Практична робота 1

Практична робота №1

Тема: Розрахунок та вибір регулюючого органу

Завдання: вибрати регулюючий орган якщо задані

-тиск на вході в трубопровідну сітку Р_п – кгс/см²;

-тиск на виході з трубопровідної сітки Р_к – кгс/см²;

-Q_max, Q_min – межі регулювання об’ємної витрати рідини Q, які повинен забезпечити шуканий регулюючий орган (РО), м³/год., або:

-Q_нmax, Q_нmin – межі регулювання витрати газу Q_н, приведеної до нормальних умов, які повинен забезпечити шуканий РО, м³/год., або:

G_max, G_min – межі регулювання масової витрати речовини G, які повинен забезпечити шуканий РО, кг/год.;

-температура матеріального потоку Т₁, ⁰С.

-довжина відрізку трубопроводу і-ої ділянки-l_і;

-різниця висот розташування входу трубопроводної сітки відносно осі РО- h_n_,м;

-різниця висот розташування виходу трубопроводної сітки відносно осі РО -h_{к ,}м

Таблиця 3. Вихідні дані до виконання практичної роботи № 1

Варі- ант	Р_п кгс/см²	Рк кгс/см²	Для рідин				1₁	1₂	Для газів		Т_1,⁰С
Варі- ант	Р_п кгс/см²	Рк кгс/см²	Qмах м³/год	Qмін м³/год	h (n)	h (k)	1₁	1₂	Qнмах	Qнмін	Т_1,⁰С
1	3.0	1.0	10	2	0.2	1.1	2.0	5.0			8
2	3.1	1.1	11	3	0.3	1.2	2.1	5.1			9
3	3.2	1.2	12	4	0.4	1.3	2.2	5.2			10
4	3.3	1.3	13	5	0.5	1.4	2.3	5.3			11
5	3.4	1.4	14	6	0.6	1.5	2.4	5.4			12
6	3.5	1.5	15	7	0.7	1.6	2.5	5.5			13
7	3.6	1.6	16	8	0.8	1.7	2.6	5.6			14
8	3.7	1.7	17	9	0.9	1.8	2.7	5.7			15
9	3.8	1.8	18	10	1.0	1.9	2.7	5.8			16
10	3.9	1.9	19	11	1.1	2.0	2.9	5.9			17
11	4.0	2.0	20	12	1.2	2.1	3.0	6.0			18
12	4.1	2.1	21	13	1.3	2.2	3.1	6.1			19
13	4.2	2.2	22	14	1.4	2.3	3.2	6.2			20
14	4.3	2.3	23	15	1.5	2.4	3.3	6.3			21
15	4.4	2.4	24	16	1.6	2.5	3.4	6.4			22
16	4.5	2.5	25	17	1.7	2.6	3.5	6.5			23
17	4.6	2.6	26	18	1.8	2.7	3.6	6.6			24
18	4.7	2.7	27	19	1.9	2.8	3.7	6.7			25
19	4.8	2.8	28	20	2.0	2.9	3.8	6.8			26
20	4.9	2.9	29	21	2.1	3.0	3.9	6.9			27
21	5.0	3.0	30	22	2.2	3.1	4.0	7.0			28
22	5.1	3.1	31	23	2.3	3.2	4.1	7.1			29
23	5.2	3.2	32	24	2.4	3.3	4.2	7.2			30
24	5.3	3.3	33	25	2.5	3.4	4.3	7.3			31
25	5.4	3.4	34	26	2.6	3.5	4.4	7.4			32
26	5.5	3.5	35	27	2.7	3.6	4.5	7.5			33
27	5.6	3.6	36	28	2.8	3.7	4.6	7.6			34
28	5.7	3.7	37	29	2.9	3.8	4.7	7.7			35
29	5.8	3.8	38	30	3.0	3.9	4.8	7.8			36
30	5.9	3.9	39	31	3.1	4	4.9	7.9			37

Методика вибору і розрахунку регулюючого органу

У задачу вибору і розрахунку регулюючого органу (РО) входить визначення його пропускної здатності, діаметра умовного проходу, вибір пропускної і витратної характеристик, розрахунок коефіцієнта передачі РО К_ро ( значення К_ро використовується надалі при розрахунку системи автоматичного регулювання).

