优秀过程参数课程设计报告

1、华蛀电力*芳课程设计报告（20132014年度第一学期）名称：过程参数检测及仪表题目：第二类命题的计算院系：控制与计算机工程学院班级：学号：学生姓名：指导教师：段泉圣设计周数：一周成绩：日期：2014年1月14日一、课程设计的目的与要求1通过本次课程设计，加深口己对课程中理论棊础的理解，掌握设计过程参数检测系统的基 本思路、设计手段以及设计方法。2. 掌握节流变压降流量测量系统的组成，各部分功能以及节流装直的计算。3. 掌握标准节流装置第二类命题的设计与计算。4能根据实际工程情况设计合理的流量检测系统。二、设计正文1设计题目己知：被测流体（水蒸气）及工作压力卩、工作温度人、最大流量癫、常用流量

2、乞曲、 最小流聚罰、管道材料、内径/）20、节流件前示管道及阻流件的情况。给出的限制条件 有最小直管段l< lx （实际直管段长度）；压力损失< awv要求完成以下工作：（1）选择节流件形式（类型、取压方式）；（2）选择差压计；（3）计算 c、£、0、2（）；（4）计算所需最小直管段厶、1、【2；（5）计算最人压损样和，并验算vmax u'py；（6）计算所设计的节流装置的测量不确定度；本题的设计要求如下:序号项冃符号单位数值1被测介质名称过热蒸气2流量测量范围最大qmmaxt/h250正常qmcht/h200最小qmmint/h803工作圧力（表压力）plmpa

3、2.14丄作温度ti°c3105允许的压力损失a©,kpa566管道内径（20°c的实测值）d2omm5007管道材质a3号钢8节流件材质lcr18ni9ti 不锈钢9取压方式法兰取压10节流件形式标准孔板管路形式:rt个4v丿丿2设计中各参数定义参数符号参数含义c一次装置流出系数k相对粗糙度0直径比d孔板开孔直径£流休膨胀性系数管道的线膨胀系数一次装置的线膨胀系数k等炳指数3 具体设计过程：(1) 工作状态下各介质参数：(1.1) 根据介质工作状态下表压力p=2必,大气压力几=0必，绝対压力好=斥 + £=2.1 + 0.1 = 2.2必再由

4、介质工作温度tl=310°c,查表可得工作状态下水的密度p, =8.64118kg/m3,动力粘 度 77 = 2o.78xlo_6pa-s；(1.2) 根据管道材料为3号钢制作的新的无缝钢管和工作温度310°c,查表得管道材料的线 膨胀系数血=13.60x10"/°c。(1.3) 过热蒸汽的等爛指数 = 1.3。(2) 计算工作状态下的管道直径：根据如下公式计算管道直径：d= 60 1+局(/-20)=500x 1 + 13.60x10_6x(310-20)=501.97mm(3) 计算常用流量和最小流量下的雷诺数：根据如下公式计算redch兀de4x

5、2000007i x 501.97 x 1 o'3 x 20.78 x 10-6 x 3600= 6.781xl06= 2.713x1()64x80000trx501.97xl0-3x20.78xl0_6 x3600(4) 一次装置的选定：根据题中所给出要求，一次装置的形式为标准孔板，取压方式为法兰取压(5) 差压计的选择满刻度流量值：唤x:q爲x的确定是根据用户给出的最大流®wmax向上関整到系列值中的临近值。qk =t7xl 0"a = l,1.25,1.6,2,2.5,3.2,4,5,6.3,8本例屮最人流最为250t/h,因此流最计的刻度上限q*m max定

6、为250t/h；型号：差压计的类型要根据使川条件与测量量精度进行选取。电容式差压变送器稳定性与准 确性都较高，因此木题屮选择dp1151电容式差压变送器检测芳压信号。对应的mux的确定：节流件形式为标准孔板apmax = 2.5a® = 2.5x56 = 14(rpa圆整要求:(1,1.6,2.5,4,6)x10"根据圆整要求，另a = i.6，则 pmax = 160ma。参考书本屮附表的内容，可选用1151dp电容式差压变送器，其量程范围为 (317519050)x9.81 ,耐静压值为14mp,精度为土0.2,差压计的量程调在 0160kpa o验算： mnax /

