过参课设

一、课程设计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、课程设计正文1.第一类命题（第一题）已知条件:流体为水，工作压力MPap58.0，工作温度30t℃；管道mmD10020，材料为20号钢旧无缝钢管；节流件为角接取压标准孔板，材料为1Cr18Ni9Ti；mmd38.5020；差压Pap4105，求给定差压值下的水流量mq？解：1.1设计任务书序号项目符号单位数值1被测介质名称水2流量状态参数:工作压力PMPa0.583工作温度t℃304管道直径(20℃下实测值)20Dmm1005管道材料20号钢旧无缝钢管6节流件的形式角接取压标准孔板7节流件的材料1Cr18Ni9Ti8节流件孔径(20℃下实测值)20dmm50.389差压值pPa500001.2辅助计算（1）由题可知，工作压力（绝对压力）：10.580.10.68abpppMPa查表可得水的密度31995.552kgm，水的动力粘度sPa-610005.288，管道线膨胀系数611.1610D℃，节流件线膨胀系数616.6010d℃。由已知的管道直径20D和节流件开孔直径20d计算工作状态下的管道内径tD及节流件开孔直径td，即：620[1(20)]100[111.161010]100.01116mmtDDDt620[1(20)]50.38[116.601010]50.38836mmtdddt（2）计算直径比50.388360.5038100.01116ttdD（3）本题中被测介质水为不可压缩性流体，故1（4）迭代计算中的不变量A：2142640.3540.0041150.38836995.552500000.3540.004828.00510100.0111610.5038316672.4313ttdPAD1.3根据题意可知，直管段长度和粗糙度符合要求。1.4迭代计算流量mq对于角接取压标准孔板，有2.182.560.750.59590.03120.18400.0029(10Re)DC（1）令ReD，将50383.0带入上式得流出系数的初始值0C。00.60253CC则1e0R190804.64DAC将1eRD的值带入（1）式，得60.354316672.4313100.01116828.005100.604340.35444768.21294mtAqDC10.60434C同理可得2e1R191377.8171DAC将2eRD的值带入（1）式，得20.60434C此时2162110nCCZC迭代计算结束，所以得60.354316672.4313100.01116828.005100.604340.35444768.21294(/)mtAqDCkgh2.已知条件：流体为过热蒸汽，最大流量hkgqm/102303max，常用流量hkgqmch/102003，最小流量hkgqm/101003min；工作压力MPap7.9，工作温度510t℃；管道mmD21720，材料为20号钢新无缝管，允许压力损失kPay50；管道阻力件：上游第一阻力件为90°平面弯头，ml5.41，上游第二阻力件为全开闸阀。（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、、并进行核算；（5）计算压力损失并进行核算；（6）计算基本误差。解：2.1设计任务书序号项目符号单位数值1被测介质名称过热蒸汽2流量测量范围：正常mchq/th320010最大maxmq/th323010最小minmq/th3100103介质绝对压力aPMPa9.84工作温度t℃5105管道直径(20℃下实测值)20Dmm2176管道材料20号钢新无缝管7正常流量下允许的压力损失ykpa502.2辅助计算（1）求工作状态下各介质参数。由介质工作状态下的压力9.8pMPa和温度510t℃，查表得介质密度3126.7075kgm，过热蒸汽动力粘度-629.30610Pas，过热蒸汽等熵指数1.3。由管道材料20号钢新无缝管和工作温度510t℃，查得管道材料线膨胀系数1614.3810D。（2）求工作状态下管道直径tD：620[1(20)]217[114.3810490]218.53mmtDDDt（3）计算常用流量下的雷诺数ReD：-66Re0.354/          0.354200000/(218.5329.30610)          11.0510DchmchtqD2.3确定节流件形式、材料及取压类型（1）孔板加工方便、价格较廉，但其压力损失y较大。对于大型发电机组，由于管道雷诺数较高，允许压力损失y限制较严格，故常用喷嘴。由于所测流体为过热蒸汽，且压力损失的限制较为严格，故选用标准喷嘴。（2）角接取压法的优点为当实际雷诺数大于临界雷诺数时，流出系数只与直径比有关，沿程压力损失变化对差压测量的影响小。因此使用角接取压方法。（3）节流件材料应根据所测流体的性质的来决定。对于过热蒸汽可以选用1Cr18Ni9Ti不锈钢材料，1618.2010D。综上所述，节流件选择ISA1932标准喷嘴，取压方式为角接取压，材料为1Cr18Ni9Ti不锈钢，1618.2010D。