Для розрахунку необхідні наступні вихідні дані:

схема технологічної трубопровідної сітки, на якому встановлений РО, із приведенням довжини кожної ділянки трубопровідної сітки, види місцевих опорів і їхня кількість, а для рідин, крім того, - різниця висот розташування входу і виходу трубопровідної сітки – h;

відома речовина (рідина, або газ), яка проходить через трубопровідну сітку;

Р_п – тиск на вході в трубопровідну сітку, кгс/см²;

Р_к – тиск на виході з трубопровідної сітки, кгс/см²;

Q_max, Q_min – межі регулювання об’ємної витрати рідини Q, які повинен забезпечити шуканий регулюючий орган (РО), м³/год., або:

Q_нmax, Q_нmin – межі регулювання витрати газу Q_н, приведеної до нормальних умов, які повинен забезпечити шуканий РО, м³/год., або:

G_max, G_min – межі регулювання масової витрати речовини G, які повинен забезпечити шуканий РО, кг/год.;

температура матеріального потоку Т₁ ⁰С.

Послідовність розрахунку:

1.Знайти для даної речовини:

· для рідини – густину при температурі транспортування r (г/см³);

· для газу – густину приведену до нормальних умов r_н (кг/м³);

· кінематичну n (см²/с) або динамічну m в’язкість (Пз);

2.Задатися допустимою швидкістю речовини в трубопроводі, виходячи з рекомендованих діапазонів:

· для рідин [w] від 1 до 2 м/с;

· для газів [w] від 10 до 20 м/с.

3.Визначити орієнтовний діаметр трубопроводу:

для рідин; (2)

для газів; (3)

отримане значення округлити до найближчого більшого стандартного значення [4].

4.Визначити приведені коефіцієнти гідравлічного опору ділянок трубопроводу до РО - x_п і після РО - x_к за формулою:

, мм^-4 , (4)

де i - номер ділянки трубопровідної сітки з умовним діаметром D_ті;

N – кількість ділянок трубопровідної сітки;

D_ті – умовний діаметр і-ої ділянки, в мм;

К₀ – корекційний коефіцієнт на зварні стики і фланці;

l_i – довжина відрізку трубопроводу і-ої ділянки, в м;

l_і – коефіцієнт тертя стінки і-ої ділянки;

j – номер місцевого опору;

M_i – кількість місцевих опорів на і-ій ділянці трубопровідної сітки;

j_ij – коефіцієнт j–го місцевого опору і-ої ділянки.

Значення К₀ прийняти рівним 1,25.

5.Визначити число Re вибравши необхідну формулу з таблиці:

Таблиця 5 Формули для визначення числа Re

Рідина

Газ

, або

В’язкість для газів необхідно розрахувати за формулами:

, або . (5)

Де c, m – газові постійні.

Значення c, m, m₀ для свого варіанту взяти з довідкової літератури [ 4 ].

Крім того, необхідно визначити коефіцієнт тертя за однію з формул:

при ламінарному режимі (Re < 2320):

(6)

при турбулентному режимі (Re = 3000...100000):

(7)

чи (для будь-яких Re > 5000):

. (8)

6. Перевірити, чи не виходить дійсна швидкість потоку в трубопроводі за межі допустимого.

Дійсна швидкість потоку в трубопроводі визначається при максимальній витраті, згідно однієї з формул, (м/с):

для рідин:

, (9)

або за формулою , (10)

для газів:

, (11)

або за формулою , (12)

Обмеження швидкості потоку на вході РО:

для рідин становить 5 м/с – ; для газів -75 м/с.

