课程设计-(最终修订版).doc

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1、Four short words sum up what has lifted most successful individuals above the crowd: a little bit more.-author-date课程设计-(最终修订版)课程设计-(最终修订版)学校代码： 10128学 号： XXXXXXXXXXXX课程设计说明书题 目：标准节流装置流量测量系统设计学生姓名：XX 学 院：XXXX班 级：自动化XX-X班指导教师：XXX 2012 年 12 月 26 日内蒙古工业大学课程设计任务书课程名称： 热工测量仪表 学院： 电力学院 班级： 自动化10-2 学生姓名： 陈

2、伟 _ 学号： 201011204022 _ 指导教师： 马然 萧贵玲 一、题目标准节流装置流量测量系统（检测部分）设计二、目的与意义1、掌握可压缩流体流量的系统设计及计算方法；2、通过本设计培养提高解决工程实际问题的能力；3、从工艺的角度来看,需要学生在实际设计中把握：(1)、测量精度尽可能高；（2）、在所要求的测量范围内，流量系数具有平稳的数值，以便流量值和差压有简单的对应关系；（3）、节流件前后的直流管段长度尽量短；（4）、流经节流件的压力损失尽可能小。4m 11m全开闸阀 三、要求（包括原始数据、技术参数、设计要求、图纸量、工作量要求等） 主要技术指标及要求： 1被测介质：空气；2流量

3、测量范围：qmax=9450m3/h、qch =7000 m3/h、qmin=4000 m3/h；3介质参数：p=370mmH2O（表压）、t=60；地区平均压力：759mmHg；4允许压损：p150 mmH2O；5管道内径：D20=300mm；6管道材料：20号钢；管道情况如右图所示：7节流件型式：角接取压标准孔板；节流件材料：1Cr18Ni9Ti；需要完成的工作：1、 设计温度、压力补偿式质量流量计，完成流量测量系统的设计方案（要求根据温度、压力范围选择合适的传感器）；2、 选择节流件型式（标准节流件及其取压方式）和确定节流件开孔直径；3、 选择差压计类型、精度等级及其差压和流量量程范围；

4、4、 检查管道粗糙度是否符合要求；5、 校核直管段长度及压力损失；6、 计算流量测量总误差；7、 完成下列图纸的绘制（A4幅面）：流量测量系统框图节流装置结构图节流装置和差压计的安装连接系统图8、 编写设计说明书一份，要求计算正确，论述清楚，文字精练，插图简明，书写整洁。对所引用的计算公式和数据资料，应注明来源参考资料的名称编号和页码。建议按如下内容编写：（1） 热工测量仪表课程设计任务书；（2） 摘要；（3） 目录；（4） 引言：简述课题来源和意义；（5） 第一部分：节流式流量测量原理及系统总体设计；（6） 第二部分：选择节流件型式和差压计类型及量程；（7） 第三部分：关键参数计算及检验计算

5、；（8） 第四部分：系统安装和使用说明；（9） 结论；（10） 参考文献，按下列格式列出；序号 作者姓名书名出版地出版者出版年：引用部分起止页码四、工作内容、进度安排 1、第一天： 总体安排课程设计任务及思路；学生分析原始资料，查找文献，明确设计目的，完成流量测量系统总体设计；2、第二第四天：收集资料，重新学习相关的理论知识，并把基本理论应用到实际设计中；完成节流件型式和差压计类型及量程的选择，关键参数计算，绘制系统框图及系统安装图。3、第五天：撰写设计说明书。五、主要参考文献1 吴永生，方可人.热工测量及仪表.北京.中国电力出版社. 20012 吴勤勤.控制仪表及装置.第三版.北京.化学工业

6、出版社.20073 何适生.热工参数测量及仪表.北京. 华北电力大学4 工业自动化仪表手册 机械工业出版社5 实用热工手册 机械工业出版社6 其他相关文献审核意见系（教研室）主任（签字） 指导教师下达时间 年 月 日指导教师签字：_摘要测量可压缩流体流量领域，我国有着相对较高的技术规格。标准节流装置是我国根据流量测量节流装置检定规程进行设计、制造、安装和使用，我国的标准（GB/T 2624.1-2006）和国际标准（ISO R541）基本一致。节流件的形式有很多，有孔板、喷嘴、文丘里管、1/4圆喷嘴等。目前用得最广泛的节流件是孔板和喷嘴，这两种形式的节流件的外形、尺寸已标准化，并同时规定了它们

