Курсовая работа - Расчет и выбор регулирующего органа Вариант № 1. 2

Подождите немного. Документ загружается.

Министерство образования Российской Федерации

НИЖЕГОРОДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Дзержинский политехнический институт

Кафедра "Автоматизация и информационные системы"

Курсовая работа

по дисциплине "Технические средства автоматизации"

Расчет и выбор регулирующего органа

Вариант № 1. 2.

Выполнил студент

гр. 05-АТППП

Короткова А.К.

Проверил:

Масленников А.В.

Дзержинск, 2009 г.

Содержание

Задание 3

Введение 4

1. Определение расхода греющего пара 5

2. Определение системы и ее параметров 7

3. Определение условной пропускной способности 13

4. Выбор пропускной характеристики регулирующего органа 15

Список использованной литературы 16

Задание

Определить размер и другие характеристики регулирующего органа в контуре кипятильника

куба ректификационной колонны метилметакрилата (ММА), обогреваемого водяным паром.

Количество (расход) испаряемого ММА считать постоянным. КПД – змеевика куба колонны 95%.

Скрытая теплота парообразования ММА, r

= 322 кДж/кг; плотность ММА, ρ

= 940 кг/м

;

теплоемкость ММА, С

= 2,1кДж/кг·К .

№ Параметр Обозначение

параметра

Численное

значение

параметра

1 Расход ММА, м

/ч

min 1,1

2 Расход ММА, м

/ч

max 1,4

3 Начальная температура ММА, °С

Мн

4 Конечная температура ММА (пар при Р

изб

= 101 кПа), °С

Мк

110

5 Начальное давление греющего пара, МПа (абс)

Пн

0,37

6 Начальная температура греющего пара, °С

Пн

160

7 Конечное давление конденсата, МПа (изб)

Пк

0,1

8 Длина участка, м

9 Длина участка, м

10 Длина участка, м

11 Длина участка, м

12 Гидравлическое сопротивление змеевика колонны, кПа

ΔР

ЗК

Примечание: КГП – коллектор греющего пара; КК – коллектор конденсата; РК –

ректификационная колонна; В

НТ 1,2,3

– вентили; РО – регулирующий орган. Типы В

НТ 1,2,3

, РО,

трубопроводной арматуры выбираются студентом самостоятельно.

Внт

Пк

Пн

, Т

Пн

Внт

РО

РК

КГП

КК

Введение

Необходимым условием работы системы автоматического управления является правильный

расчет и выбор размера регулирующего органа (РО) исполнительного устройства, определяемого

величиной условной пропускной способности, завышение и занижение которой весьма

нежелательно. В результате занижения размера РО невозможно обеспечить проектную

производительность установки. Завышение его размера значительно ухудшает статические и

динамические характеристики исполнительного устройства в целом, уменьшает диапазон рабочего

хода, снижает точность обработки управляющего воздействия, увеличивает коэффициент передачи

РО, что влечет за собой ухудшение качества регулирования системы управления в целом. Кроме

того, завышение размера исполнительного устройства является неразумным с экономической

точки зрения.

1. Определение расхода греющего пара

Расход греющего пара определяется из уравнения теплового баланса.

      

MMMHMKMMкконBnnnконнпnзк

rGttcGttcGrGttсG 

max(min)



, (1.1)

где:

Gп – массовый расход греющего пара;

– теплоемкость пара при начальном давлении;

– теплоемкость воды при конечном давлении греющего пара;

–температура греющего пара при начальном давлении;

кон

–температура конденсации греющего пара при начальном давлении;

–конечная температура конденсата;

– удельная теплота парообразования (конденсации) греющего пара;



зк

– КПД змеевика куба колонны (потери);

– массовый расход метилметакрилата.

Зная объемный расход метилметакрилата и его плотность, определим массовый расход:

366,0

3600

4.1940

3600

max









кг/с.

287,0

3600

2940

3600

min









кг/с

Из таблиц XXXIX,LVII [1]определяем значения остальных величин необходимых для расчета:

 С

= 4230 Дж/кгК;

 с

= 2036 Дж/кгК;



кон

=140С



= 120 С;

 r

= 215010

Дж/кг;

 ρ

=2 кг/м

– плотность пара, при начальном давлении

Таким образом, расход греющего пара будет рассчитываться по следующей формуле:

  

    

кконBnконнпзк

MMHMKMM

ttcrttс

rttcG









max(min)

; (1.2)

В результате, после подстановки получаем максимальный и минимальный расходы греющего

пара:

 

   

 

09,0

1201404230102150140160203695,0

10322101102100366,0

(max)







Gп

кг/с;

 

   

 

071,0

1201404230102150140160203695,0

10322287,0101102100287,0

(min)







Gп

кг/c.

Объемный расход греющего пара:

Gп

Qп





, (1.3)

Gn – максимальный массовый расход пара.

– плотность пара.

Обьемный расход воды:

Gп

Qв





, (1.4)

= 943 кг/м

– плотность воды при конечной температуре.

Итак, получим

045,0

09,0

Qп

/с;

1054,9

943

09,0



Qв

/с;

2. Определение системы и ее параметров

Диаметр труб определяется на основе рекомендаций о скорости пара (выбирается до 40 м/с)

и воды в трубопроводе. Принимаем скорость пара в трубопроводе равной 30 м/с, а скорость воды

0,75 м/с.

