Проект автоматизации абсорбентной установки

Снизу вверх на поплавок действуют также две силы: сила от давления потока на нижнюю плоскость  поплавка и сила трения потоков о поплавок (где - коэффициент сопротивления, зависящий от числа Рейнольдса и степени шероховатости поверхности; - средняя скорость потока в кольцевом канале, охватывающем боковую поверхность поплавка; - площадь боковой поверхности поплавка; - показатель, зависящий от скорости).

Поплавок уравновешен  в случае, если соблюдается равенство

                                         (2.1)

из (2.1) получаем:

.                                          (2.2)

Если допустить, что  при всех расходах – величина постоянная (с увеличением расхода увеличивается площадь кольцевого канала), то правая часть уравнения (2.1) будет постоянной, так как остальные величины для данного прибора неизменны. Следовательно, разность давлений на поплавок , т.е. ротаметр является прибором постоянного перепада давления

Коэффициент расхода a для ротаметров зависит от большого числа величин, которые не поддаются аналитическому определению, поэтому ротаметры градуируют экспериментально. Для экспериментальной градуировки ротаметров, предназначенных для измерения расхода жидкостей или газов, применяют в качестве градуировочной среды воду или воздух (ГОСТ 13045 - 81). Экспериментальная градуировка шкалы ротаметра точна лишь в том случае, если при эксплуатации значения всех величин соответствуют градуировочным условиям. Изменение температуры потока меняет плотность среды и её вязкость, а следовательно, и коэффициент расхода. Ещё большей степени будут изменяться величины в случае, если ротаметр применяют для измерения расхода среды, отличающейся от градуировочной.

Ротаметр со стеклянной трубкой (рисунок 2.2) состоит из конической трубки 1, закреплённой в двух металлических головках 2 и 3, снабжённых сальниками и фланцами для монтажа в вертикальном трубопроводе. Головки соединены несколькими тягами 4, образующими вместе с поперечными 5 защитную решетку вокруг стеклянной трубки. Внутри трубки 1 свободно перемещается поплавок 6, имеющий форму волчка. В нижней головке имеется седло, на которое опускается поплавок при прекращении потока. Верхняя головка снабжена ограничителем хода поплавка. Седло и ограничитель хода не позволяют поплавку выйти за пределы стеклянной трубки. Шкала 7 прибора вытравлена на поверхности стеклянной трубки; отсчёт ведут по верхней горизонтальной плоскости поплавка.

 

В верхней части поплавка иногда делают косые прорези, благодаря чему поплавок вращается вокруг вертикальной оси. При вращении поплавок центрируется внутри трубки, не соприкасаясь со стенками; его чувствительность повышается. По вращению поплавка определяют состояние прибора (отсутствие трения и засорения).

Ротаметры со стеклянной трубкой изготовляют на давление жидкости или газа не более 0,58 МПа. При более высоких давлениях жидкости или газа, а также для измерения расхода пара применяют ротаметры с металлической конусной трубкой.

Ротаметры имеют следующие  недостатки: невозможность регистрации показаний и передачи их на расстояние; недостаточная четкость шкал приборов.

 

 

 

 

 

1. Определяем диаметр трубки ротаметра D₁₀ в месте усиления шкалы для максимального расхода Q_max по формуле:

 

, (м).     (2.3)

м.

 

2. Определяем расстояние от нулевого сечения шкалы D₀ до сечения диаметром d (высота нулевой отметки) по следующей формуле:

 

, (м).    (2.4)

м.

 

3 Вычисляем безразмерный параметр а_i для оцифрованных отметок шкалы:

 

;     (2.5)

где

 

;     (2.6)

;     (2.7)

т.к  , то получим:

 

 

h, м	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
	0,07	0,095	0,12	0,145	0,17	0,195	0,22	0,245	0,27	0,295	0,32

 

Исходя из полученных данных, вычислим:

 

а	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
	4,268	5,793	7,317	8,841	10,366	11,89	13,415	14,939	16,463	17,988	19,512

 

 

4 Определим вес поплавка в  измеряемой среде:

 

 кг (2.8)

 

5 Определим значение безразмерной  величины  и значение ее десятичного логарифма:

 

 м²/с ;   (2.9)

получим:

 

;   (2.10)

 

   (2.11)

 

6 Определим значение безразмерной  величины  :

 

Для нахождения этой величины воспользуемся  графиком, который изображен на рисунке 2.

 

Рисунок 3 – График для определения безразмерной величины

 

Для нахождения промежуточных значений а_i воспользуемся формулой нелинейной интерпретации:

 

;    (2.12)

где:

 

х – расстояние от искомой точки  до нижней кривой;

- значение нижней кривой;

- значение верхней кривой;

b – расстояние между верхней и нижней кривой.