7、p! = 160 x103 / 2.1x106 = 0.07619 < 0.25 ,符合规定(6) 计算常用流量卜的差压值a=(4)2apnlax4 m max,200x103 2250x10°x 160 = 102.4 kpa(7) 迭代计算b值和d值t.求不变量a:将流量公式：q w( 心戸亡山“小 屮已知数移至等号一jl-0 4边，形成一变量a ,即：h q meh彳叭2 口出200000/3600心4x(501.97x10尸 x72x8.64118x102400= 0.211023ii.假定初始值c。二1; % = 1，并根据公式逐个计算参数： 根据公式xn =-可得：

8、n厂c”一 16一1i % -=呼2v 2 根据公式：日时）“可得:肚（去宀（蛊膽）'_ °曲96 对于过热蒸汽，可膨胀性系数£ = 1 (0.41 + 0.35窗)血/® = 0.984061 根据公式：c = 0.5959 + 0.031202一 o. 184008 + 0.002902 §(1 ()6 / re)°75+2 286004/d( 1 04)0.85600/ d=0.601658 根据公式：d)n = a-xncn£t1 就可通过前面确定的参数xn,c,fl 计算出每一次的压力损失戈iii.按照上述公式进行迭

9、代计算：从/7 = 3起进行迭代计算，x”用快速弦截法公式：yyx" = x,8n .t心一 °"-2进行迭彳弋计算，粕度判别公式为en =8 j a ,假设判别条件为en <1x10 7（z7 = 1,2,），迭代计算结果如下表所示表一:程序迭代结果n1234x0.211023000.356416390.355426900.3554233500.454396090.579421640.578707220.57870465c0.601658210.603904610.603899370.60389936£0.984061560.983141510.

10、983148790.98314882d0.086082885.89858205x10'42.11187491x10-61.03066943x10°e0.407931270.002795231.00077949x1 o'51.03066943x10"°当/7 = 4时，求得的e小于预定精度，由此可得：0 = 04 =0*57870465c = c4 =0.60389936tv求d厂根据公式4 = 00 = 501.97 x 0.57870465 = 290.492047mm(8) 验算压力损失:根据公式: % = (1 - 1-9)pch = (1

11、- 0.578704651-9) x 102400 = 66.178429> coy 压力损失验算不合格；差压法流量测量中不口j避免地存在一定的压损，下图中的p2-p3为流体通过节流装置时产生的压损：根据gb2624-93中标准节流装置的设计原理可知，管道流经标准孔板的压力损失为：式中：卩节流件内径与管道内径之比d/d； p流量差压；从上式中不难看出，在一定的流体情况下，差压4p越大，压损越大;“值越小, 压损越大。由于差压ap,直径比0与节流件的给定参数、约束条件相关，例如管道屮的流最范i韦i, 工作圧力与工作温度等。具体的分析过程如下： 从流量q的角度考虑：管道内流束的流量直接影响着

12、压差乙，适当减小管道内 正常流量乞讪，可减小切，从而减小压损 从工作压力人的角度考虑：若其他条件不变，提高管道工作压力斥，则过热蒸汽的 密度。增大，a值减小，x减小，直径比”值减小，压损会相应的增加。因此为了减小压 损以符合要求，可适当降低管道工作压力。 从工作温度/的角度考虑：其他条件不变，适当提高管道t作温度t,流束密度q减 小，a值增加，x增加，肓径比”值增加，压损会相应的降低。因此为了减小压损以符合要 求，可适当提高管道工作温度。(9) 验算流量：久=°0°4c7t-040号0你0.603899 乂q 983h8x290.4920472 x7102400x8.641