7.Визначити тиски на на вході р₁ і виході р₂ РО, перепади тисків на РО - Dр_ро і трубопроводі- Dр_т при максимальній витраті, кгс/см² :

для рідин:

, (13)

, (14)

(15)

де h_п – різниця висот розташування входу трубопровідної сітки відносно осі РО, м

, (16)

(17)

, (18)

де h_к – різниця висот розташування виходу трубопровідної сітки відносно осі РО, м

Примітка: “+” у формулі ставиться тоді, коли початок (або кінець) розраховуваної ділянки трубопровідної сітки розміщений вище осі РО, “ - ” у формулі ставиться в тому випадку, коли початок (або кінець) розраховуваної ділянки трубопровідної сітки розміщений нижче осі РО.

для газів:

, (19)

або за формулою: , (20)

, (21)

або за формулою: , (22)

Dр_ро = р₁ – р₂ , (23)

Dр_т = р_1пр – (р_2пр + Dр_ро) для рідин, (24)

Dр_т = р_п – (р_к + Dр_ро) для газів. (25)

8. Обраховують максимальну розрахункову пропускну здатність :

● для рідини

, (26)

● для насиченої і перегрітої пари при Р₂ > 0.5P₁ (докритичний режим плину)

(27)

● для газів

при Р₂ > 0.5P₁ (докритичний режим плину)

або , (28)

при Р₂ < 0,5Р₁ (критичний режим плину)

, (29)

, (30)

де Q_мах, Q_н_мах –максимальні об’ємні витрати, відповідно:

для рідини, м³/год, для

газу – нм³/год, (при 0 °С и 760 мм рт. ст.);

G_мах – масова витрата для рідини, газу, пари, кг/год;

r - густина рідини при температурі транспортування, г/см³ ;

r_н – густина газу при нормальних умовах, кг/м³;

ρ₁- густина пари при температурі транспортування Т₁, ⁰К і тискові Р₁, кг/м³;

Р₁, Р₂ - тиск, відповідно: до і після РО, кгс/см²;

- поправочний коефіцієнт, який враховує відхилення властивостей реального газу від ідеального [ 3, 4 ].

9. Вибір типорозміру РО:

Визначають максимальну пропускну здатність по одній з формул (26)...(30).

9.2. Вибирають РО відповідного типу (дво-, односідельний чи заслінковий) з умовною пропускною здатністю , найближчою більшою стосовно отриманого значення , помноженому на коефіцієнт запасу , коефіцієнт запасу приймається не меншим 1.1...1.2.

Методами аналізу системи автоматичного регулювання визначають оптимальну витратну характеристику РО, відповідно до якої з каталогів вибирають РО з відповідним видом пропускної характеристики.

Умовний прохід РО , мм, вибирається таким, щоб виконувалася умова:

0.25D< D_y <D.

9.3. Перевіряють вплив в’язкості рідини на пропускну здатність обраного РО в такий спосіб:

9.3.1.Визначають число Re_y , віднесене до умовного проходу попередньо вибраного РО, за формулою вибраною з табл. (п.5).

9.3.2.Якщо >2320, застосовують РО з умовною пропускною здатністю , визначеною по п.9.2, з наступною перевіркою на можливість виникнення кавітації по п.9.4.

9.3.3. Якщо <2320, визначають поправочний коефіцієнт на вплив в’язкості рідини . Наближені значення можуть бути знайдені з графіків залежності (рис. 1).

9.3.4. Розраховують пропускну здатність з урахуванням впливу в’язкості рідини

, (31)

При вибір РО вважають закінченим. При знову вибирають РО відповідного типу зі значенням , найближчим більшим , і знову визначають , і . Знову знайдене значення перевіряють по п. 9.3;

Рисунок 1. Значення коефіцієнта для різних виконуючих механізмів:

1 - двосидельних; 2 - односидельних; 3 - заслінкових

Рисунок 2. Залежність коефіцієнтів кавітації і від коефіцієнта гідравлічногоопору:

1 - для двосидельних виконавчих механізмів і односидельних (подача рідини на затвор); 2 - і для односидельних (подача рідини під затвор); 3 - для двосидельних виконавчих механізмів і односидельних (подача рідини на затвор)

9.4. Проводять перевірку РО на критичні умови експлуатації:

9.4.1. Для потоку рідини перевіряють РО на можливість виникнення кавітації:

Визначають коефіцієнт опору РО:

(32)

де , мм² .