7、的取压方式和前后直管段要求，称为标准节流装置。通过大量试验求得了这类标准节流装置流量与差压的关系，以流量测量节流装置国家标准的形式公布。凡是符合国家标准的节流装置，其流量和差压之间的关系及测量误差可按国家标准直接计算得出。关键词：流体流量；节流装置；标准；误差 目录第一章 节流式流量测量原理及系统总体设计2 1.1 节流件测量原理2 1.2 系统总体设计2第二章 标准节流件差压计及取压装置3 2.1 标准节流件3 2.2 差压计4 2.3 取压装置5第三章 关键参数计算及检验计算6 3.1已知条件6 3.2 准备计算6 3.2.1 求介质密度、介质动力粘度及管道材料膨胀系数6 3.2.2计算6

8、 3.2.3 计算正常流量和最小流量下的雷诺数7 3.2.4 确定差压计类型及量程范围7 3.3确定值及节流件开孔直径7 3.3.1常用流量下的差压值7 3.3.2迭代计算值和d值7 3.3.3 迭代计算7 3.4 确定压损9 3.5确定节流件的开孔直径9 3.6 确定直管段长度对管道粗糙度的要求9 3.7 标准节流装置流量结果不确定度9第四章 系统的安装及使用说明.11 4.1流量装置和差压计的安装连接系统11 4.2 元件的安装11 4.3 使用说明11-引言我国在1978年以后，电力工业得到了党和政府的高度重视，得到了前所未有的发展。随着现代热力发电厂机组的日益向大容量、高参数发展和自动

9、化水平的日益提高，对热工测量的准确性、可靠性等要求也越来越高，测点数量越来越多，新原理、新材料和新结构的热工仪表出现并被广泛使用。标准节流装置流量测量系统是在大量试验基础上总结出来的，遵循热工测量原理，参考了国内外测量技术的新方法和新技术。该装置一经加工完毕便可以直接投产，无须实际标定。这种测量方法经过长期的研究和使用，数据，资料比较齐全，对几种常用的节流方式，各国已制定了标准规定，根据规定的条件和计算方法设计出的节流装置可直接投入使用。在工业生产中，不论是生产过程控制还是成本核算，通常需要准确地知道流体的流量，因此需要有能直接测定流体流量的节流变压流量计。在被测参数密度变化的情况下无法得到准

10、确的流量数值。同时保证测量误差在合理的范围内，和国际标准基本一致。第一章 节流式流量测量原理及系统总体设计1.1 节流件测量原理在管道内装入节流件，流体流过节流件时流束收缩，于是在节流件前后产生差压，对于一定形状和尺寸的节流件，一定的测压位置和前后直管道情况，一定参数的流体，和其他条件下，节流件前后产生的差压值随流量而变，并且两者之间有确定的关系。因此可通过测量差压来测量流量。标准节流装置只适用于测量圆形截面管道中的单相、均质流体的流量，并要求流体充满管道；在节流件前后一定距离内不发生相变或析出杂质；流速小于音速，流动属于非脉动流；流体在流过节流件前，流束与管道轴线平行，不得有旋转流。1.2

11、系统总体设计温度、压力补偿式质量流量计的基本原理是，测量流体的体积流量、温度和压力值，根据已知的被测流体密度与温度、压力之间的关系，通过运算，把测得的体积流量数值自动换算到标准状态下的体积流量数值。由于被侧流体种类一定后，其标准状态下的密度0是定值，所以标准状态下的体积流量就代表了流体的质量流量值。连续测量温度、压力比连续测量密度容易。因此工业上所用的质量流量计多采用这种原理。节流式流量计主要由节流件，差压计组成，通过节流件产生差压，再由差压计测得流量，系统的总体设计图见图1-1v图 1-1 总体设计图第二章 标准节流件差压计及取压装置2.1 标准节流件节流件的形式很多：有孔板、喷嘴、文丘利管

12、、1/4圆喷嘴等。用得最广泛的节流件是孔板和喷嘴，这两种形式的节流件的外形、尺寸已标准化，并同时规定了它们的取压方式和前后直管段要求，总称为“标准节流装置”，通过大量试验求得了这类标准节流装置的流量与差压的关系，以“流量测量节流装置国家标准”的形式公布。标准节流装置只适用于测量圆形截面管道中的单相、均质流体的流量，并要求流体充满管道；在节流件前后一定距离内不发生相变或析出杂质；流速小于音速，流动属于非脉动流；流体在流过节流件前，流束与管道轴线平行，不得有旋转流。如图21所示，标准节流装置包括：节流件、取压装置、节流件上游侧第一个阻力件、第二个阻力件，下游侧第一个阻力件以及在它们之间的直管段：

13、L L0 2 L1 L24321 1图2-1 整套节流装置示意1上游侧第二个局部阻力件；2上游侧第一个局部阻力件；3节流件；4下游侧第一个局部阻力件关于标准节流件的形式，目前国标规定如下：标准孔板和标准喷嘴。国际上还有一些其他的已标准化了的节流件，如径距取压（即D和0.5D取压，D为管道内径）标准孔板，径距取压长径喷嘴（亦称ASME喷嘴），古典文丘利管和文丘利喷嘴等。标准孔板制造安装的要求如下：（1）标准孔板的开孔直径d是一个重要的尺寸，应实际测量。测量在上游段进行，最好是在四个大致相等的角度上测量直径，求其平均值。要求各个单测值与平均值之差在0.05%范围内；（2）标准孔板的全称是“同心薄壁