Диаметр труб рассчитывается по формуле:

Qп

Dтр







(max)4

, (2.1)

Qв

Dтр







(max)4

, (2.2)

где:

Qп(max) – максимальный объемный расход греющего пара, м

/с;

Qв(max) – максимальный объемный расход воды, м

/с;



– скорость пара в трубопроводе, м/с;



– скорость воды в трубопроводе, м/с;

044,0

3014,3

045,04







Dтр

м;

Из стандартного ряда принимаем диаметр трубопровода Dтр

= 50 мм.

013,0

75,014,3

1054,94











Dтр

м.

Из стандартного ряда принимаем диаметр трубопровода Dтр

= 15 мм.

Согласно заданию типы Внт

1,2,3

, РО, трубопроводной арматуры выбираются

самостоятельно.

В качестве Внт

1,2

выбираем вентиль стандартный с вертикальными делительными стенками

[2] со следующими характеристиками: D

=50 мм, ξ

=6,9.

В качестве Внт

выбираем вентиль стандартный с вертикальными делительными стенками

[2] со следующими характеристиками: D

=13 мм, ξ

=15,9.

Из исходных данных для приближенного расчета пропускной способности неизвестным

является перепад давления на регулирующем органе, который определяем по формуле [3]:

ЛCPO

PPP 

, (2.4)

где:

РО

Р

- перепад давления на регулирующем органе, Па;

P

- общий перепад давления в системе, Па;

P

- перепад давления в линии, Па.

РкРнР



, (2.5)

РзкPгидрРтрубР



, (2.6)

где:

Рн

- начальное давление, Па;

Рк

- конечное давление в системе, Па;

Ртруб

- потери давления в трубопроводе, Па;

Ргидр

- гидростатические потери давления, Па;

Рзк

- гидравлическое сопротивление змеевика колонны, Па.

Рн = 0,37 МПа;

Рк = 0,2 МПа;



зк

= 40 кПа.

Используя формулу (2.5), получим:

170200370 

кПа

Из перечисленных потерь неизвестными являются потери в трубопроводе. Гидростатические

потери равны нулю.

Общие потери в трубопроводе будут складываться из потерь давления пара и воды:

ТРУБ

ОБЩ

ТРУБ

РРР 

, (2.7)

где:

ТРУБ

Р

- потери давления пара в трубопроводе;

ТРУБ

Р

- потери давления воды в трубопроводе;

Для обеих сред потери давления в трубопроводе складываются из:

РмсРтренРтруб 

, (2.8)

где:

Ртрен

- потери давления на трение в трубопроводе, Па;

Рмс

- потери давления на местных сопротивлениях, Па.

Потери давления на трение определяются по формуле:







Dтp

Ртрен



, (2.9)

где:

 - коэффициент трения среды в трубопроводе, определяемый в зависимости от критерия

Рейнольдса;

 - скорость среды в трубопроводе, м/с;

L – общая длина трубопровода данной среды, м;



– плотность среды, кг/м

;

Dтp - диаметр трубопровода, м.

Рассчитаем потери давления на трение в участке трубопровода с паровой фазой.

Находим общую длину трубопровода паровой фазы, как сумму длин участков, по которым:

проходит пар:

21П

LLL 

, (2.10)

= 40 + 7 = 47 м.

Определяем критерий Рейнольдса по формуле:

ПП

Dтр







Re

, (2.11)

где



- коэффициент кинематической вязкости, м

/с.

Кинематическую вязкость пара находим по формуле









, (2.12)

где:

 = 0,14

смПа 

- динамическая вязкость пара;

– плотность пара.

107,0

1014,0











/с;

Подставив значения в формулу (2.11), получим:

1064,1

107,0

05,091,22

Re 







При данном значении числа Рейнольдса коэффициент трения определяется по формуле

Конакова:

)5,1Relg8,1(







, (2.13)

027.0

)5,1)1064,1lg(8,1(









Таким образом, получим:

3,13

205,0

91,22247027,0









ТРЕН

кПа.

Рассчитаем потери давления на трение в участке трубопровода с жидкой фазой.

Находим общую длину трубопровода жидкой фазы, как сумму длин участков, по которым:

проходит вода:

43В

LLL 

, (2.14)

= 1 + 55 = 56 м.

Определяем критерий Рейнольдса по формуле:

ВВ

Dтр







Re

, (2.15)

где



- коэффициент кинематической вязкости, м

/с;

10244,0







с/м

Подставив значения в формулу (2.15), получим:

1043,4

10244,0

015,072,0

Re 







При данном значении числа Рейнольдса коэффициент трения определяется по формуле

Конакова:

)5,1Relg8,1(







, (2.16)

021.0

)5,1)1043,4lg(8,1(









Таким образом, получим:

2,19

2015,0

72,094356021,0









ТРЕН

кПа.

Определяем потери давления на местных сопротивлениях по формуле:

пДKфлВ

nnРмс









)(

, (2.17)

где:

– количество вентилей;

– количество фланцевых соединений;



- коэффициент местного сопротивления вентиля;

фл



- коэффициент местного сопротивления фланцевого соединения;



- коэффициент местного сопротивления на конфузоре;



- коэффициент местного сопротивления на диффузоре.