标准节流装置的设计与计算

课程设计报告

( 2013—2014年度第一学期 )

课程：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：自动化系

班级：

学号：

学生姓名：Acceler

指导教师：**

设计周数：一周

成绩：

日期：2014 年1 月15 日

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、设计正文 第一类命题：

已知条件：流体为水，工作压力MPa p 7.14=，工作温度215=t ℃；管道

mm D 23320=，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 ；mm d 34.11720=；差压kPa p 91.156=∆，求（1）给定差压值p ∆下的水流量m q ；（2）计算测量时的压力损失。 解：

（1）辅助计算：

查表得到水和水蒸气密度1ρ=856.85kg/3m ，动力粘度η=127.36

10-⨯Pa ·s ，管道线膨胀系数D λ=12.786

10-⨯/℃，节流件线膨胀系数d λ=17.26

10-⨯/℃，可膨胀性系数ε=1。

mm t D D D t 58.233)]20(1[20=-+=λ mm t d dt d 73.117)]20(1[20=-+=λ

（2）查表可知，新无缝钢管的绝对粗糙度K=0.05~0.1mm ，(4

10K/D)max =4.29<4.9，所以直管段粗糙度符合要求。 （3）迭代计算水流量m q ： 由Stolz 方程，得：

令式中0Re D = ∞，此时流出系数初始值为0C =0.60274。取精密度判据6

101-⨯=z ，利

用Matlab 进行迭代计算，程序代码如下： A=7912885.84;yita=127.3e-6; b=0.504;Dt=233.58;

c0=0.5959+0.0312*b^2.1-0.184*b^8+2.286*b^4/Dt/(1-b^4)-0.856*b^3/Dt; c=c0;z=1; % 初值预设

5040.0==

t

t D d β84.79128851004.0354.0412

=-∆⨯=βηρεt t D p

d A )

62.58,:(856.0)

1(286.2)Re 10(0029.0184.00312.05959.02034475.065

.28

1

.2mm D mm D D D C D ≥--++-+=ββββ

β

β

while z>1e-6 % 迭代计算 c1=c; Re=A*c;

c=c0+0.0029*b^2.5*(1e6/Re)^0.75; z=abs((c-c1)/c); end c

qm=A*Dt*yita*c/0.354

迭代2次后，8104.5-⨯=z ，精密度符合要求。此时C=0.602902，m q =400721.5kg/h 。 对于标准孔板，其压力损失的计算式为p p ∆-

=)1(9.1βδ，将β与p ∆值代入，得

p δ=114.23kPa 。

答：给定差压值p ∆下的水流量m q 约为400721.5kg/h ；测量时的压力损失约为114.23kPa 。

第二类命题：

已知条件：流体为锅炉给水，最大流量h kg q m /102303

max ⨯=，常用流量

h kg q mch /101903⨯=，最小流量h kg q m /101003min ⨯=；工作压力MPa p 15=，工作

温度215=t ℃；管道mm D 19920=，材料为20号钢新无缝钢管，节流件为角接取压标准孔板，材料为1Cr18Ni9Ti ；允许压力损失kPa y 40≤∆ω，上游第一阻力件为全孔球阀，上游第二阻力件为同一平面上两个90°弯头。（1）选定差压计；（2）计算20d C 、、、εβ；（3）确定最小直管段长度210l l l 、、；（4）计算压力损失并进行核算；（5）计算基本误差。

本题设计任务书如下：

1、准备计算

根据锅炉给水工作状态下的压力1p =15MPa 和温度t=215°C ，查表得流体密度

ρ1=857.17kg/m 3,动力粘度η=127.4⨯106-Pa ·s ，管道线膨胀系数D λ=12.78610-⨯/℃，节流件线膨胀系数d λ=17.2610-⨯/℃。可膨胀系数ε=1。计算D t ：

mm t D D D t 496.199)]20(1[20=-+=λ

计算正常流量和最小流量下雷诺数：

Re Dch =

ηπt D 4mch q =3600

104.12710199.496π19000046

3-⨯⨯⨯⨯⨯⨯-=2.644×106

Re min D =

ηπt min D 4m q =3600

104.12710496.991π10000046

3-⨯⨯⨯⨯⨯⨯-=1.392⨯106

2、选定差压计

由于采用角接取压标准孔板，最大差压的计算为：ΔP m ax ≤（2~2.5）y p δ

ΔP m ax =2y p δ=2×40=80 kPa

Δp ch =Δp m ax （q mch / q m m ax ）2

=80×103

×（3

310

23010190⨯⨯）2

=54.594kPa 流量指示仪表的流量刻度上限是有规定的，即为1，1.2，1.6，2，2.5，3，4，5，6，8×10n

其中n 为任意整数。题中最大流量为230t/h ，流量计流量刻度上限为m m ax q =250t/h 。

故选用1151HP 型差压变送器，其量程范围为0～186.8kPa ，耐静压为31.5MPa ，仪表基本误差为±0.25%。变送器差压量程调整在0～80kPa 。

3.计算β，C ，ε，20d 流量公式：q mch =

4

1β

-C ε

4

πβ2

D t 2

ch p ∆12ρ，其中q mch 、

4

π、D t 2

ch p ∆12ρ已知，

所以不变量A=

ch

t

ch

p D q ∆12

m 24

ρπ 得迭代方程为：A=4

21βεβ-C ，令X=

4

2

1ββ-=

ε

C A 。 精密度判据为：n E =

A

XC A ε-<1⨯106

-。 β=25

.0211-⎪

⎭⎫ ⎝

⎛

+X ，d t =βD t = D t 25

.02

2

1⎪⎪⎭

⎫ ⎝⎛+X X

q m ch =190×103

kg ／h ；D t =199.496mm ；ρ=857.17kg/m 3

；Δp ch =54.594kPa 计算A 值：