Расчет диаметра отверстия диафрагмы, установленной на участке трубопровода

Расчетное задание.

Задание: Рассчитать диаметр отверстия диафрагмы, установленной на участке трубопровода, при котором максимальному перепаду давления Δр соответствовал бы максимальный расход Q_м = 80 т/час. Рассчитать также величину безвозвратных потерь напора, соответствующую максимальному расходу

Исходные данные:

Диаметр трубопровода при нормальной температуре (20°С) D₂₀ = 200 мм;

Материал трубопровода Сталь 20;

Материал диафрагмы Сталь 1Х18Н9Т;

Давление перед диафрагмой р₁ = 100 кгс/см²;

Температура пара t = 400 °С;

Перепад давления Δр = 0,4 кгс/см²;

Решение.

Диаметр трубопровода при рабочей температуре

,

где  выбирается из таблицы 15.1 (С. Ф. Чистяков, Д. В. Радун Теплотехнические измерения и приборы) в зависимости от рабочей температуры и материала трубопровода.

D = 200 мм∙1,0052 = 201,04 мм

Определим плотность пара при р = 100 кгс/см² и t = 400°С из таблиц теплофизических свойств воды и водяного пара.

р = 100 кгс/см² = 9,8066 МПа

r = 36,9467 кг/м³

Определим средний расход.

Известно, что для данного способа определения расхода

Тогда т/ч

Определим произведение am из формулы (15-14) (С. Ф. Чистяков, Д. В. Радун Теплотехнические измерения и приборы):

,

где e - поправочный множитель, учитывающий сжимаемость среды. В первом приближении принимаем, что пар не сжимаем, тогда e = 1.

Δр = 0,4 кгс/см² = 39226,4 Па

Воспользуемся таблицей 15.3 (С. Ф. Чистяков, Д. В. Радун Теплотехнические измерения и приборы) для составления таблицы коэффициентов a и am для диаметра трубопровода D = 200 мм в зависимости от модуля диафрагмы m.

m	0,05	0,1	0,2	0,3	0,4	0,5	0,6	0,65	0,7
a	0,604	0,607	0,618	0,637	0,663	0,699	0,7445	0,773	0,808
am	0,0302	0,0607	0,1236	0,1911	0,2652	0,3495	0,4467	0,50245	0,5656

 Вычисленное значение am соответствует значениям m, принадлежащим интервалу 0,5¸0,6.

При помощи линейной интерполяции определим точное значение m.

Определим e во втором приближении.

Поправочный множитель e зависит от модуля m, показателя адиабатического расширения, а также от отношения Δр_ср/р₁.

Определим отношение Δр_ср/р₁.

Из формулы (15-29)

Показатель адиабатического расширения определяем из таблицы 15.5 в зависимости от рабочей температуры пара.

При t = 400°С c = 1,29

Определим  e по формуле:

Определяем am во втором приближении, поскольку разница между значениями e, полученными в первом и во втором приближении больше чем 0,0005

e₁ - e₂ = 1 – 0,99900 = 0,001 > 0,0005

Принимаем окончательно m = 0,56374.

Определяем число Рейнольдса для среднего значения расхода по формуле (15-22):

,

где D в [мм];

m - коэффициент динамической вязкости пара, определяется по таблицам теплофизических свойств воды и водяного пара, при соответствующих параметрах.

m = 2,4477∙10^-5 Па∙с

Определяем Re_гр из таблицы на странице 214 учебника

Re_гр = 220057

Так как Re > Re_гр, то вычисленное значение модуля m можно принять.

Определяем диаметр отверстия диафрагмы при рабочей температуре.

мм

Определяем диаметр отверстия диафрагмы при нормальной температуре.

,

где  - коэффициент термического расширения материала диафрагмы, определяется из таблицы 15.1 в зависимости от материала диафрагмы и рабочей температуры.

мм

Величину безвозвратных потерь напора определим из таблицы 15.2 в зависимости от модуля m.

%,

тогда р_n = 0,412∙0,4 = 0,165 кгс/см²

Домашние задачи.

Задача №1

Исходные данные:

ТП – Fe-Cu

t₁ = 100°C; t₂ = 50°C; t₀ = 0°C

Определить: E(t₁, t₀); E(t₂, t₀)

Решение.

Руководствуясь рекомендациями для определения термо-ЭДС нестандартных термопар, изложенных в §4.2 учебника (С. Ф. Чистяков, Д. В. Радун Теплотехнические измерения и приборы), запишем выражение для термо-ЭДС пары Fe-Cu.

Е_Fe-Cu(t, t₀) = E_Pt-Fe(t, t₀) + E_Pt-Cu(t, t₀)

Воспользуемся таблицей 4.1 из этого учебника для определения термо-ЭДС пар Pt – Fe, Pt – Cu при t₁ = 100°C, t₀ = 0°C.