14、锐缘孔板”，因此孔板进口圆筒形部分应与管道同心安装；（3）孔板进口边缘应是严格直角，不能有毛刺和可见的反光，即进口边缘应很尖锐，边缘半径不大于0.0004d。所谓薄壁是指孔板厚度E和圆筒形厚度e不能过大。标准孔板制造安装的其他要求是：1)在各处测得的E值之间的最大差值和各处测得的e值之间的最大差值均不得超过0.001D；2)孔板必须与管道轴线垂直安装，其偏差不超过1度；3)若E0.02D，则可以不做成度的圆锥形出口，这样的孔板适用于测量双向流动的流体，但这时要求下游端面的标粗糙度和边缘尖锐度必须与上游端面的相同；4)孔板加工过程中，不得使用刮刀和砂布进行修刮和打磨。标准孔板的适用范围如表21所

15、示：表21 标准孔板适用范围角接取压法兰取压径距取压12.mmd50mmD100mm0.20.75当0.20.45时5000当0.4时100002.2 差压计差压计类型类型根据投资费用和准确度要求选取，本设计选用准确度等级为0.5的电容式差压变送器。选择差压计量程的原则是,在保证压损不超过允许压损y的条件下，选用较大的差压计量程上限，从而使值较小，并尽可能使在0.5-0.6围内为好。这是由于值愈小，用要求直管段愈短；较小时在较低的雷诺数下C值就趋于稳定不变；较小时对管道粗糙度要求较低；小于006时C值误差较小等。但过小，除会造成过大的压力损失外，还会使d值过小而加工不变。对于标准孔板，过小的d

16、值使孔板入口边缘的尖锐度要求难于保证，从而引起较大的测量误差。特别应注意，对于可压缩性流体，应使p/p10.25。对于压力损失有严格限制的情况，可先按允许压力损失y来估算压力计量程上限，计算结束时再 验算压力损失是否超过。如超过，则降低差压计上限重算。对于孔板，可用式估计。本设计差压计量程上限按下式计算：=2.5y=2.51509.806=3677.25Pa （2-1）根据参考文献,附录表13，可选用1151DP电容式差压变送器，其量程范围（12.5152）9.81Pa，耐静压力为0.7MPa。变送器量程调整在025103Pa，流量指示仪表的刻度上限为12.5t/h,本例最大，流量为10.5t

17、/h，验算/P=25103/1.019105=0.0620.5符合规定。2.3 取压装置标准节流件的形式和取压方式，目前国际规定如下：标准孔板：角接取压、法兰取压；标准喷嘴（亦称ISA1932喷嘴）；角接取压取压装置的类型有角接取压和法兰取压，本次试验所用的是角接取压。角接取压装置有环室取压和单独孔取压两种。环室取压的前、后环室装在节流件两边，环室夹在法兰之间，法兰和环室、环室和节流件之间放有垫片并加紧。节流件前后的压力是从前、后环室和节流件前、后端面之间所形成的连续环隙上取得的，为整个圆周上的平均值。单独钻孔取压可以钻在法兰上，也可以钻在法兰之间的夹紧环上。取压孔在夹紧环内壁的出口边缘必须与

18、夹紧环内壁平齐，并有不大于取压孔直径1/10的倒角，无可见的毛刺和突出部分。取压孔应为圆筒形，其轴线应尽可能与管道轴线垂直。第三章 关键参数计算及检验计算3.1已知条件1被测介质：空气；2流量测量范围：qmax=9450/h、qch =7000/h、qmin=4000/h；3介质参数：p=370mmH2O(表压)，t=60，地区平均压力：759mmHg；4允许压损：p150 mmH2O；5管道内径：D20=300mm；6管道材料：20号钢；管道情况如图所示：7节流件型式：角接取压标准孔板；节流件材料：1Cr18Ni9Ti；4m 11m全开闸阀8管道情况：如图3.1所示图3.1 管道情况图3.2

19、 准备计算3.2.1 求介质密度、介质动力粘度及管道材料膨胀系数介质的压力P1:P=370mm (表压)= =3628.22Pa 地区的平均压力 =759mmHg=10122.15Pa所以P1=（）=3628.22+10122.15=104849.72Pa （3-1）根据管道材料20号钢和介质温度 ，可以从附录中查的管道材料线膨胀系数,已知介质粘度=Pa.s k=1.43.2.2计算 mm (3-2)3.2.3 计算正常流量和最小流量下的雷诺数根据题目要求进行单位换算：空气在60时的密度为： (3-3) (3-4) 由上式可得，在最小流量下的雷诺数已超过标准孔板雷诺数适用范围的下限。根据、确定