По рис. 2 знаходять коефіцієнт кавітації , потім розраховують максимально припустимий перепад тисків:

, (33)

Де - абсолютний тиск насиченої пари рідини при температурі , кгс/см² (знаходять по довідковій літературі).

Якщо виявиться, що , то приймається раніше обраний по п.9.2. чи 9.3. РО з пропускною здатністю . У противному випадку цей РО буде працювати в кавітаційному режимі і для виключення цього варто вибрати інший РО з іншим найближчим більшим значенням умовної пропускної здатності . Для цього значення знову визначається по (32), а потім за графіком (рис. 2) знаходиться критичний коефіцієнт і підраховується критичний перепад тисків у РО:

, (34)

який підставляється в наступну формулу:

. (35)

При обраний РО забезпечує пропуск заданої витрати в кавітаційному режимі і вибір можна вважати закінченим. При приймається інший РО з ще більшим і розрахунки повторюються згідно пункту п. 9.4 .

9.4.2. Для потоку газу перевіряють РО на можливість виникнення критичного перепаду:

де χ – показник адіабати.

Приведена методика розрахунку пропускної здатності і вибору умовного проходу РО не враховує впливу трубопровідної лінії. Далі приводиться методика розрахунку РО з урахуванням впливу наявної трубопровідної мережі, а також для випадку, коли система проектується знову.

10. Вибір пропускної характеристики РО з урахуванням впливу наявної трубопровідної лінії проводиться в наступному порядку:

10.1. Визначають пропускну здатність трубопровідної лінії К_vтпо одній з формул (26)-(30) в залежності від агрегатного стану середовища. В формулу замість Dp_po підставляють Dp_т .

10.2. Визначають гідравлічний модуль згідно формули: n = K_vy / K_vT.

10.3. Визначають максимальну і мінімальну відносні витрати середовища q_max і q_minнаступним чином:

10.3.1. Знаходять попереднє значення максимальної відносної витрати q^п_max за формулою:

q^п_max = K_vmax / K_vу_. (36)

10.3.2. На побудованих витратних характеристиках для n визначеного згідно п.10.1 і n = 0 через точку q^п_max проводять горизонтальну пряму до перетину з лінією для n = 0. Потім з точки перетину проводять вертикальну пряму до перетину з кривою для визначеного n . Ордината точки перетину відповідає максимальній відносній витраті через РО q_max .

10.3.3. Мінімальну відносну витрату середовища q_min визначають за формулою:

. (37)

10.2.За побудованими витратними характеристиками для n визначеного згідно п.10.1, за значеннями , знаходять , і діапазон ходу затвора РО . Перевіряють виконання умов: ³ 0,1; £ 0,9; ³ 0,25.

10.3.Для вибраного РО визначають:

● для лінійної витратної характеристики – коефіцієнт підсилення

;

● для рівнопроцентної витратної характеристики – коефіцієнт рівнопроцентності

;

10.4. Визначають найбільші додатні і від’ємні відхилення дійсних значень коефіцієнта підсилення і коефіцієнта рівнопроцентності від розрахованих в п.10.5:

DK^в = K_д_max – K ; DK^н = K_д_min – K;

DK^в_p = K_pд_max – K_p ; DK^н_p = K_pд_min – K_p ,

де K_д_max , K_д_min , K_pд_max , K_pд_min - максимальні і мінімальні значення коефіцієнта підсилення і коефіцієнта рівнопроцентності в діапазоні відносних витрат , .

10.7.Підраховують відносні відхилення коефіцієнта підсилення d^¢_к і коефіцієнта рівнопроцентності d^¢_кр :

, ,

і вибирають РО з тією пропускною характеристикою, де d_К (d_Кр) є найменшим.

Аналіз за п.п. 10.3 – 10.7 проводять як для випадку, коли необхідно забезпечити лінійну витратну характеристику, так і для випадку, коли необхідно забезпечити рівнопроцентну витратну характеристику.

Повернутись на початок сторінки