过成参数及仪表课程设计

课程设计(综合实验)报告(2014--2015年度第1学期)名称：过程参数检测及仪表题目：标准节流装置的设计与计算院系：控制科学与工程学院班级：学号：学生姓名：指导教师：设计周数：一周成绩：日期：2015年1月23一、课程设计(综合实验)的目的与要求本课程设计为检测技术与仪器、自动化专业《过程参数检测及仪表》专业课的综合实践环节。通过本课程设计，使学生加深过程参数检测基本概念的理解，掌握仪表的基本设计方法和设计步骤。二、设计（实验）正文第一类命题：3.已知条件:流体为水，工作压力MPap7.14，工作温度215t℃；管道mmD23320，材料为20号钢新无缝钢管；节流件为法兰取压标准孔板，材料为1Cr18Ni9Ti；mmd34.11720；差压kPap91.156，求（1）给定差压值p下的水流量mq；（2）计算测量时的压力损失。解：（1）1)辅助计算工作压力（绝对）：pa=p+0.1=14.7+0.1=14.8Mpa密度的计算查表可知14MPa及15Mpa下的温度为200℃和220℃下的水的密度分别为873.94、850.41、874.74、851.21。通过线性计算，可知在绝对压力为14.8Mpa温度为215℃下的水的密度为856.9325kg/m3.动力粘度的计算动力粘度的计算查表可是在200℃及220℃下的工作压力为10Mpa和15Mpa下的水的动力粘度分别为135.7、137、122.9、124.2。通过线性计算，可知可知在绝对压力为14.8Mpa温度为215℃下的水的动力粘度为sPa61014.127Dt,dt,的计算查表可知CD/1078.126及Cd/102.176mmtDDDt58.233)]20(1[20mmtdddt73.117)]20(1[20=td/tD=0.504054.79232161014.12758.2335040.011091.1569325.85673.1171004.0345.01004.0354.064324t12DpdAt2)根据题意，题中对直管段、粗糙度无要求。3）迭代计算流量mqDDDRC34475.065.281.28560.0)1(2860.2)e10(0029.01840.00312.05959.0将ReD=代入上式可得CC0=0.6027ReD1=A0C=4775322.61再次代入C的计算公式中可得到1C=0.6029重复计算得到ReD2=4776907.252C=0.6029这时这时621210nZCCC停止迭代C=0.6029hkgCDAt/8114.400738354.0qm所以给定差压值下的水的流量为400738.8114kg/h（2）计算测量时压力损失根据压力损失公式近似计算得a231.1401291.1565040.06029.05040.015040.06029.05040.011124242424pkPPCC所以压力损失为14012.231kPa.第二类命题：8.已知条件：流体为过热蒸汽，最大流量hkgqm/102503max，常用流量hkgqmch/102303，最小流量hkgqm/101003min；工作压力MPap2.13，工作温度550t℃；管道mmD22120，材料为12CrMoV，新无缝管，允许压力损失kPay60；管道阻力件：上游第一阻力件为渐缩管，上游第二阻力件为90°平面弯头。（1）确定标准节流件形式；（2）选定差压计；（3）计算20dC、、、；（4）确定最小直管段长度210lll、、；（5）计算压力损失并进行核算；（6）计算基本误差。解：由题目中要求建立下表：项目符号单位数值被测介质名称过热蒸汽流量测量范围：正常最大最小minmmaxmmqqqcht/ht/ht/h230250100介质工作压力（表压）apMPa13.2工作温度t℃550管道内径（20℃实测值）20Dmm221管道材料12CrMoV正常流量下允许的压力损失ypkPa60上游第一阻流件渐缩管上游第二阻流件90°平面弯头由以上参数对节流件进行设计（1）确定标准节流件形式分析:国家标准中目前已经规定的标准节流件有标准孔板、校准喷嘴、文丘里管及文丘里喷嘴。标准孔板的结构简单，加工简单，成本低，但是压头损失大标准喷嘴的压力损失比标准孔板小，可用于测量温度和压力较高的蒸汽、气体流量。但它的价格较高。结论：本题中要求压力损失不高于60kPa所以采用标准喷嘴。分析：角接取压的沿程压力损失变化对差压测量影响较小，对流体的清洁度有一定的要求。法兰取压的制造比较方便但是流出系数与、D和雷诺数有关。结论：为了保证较好的测量精度觉得采用角接取压方式，由于管道直径不大所以可以采用环式取压方式。（2）选定差压计分析：差压计的选取主要依靠差压的大小及被测介质压力的大小。同时还需计算差压计满刻度流量值。计算：1）满刻度流量maxmq根据要求所给的最大流量maxmq向上圆整到规定系列值中的一个邻近值。规定的流量计满刻度系列值为nkaq10其中a1,1.2,1.6,2,2.5,3,4,5,6,8；n0或者任意正整数或负整数；本设计中htq/250maxm，所以选择差压计满刻度流量值为htq/250maxm。2）maxp的计算标准喷嘴差压上限的计算式为ypp)5.3~3(maxkPapyp19525.3max选取最靠近的差压系列值，取kPap200max验算25.0015.0103.13/10195/631maxkPapp符合要求。