,04109	0,3986	0,196677632

По данным таблицы 8 (xi, Pi и ) строим гистограмму и полигон в координатах Pi - xi, .

Для расчета показателей ассиметрии и эксцесса составляем таблицу 9.

Таблица 9 - Результаты вычислений

Номер интервала	xi	mi	mxi	mxi2	mxi3	mxi4
1	200,09375	4	800,375	160150	32045021,1	6412008440
2	200,28125	6	1201,688	240675,5	48202784,9	9654114013
3	200,46875	8	1603,75	321501,8	64451055,51	12920422535
4	200,65625	9	1805,906	362366,4	72711078,13	14589932271
5	200,84375	8	1606,75	322705,7	64813421,99	13017370723
6	201,03125	6	1206,188	242481,4	48746335,1	9799536677
7	201,21875	5	1006,094	202444,9	40735715,11	8196789674
8	201,40625	4	805,625	162257,9	32679757,22	6581907352
Сумма ?	1606	50	10036,38	2014584	4,04385E+08	8,11721E+10

Адекватность эмпирического и теоретического распределений можно установить по соотношению показателей асимметрии и эксцесса (плоскоостровершинность) с их средними квадратичными ошибками.

Асимметрию А и эксцесс Е вычисляют по формулам:

(71)

(72)

Ассиметрия распределения равна

Эксцесс распределения равен

Дисперсии ассиметрии и эксцесса равны

(73)

(74)

,

.

Таким образом, распределение является нормальным, так как выполняются неравенства:

,

.

Доверительный интервал для математического ожидания М, м3/с, экспериментального (нормального) распределения определяется по формуле

(75)

Выше было определено м3/с, м3/с.

Принимаем двустороннюю вероятность = 0,95. В зависимости от и числа измерений m = 50 находим коэффициент = 1,96 [1].

Тогда

м3/с.

200,7275 - < М < 200,7275 +

Окончательно

200,6222 м3/с < М <200,8328 м3/с.

Заключение

В данном курсовом проекте рассмотрена технологическая линия производства вареной колбасы. Для регулирования перепада давления в трубопроводе спроектировано сопло и поставлен дифференциальный манометр.

При проектировании сужающего устройства определены следующие показатели: основные параметры потоков измеряемой среды, значения внутреннего диаметра и толщины стенки трубы, необходимые длины прямых участков трубопровода перед сужающим устройством, расход промышленными и лабораторными дифманометрами, предельная погрешность расходомера.

В курсовом проекте расчитана суммарная погрешность измерения давления. По определенным параметрам распределения погрешностей измерения расхода газовой смеси сделан вывод о том, что погрешности подчиняются нормальному закону распределения.

В курсовой проект входят чертежи: технологическая схема линии производства сливочного масла, дифференциальный манометр типа Сапфир-22Ду-Вн и сопло Вентури, частичная деталировка дифференциального манометра, а так же гистограммы интервального ряда распределений расходов газовой смеси.

Список использованных источников

1. Анурьев, В. И. Справочник конструктора-машиностроителя [Текст]. В. И. Анурьев. - М. : Машиностроение, 2001. - 864 с.

2. Кошарский, Б. Д. Автоматические приборы и вычислительные системы [Текст] : учеб. пособие / Б. Д. Кошарский. - Л. : Машиностроение, 1976. - 488 с.

3. ГОСТ 12815-80. Фланцы арматуры, соединительных частей и трубопроводов [Текст]. - М. : Изд-во стандартов, 1980. - 4 с.

4. ГОСТ 8.563.1-97. Диафрагмы, сопла ИСА 1932 и трубы Вентури, установленные в заполненных трубопроводах круглого сечения [Текст]. - М. : Изд-во стандартов, 1980. - 4 с.

5. ГОСТ 8.563.2-97 Методика выполнения измерений с помощью сужающих устройств [Текст]. - М. : Изд-во стандартов, 1986. - 8 с.

6. РД 50-213-80. Правила измерения расходов газов и жидкостей стандартными сужающими устройствами [Текст]. - М. : Государственный комитет СССР по стандартам, 1982. - 12 с.

7. Антипов, С. Т. Машины и аппараты пищевых производств [Текст]. : учебник для вузов / С. Т. Антипов, И. Г. Кретов, А. Н. Остриков и др. - М. : Высш. шк., 2001. - 703 с.

8. Методические указания к оформлению расчетно-проектных, расчетно-графических работ, курсовых и дипломных проектов [Текст] / Воронеж. гос. технол. акад.; сост. Ю. Р. Шаповалов, И. Г. Савенков, Е. В. Вьюшина. - Воронеж, 2003.- 59 с.

9. Радкевич, Я. М. Метрология, стандартизация и сертификация [Текст] : учебник для вузов / Я. М. Радкевич, А. Г. Схиртладзе, Б. И. Лактионов. - М. : Высш. шк., 2004. - 767 с.

Размещено на Allbest.ru