2.4选定差压计类型、量程及精度流量指示仪表的刻度上限流量是有规定的，即为1，1.25，1.6，2，2.5，3.2，4，5，6.3，810n，其中n为正或负整数。本例最大流量为323010/kgh，所以流量计流量刻度上限maxmq定为325010/kgh。差压计在满刻度流量下的最大差压maxp的选取应从用户对压力损失的要求出发，maxp取值范围由以下公式确定max(3~3.5)yp本设计取33max33501015010ypPa选取最靠近的差压系列值，取max160kPap。验算36max/16010/9.8100.01630.25mPP，符合规定。则常用流量下的差压值chP为：2233max*max200()()1601012110Pa230mchchmqppq差压计型号选取主要取决于现有的差压计产品。参考附录表Ⅱ，根据被测压力p，最大差压maxp以及差压计满刻度流量值*maxmq，本设计可选用准确度等级为0.2级的1151DP电容式差压变送器，其量程范围为(3175~19050)9.81Pa，耐静压为14MPa。根据最大差压maxp，变送器量程应调整在30~16010Pa综上所述，差压计选择1151DP电容式差压变送器，量程为30~16010Pa，精度等级为0.2级。2.5计算20Cd、、、（1）计算不变量A的值ch213230.004200100.004218.5326.7075121100.5821mtchqADp（2）迭代求C、、a.设01C，01b.根据以下公式11nnnAXC1242()1nnXX1242411111（1.1564.124.15100.99000.22620.001750.0033ReDCnnnnAXC进行迭代计算，从3n起，nX用快速弦截法公式，111212()()nnnnnnnXXXX进行迭代计算，迭代程序见附录精度判别公式为nnEA，假设判别条件为5110nE，则nX、n、nC、n、n、nE的计算结果如下表：n12345X0.58210.6292700.6342610.6347930.6348500.7092780.7297910.7318540.7320730.732096C0.9346790.9278230.9271000.9270230.9270140.9896850.9891540.9890950.9890890.9890880.0436340.0045804.8834e-045.2146e-055.5690e-06E0.07496070.0078688.3894e-048.9582e-059.5671e-06当n=4时，求得的E小于精度值得到迭代计算后的结果如下：0.732096；C0.927014；0.989088；（3）计算20d选用1Cr18Ni9Ti不锈钢为喷嘴材料，从附录表中查得1618.2010D206[1(20)][1(20)]      0.732096218.53[118.2010490]      161.41mmtdtdddtDt2.6计算压力损失并进行核算由步骤3中的迭代过程可得，在0.732096，C0.927014时42342134.7511101chchCpC对压力损失进行核算3334.7511105010chy所以压力损失验算合格。2.7确定最小直管段长度210lll、、按0.732096,上游侧第一阻力件为90度弯头，上游侧第二阻力件为全开闸阀，从表中可查得：136360.218537.8tLDm；2880.218531.7tLDm；00.524120.218532.6tLDm；喷嘴对管道相对粗糙度的限值从表中查得，对于0.732096，管道相对粗糙度限值为43.910/KD，所以本例中要求10D以内管道的绝对粗糙度sK为4218.533.9100.085()sKmm新无缝钢管的绝对粗糙度0.05~0.1mmsK，选择内壁光滑的无缝钢管即能符合粗糙度要求。管路系统布置示意图如图1所示：2.8计算基本误差对于标准喷嘴，由于0.6，则(20.4)%(20.7320960.4)%1.064192%CC611210002()%2()%0.024693%9.810chpp设=0.1%DD，=0.05%dd，选定的差压变送器为0.2级，则2121=0.2%1600000.2%1600000.17631%33121000ppp假设温度，压力的测量不确定度为1%，则110.1%。所以总不确定度为10.522222222444122111144mqpCdDmqCDdp代入数据得1.079137%mqmq所以基本误差为31.079137%200102158.274kg/hmmqqmmqq三、节流装置结构尺寸设计3.1节流件结构尺寸ISA1932标准喷嘴由垂直于轴线的入口平面A、圆弧面B和C构成的收缩部分、圆筒形喉部E和防止边缘被损伤所要求的保护槽F等部分组成。（1）入口平面A。入口平面A是以轴线为圆心，直径为1.5d的圆周和直径为管道内径D的圆周所围成的环形平面，环宽为0.5(1.5)Dd，表面粗糙度参数aR不得大于0.0001d。当23时，直径为1.5d的圆周将大于管道内径D所形成的圆周，此时应该将喷嘴上游侧端面切去一段L，使平面部分A的最小直径恰好等于管道内径D，切去部分的轴向长度为1220.750.25[0.2(0.5225)]Ld