确定maxp后，常用流量对应的差压为：kPapqqpchch048.1651952502302max2maxmm结论：根据我国现有的差压计产品综合考虑各参数可选取确度等级为0.2级的1151DP电容式差压变送器，根据maxp，调整量程为Pa310200~0，被测介质压力为MPa14。（3）计算20dC、、、计算20dC、、、时，也需要利用相关公式进行迭代计算，在常用流量chqm和差压chp下进行，涉及的公式有chtchpdCq124m241DchfCRe,,,1ppfch1）辅助计算：工作状态下的直径599.222205501065.131221201620tDDDt常用流量下的雷诺数763m101467.110896.31599.22210230354.0354.0RetchDDq计算绝对压力：bappp1=13.4MPa查出流体密度tpa,1、流体等熵指数=1.32）迭代计算、、C1.求不变量A46.01650485602.38599.222004.010230004.010230242312312chtchtmpDpDqA2.对于标准喷嘴，可设1.402262.0-9900.0C假设1,100C3.根据以下公式11nnnCAX41221nnnXX-1-1-1-11-1-244215.1615.421.4)Re10)(0033.00075.0(2662.09900.0DCnnnnCXA进行迭代计算，从n=3起，nX用快速弦截法公式212111nnnnnnnXXXX精度判别公式为Aenn，假设判别条件为~),2,1(10510nen，迭代程序见附录。nnnnnneCX、、、、、的计算结果如下图所示当n=4时精度满足要求从表1中可以看到，当4n时，求得的小于预定精度，因此得60.66327929460.947970534CC40.990488014n1234X0.4599888870.4876016270.4898817460.4898952970.6464497460.6620242070.6632718980.663279296C0.9521715830.9482954670.9479724570.9479705360.9907566060.9905092040.9904881390.9904880140.0260490380.0019869260.0000117380.000000005e0.0566297120.0043195100.0000255180.000000011计算算td及20d，663.0可知mmDdtt645192.147663279296.0599.222喷嘴材料选用1Cr18Ni9Ti，查表得/102.186d℃，mmtdddt234613.14620120（4）确定最小直管段长度0l是上游第一阻流件与第二阻流件之间的直管段，由第二阻流件的形式和=0.7计算按照程参数检测及仪表中国电力出版社常太华苏杰第二版2009年6月表7-2中给出的值的一半计算。mDl094.31401l是节流件与上游第一阻流件之间的直管段最小长度，有第一阻流件形式和决定。（向上估计为0.7）查表可得mDl094.31412l是节流件到下游阻流件直管段的最小长度无论阻流件的形式决定，均取决于值。查表可得m547.172Dl（5）计算压力损失并进行核算对于ISA1932喷嘴，由参考教材式（7-15）可得正常流量下的压力损失近似值chchchppCCp24242424663279296.060.94797053663279296.0-1663279296.060.94797053-663279296.0-111ypkPa50.16压力损失验算合格。验算流量1241004.0pdCqtm1165048645192.147990488014.0663279296.0-194790536.0004.024hkg/10299.25（6）计算基本误差对于标准喷嘴，由于6.0663.0，则%926540.0%4.066327.02%4.02CC%024819.0%10101.02.131650482%261pp设%1.0DD,%05.0dd，选定的压差变送器为0.2级，则%16.0200000%2.0165048132(132压差计允许绝对误差）ppp假设温度，压力的测量不确定度为%1，则%1。所以，总不确定度为212222422442241411212pdDCqpdDCmqmj=sqrt(0.926540^2+0.024819^2+((2*0.663279^4)/(1-0.663279^4))^2*0.1^2+(2/(1-0.663279^4))^2+1/4*(0.16^2)+1/4)ans=2.6960基本误差htqmqm/2008.6%6960.210230%6960.23三、课程设计的总结通过本次课程设计我收获了许多课外知识，对课程学习也有了进一步的了解。首先对于有关节流问题的计算有了一些心得，其实节流问题的计算并不是很难，重点在于对题目中各个参数概念的把握，在学习中要注意概念的辨析特别是对于工作压力与绝对压力的区别，对于密度和动力粘度的选取则需要查表及近似估计。迭代部分利用计算机实现，大大加