13、18 = 2000069.1303kg/hvl-0.5787044(10) 确定 a。：选用的孔板材料为lcj8ni9ti，温度t=310°c,查表可得节流件线性膨胀系数290.492047嘉=17.50x10'/c根据公式：6/20厂,289.025244mm1 + (/-20) 1 + 17.50xw6(310-20)j(11) 确定安装位置：根据0 = 0.578704 < 0.60和管路系统，上游侧第一阻力件为90°弯头，上游侧第二阻力件 为90。弯头，查表可得：/0=18£>/= 9.03546m厶=260 = 13.05122m/2

14、=7dz= 3.51379m标准孔板対管段粗糙度的限制可由表7-4查出，对于0 = 0.578704 < 0.60，采用法兰取压 时相对粗糙度上限值为：4.2x1ct4,则管壁的绝对粗糙度应满足：ks < x 4.2 x 1 o'4 = 501.97 x 4.2 x 10° = 0.211mm查表可得新的无缝钢管的绝对粗糙度ks = 0.05mm0.100mm < 0.221mm，因此选择无 缝钢管能完金满足管壁粗糙度的耍求。(12) 计算流量测量总不确定度对于标准孔板，由0 = 0.578704 v 0.6,可采用下而的公式计算不确定度： 流出系数c的不确

15、定度：05 0.6时，/c = ±0.6% 流束膨胀系数的不确泄度：7 = 吟=如罟券 =如95048% 置信概率为95%。 节流件孔径的不确定度:二±0.05%,置信概率为95% 管道直径不确定度: 密度的不确定度:假设温度，压力的测量不确定度为±1%,则=±1%p 差压的不确定度：选定的差压变送器为0.2级，则差压测量的不确定度：如=?x选择节流件形式：标准孔板 法兰取压x0.2%xl60000 = 0.21%p 3 102400总的不确定度:/± （0.6%）24-（0.195048%）2 +、2 z11-04 丿、26* d丿2x0.5

16、78704八1 0.5787044 丿（0.1%）2 3 +u-0.5787044917 i（0.05%）+-（0.21%）+-%0.:= ± 0.973255% 4.结论总结(5 )计算最大压损aiax ,并验算aax 5 a叫：pmax = 160kpa 验算压力损失不合格，经分析通过以下方式改进:适当减小管道 内正常流量気滋、适当降低管道工作压力、适当提高管道工作温度(6)计算所设计的节流装置的测最不确定度：仏=± 0.973255%5用matlab实现的源程序：迭代：clc;clearformat longa=0.211023;c=l;e=l;re=6.7481*1

17、0a6;d=501.97;m=0.0487619;x=a/c/eb=( (x*x)/(l + x*x)a(025)c=0.5959+0.0312*ba2.1-0.1840*ba8+0.0029*ba2.5*(10a6/re)a0.75+2.2860*ba4/ (d* (l-ba4)-0.8560*ba3/de=l-(0.41+0.35*ba4)*m/1.30q=a-x*c*een=q/axl=x,ql=q;x=a/c/eb=( (x*x)/(l+x*x)a(0.25)c=0.5959+0.0312*ba2.1-0.1840*ba8+0.0029*ba2.5*(10a6/re)a0.75+2.2

18、860*ba4/ (d* (l-ba4)-08560计3/de=l-(0.41+0.35*ba4)*m/l.30q=a-x*c*een=q/ax2=x;q2=q;n=2;while(abs(en)>l*10a(-7)x=x2-q2 *( (x2-xl)/(q2-ql)xl=x2;x2=x;b= ( (x*x)/ (l + x*x)a (025)c=0.5959+0.0312*ba2.1-0.1840*ba8+0.0029*ba2.5*(10a6/re)a0.75+2.2860*ba4/(d*(l-ba4)-0.8560*ba3/de=l-(0.41+0.35*ba4)*m/1.30q=a-x*c*eqi=q2；q2=q；en=q/an=n+l;end不确定度:format longxl=(0.8)a2+(0.19504 8)a2+2*0.5787a4/(1-0.5787a4)* (0.1)a2 + 2/ (1-0.5787a4)* (0.05)八2 + 0.25* (0.21)人2 + 0.25x2 = sqrt (xl)6设计流程图三课设心得木次课程设计是木学期最后一门课程设计，经过对第二类命题设计的计算，我冇以下体 会