20、形式为标准孔板，符合标准孔板适用范围见表2-1。 3.2.4 确定差压计类型及量程范围 因为,差压计量程上限Pmax按下式计算：Pmax2.5=2.51470.9=3677.25Pa 参考附录,可选用1151DP电容式差压变送器，其量程为（127762）9.81Pa，耐压静压力为14MPa,选择精度等级为0.2，最大流量为10017kg/h，所以流量上限为定为12.5t/h验算Pmax/pz=3677.25/104849.72=0.0350.2符合规定。3.3确定值及节流件开孔直径3.3.1常用流量下的差压值因为 （3-5）所以3.3.2迭代计算值和d值 （3-6） dt= （3-7）3.3.

21、3 迭代计算计算A值：A= （3-8） 由上式可求得 A0.55585（1）第一步 设初始值则有 （3-9）则 （3-10）根据，计算，因为对于交接取压，由此为： （3-11） （3-12）(2) 第二步 计算 （3-13）根据，计算. （3-14） =0.57743 （3-15）(3) 第三步 计算 （3-16） 根据，计算.=0.57761=0.99489（4）第四步 计算 （3-17） （3-18） = 0.57764 （3-19） 精密度判据为： (3-20) 4.1610-5510-5 迭代结束后得: C=0.57764 3.4 确定压损 （3-21） =387.71p=1420 验

22、算合格3.5确定节流件的开孔直径选用1Cr18Ni9Ti不锈钢为标准孔板,从附录表-31中查得=故=250.09mm (3-22)3.6 确定直管段长度对管道粗糙度的要求按=0.83381选=0.8规定上游侧第一阻李件为90o弯头,上游侧第二阻力件为全开闸阀,下游侧阻力件为两个90o弯头,从表10-21中查得: 标准孔板对管道相对粗糙度的限值可以从表10-41中查得:对于=0.8管道相对粗糙度的限值为所以要求节流件10D以内管道的绝对粗糙度为Ks:新无缝钢管的绝对粗糙度Ks=0.051mm,选择内壁光滑的无缝钢管即能符合粗糙度的要求。3.7 标准节流装置流量结果不确定度取计算： 流出系数和流束

23、膨胀系数的不确定度% =0.834% (3-23)%=0.049% (3-24)节流件孔径的不确定度： % (3-25) 管径的不确定度：% （3-25）差压测量值的不确定度：% =0.378 （3-26）密度值的不确定度：根据表查得：% 选择变压器等级为0.2级，指示仪表为0.5级，因此：2.31%第四章 系统的安装及使用说明4.1流量装置和差压计的安装连接系统4.2 元件的安装节流件的安装，如图4-1所示4-1 管路简图4.3 使用说明 使用前，应关闭差压计上两道压阀的情况下，对导压管进行吹洗，以免管道中锈污和杂物进入差压计。使用时，首先缓慢的打开节流装置上的两个导压阀，使被测气体充满导压

24、管。然后打开平衡阀，并微微打开差压计上的正压导压阀，使测量室逐渐充满被测气体，同时将差压计内的液体从排液针排掉。最后，关上差压计的平衡阀，并打开差压计上的负压导压阀，仪表即投入正常工作。 。结论通过学习热工测量及仪表，我们对气体流量的测量方法有了一些初步的了解但那些都是一些理论的东西。通过这次标准节流装置流量测量系统设计，我们才把学到的东西与实践相结合，真正达到理论与实践相结合的目的，从中对我们学的知识有了更进一步的理解。 标准节流装置流量的测量系统设计中，我们更进一步地熟悉了节流装置的结构，差压变送器的原理以及节流式流量测量原理还有节流式流量计的使用方法，也锻炼了自己独立思考问题的能力和通过

25、查找翻阅与之相关资料、参考书来解决在设计中所遇到的问题的好习惯。在设计之前一定要熟知各远器件的原理及结构，接着要进行理论计算，对无法确定某个值的误差时要利用它的不确定度来进行计算。计算中会出现许多误差，我们要明确出现误差的原因及怎样做才尽可能减小这些误差。还要综合考虑管道的长度和值、要折中取的值，这样可以减少误差，使测量结果更接近于所要求的值。 通过此次课程设计，我们掌握了可压缩流体流量的系统设计及计算方法，具备了灵活运用知识的能力，提高了解决工程实际问题的能力。参考文献1 吴永生，方可人.热工测量及仪表M.北京：中国电力出版社.19952 傅秦生.热工基础与应用.北京.机械工业出版社.20103 吴勤勤.控制仪表及装置.第三版M.北京:中国计量出版社.19924 苏彦勋.流量计量与测试.北京.中国计量出版社.1992