 

Получим:

 

Таблица 2.2 – Определение недостающих расчетных данных

	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
Х	0,032	0,183	0,103	0,045	0,02	0,095	0,043	0,029	0,015	0,05	0,038
	3,032	3,373	3,453	3,495	3,57	3,715	3,743	3,779	3,815	3,88	3,898
, м3/с	1,564	3,427	4,128	4,54	5,394	7,537	8,046	8,737	9,479	11,01	11,47

 

Все полученные данные сведем в таблицу 2.3:

 

 

Таблица 2.3 – Расчетные данные

0	4,268		3,032	1,077		1,564	0,563039
0,025	5,793		3,373	2,359		3,427	1,234
0,05	7,317		3,453	2,841		4,128	1,486
0,075	8,841		3,495	3,125		4,54	1,634
0,1	10,366		3,57	3,713		5,394	1,942
0,125	11,89		3,715	5,188		7,537	2,713
0,15	13,415		3,743	5,538		8,046	2,897
0,175	14,939		3,779	6,014		8,737	3,145
0,2	16,463		3,813	6,524		9,479	3,412
0,225	17,988		3,88	7,581		11,01	3,965
0,25	19,512		3,898	7,898		11,47	4,131

 

7 Построим градуировочный график  в виде зависимости , который изображен на рисунке 3:

 

Рисунок 4 – График зависимости 

 

                   Линейная зависимость.

                 Расчетная зависимость.

8 Выполним чертеж поплавка ротаметра, трубки ротаметра и чертеж в сборке, которые изображены на рисунке 4, рисунке 5, рисунке 6

Рисунок 4 – Чертеж поплавка ротаметра

 

 

Рисунок 5 – Чертеж трубки ротаметра

 

Рисунок 6 – Ротаметр в сборе

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                   

 

 

 

 

 

 

 

3.12 Расчет геометрических  размеров поплавка

 

Расчет веса поплавка

Найдем вес поплавка по формуле

 

 (2.13)

 

.

 

Найдем объем, высверловки  м³

 

 (2.14)

 

.

 

Найдем диаметр высверловки, м³

 

 (2.15)

 

.

 

Глубина высверловки  и длина поплавка, м

 

 (2.16)

 

 

 

 

 

 

 

 

2.2 Расчет сопротивлений  резисторов измерительной схемы автоматического потенциометра типа КСП4

 

Таблица 2.4 – Исходные данные

Наименование	Обозначение	Значение
1. Шкала прибора		300 – 1600 0С
2. Градуировка температуры свободных концов термометра		ПР
3. Расчетное значение  температуры свободных концов термометра	t0	20 0C
4. Возможное значение  температуры свободных концов  термометра	tI0	50 0C
5. Начальное значение шкалы	E(tн, t0)	0,431 мВ
6. Конечное значение шкалы	E(tк, t0)	11,257 мВ
7. Диапазон измерений	EД	10,826
8. Нормированное номинальное сопротивление реохорда	RН.Р.	90 Ом
9. Нерабочие участки реохорда	2l	0,05
10. Нормированное номинальное значение падения напряжения на резисторе RК	UК	1019 мВ
11. Выходное напряжение ИПС – 148П	UИ.П.	5 В
12. Номинальное значение силы тока в цепи ИПС – 148П	I0	5 мА
13. Сопротивление нагрузки ИПС – 148П	RИ.П.	1000 Ом
14. Номинальное значение силы тока в верхней ветви измерительной схемы прибора	I1	3 мА
15. Номинальное значение силы тока в нижней ветви измерительной схемы прибора	I2	2 мА
16. Температурный коэффициент электрического сопротивления меди	a	4.25 *10-3 К-1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 7 – Принципиальная компенсационная измерительная схема автоматического потенциометра.

 

Rк – контрольный резистор;

Rм – медное сопротивление;

Rпр – сопротивление реохорда;

Rип – сопротивление нагрузки ИСП;

Rн – резистор для установления начального значения шкалы;

Rб – баластный резистор;

Rп – резистор для установления диапазона измерения;

R1 и R1 – резистор в цепи ПС для ограничения и регулирования раб. тока;

НИ – нуль индикатор;

 

1. Определим сопротивление резистора  R_П:

 

 Ом;   (2.11)

 

Ом;

 

принимаем Ом и

 

2. Определим приведенное сопротивление  реохорда R_ПР:

 

 Ом;    (2.12)

 Ом.

 

Производим проверку правильности определения R_ПР:

 

мВ.

 

 

3. Определим сопротивление контрольного  резистора R_К:

 

 Ом;        (2.13)

 

 Ом;

 

принимаем сопротивление контрольного резистора  Ом.

 

4. Определим сопротивление резистора  R_б:

 

 Ом;            (2.14)

 

 Ом;

 

принимаем значение сопротивления  резистора Ом.

5. Найдём сопротивление медного  резистора R_м:

 

     (2.15)

 

где:

 

  ; 

 

 Ом

 

принимаем значение сопротивления  медного резистора Ом.

 

6. Определим значение сопротивления резистора R_Н:

 

 Ом;     (2.16)

 

 Ом;

 

принимаем Ом и Ом.

 

 

6. Определим значение сопротивления резистора R_bd;

 

 Ом;   (2.17)

 

 Ом.

7. Определим сопротивление резистора R₁ по формуле:

 

 Ом;    (2.18)

 

 Ом;

 

принимаем Ом, Ом и Ом.

 

8. Определим изменения показания  потенциометра для конечного  значения шкалы при изменении  температуры свободных концов  термометра от  до   по формуле:

 

   (2.19)

        

Вывод: Мы расчитали сопротивления  измерительной схемы автоматического  потенциометра и определили измерение  показаний потенциометра для  конечного значения шкалы при  изменении температуры свободных  концов термометра от t₀ до t ₀'

 

 

 

 

Заключение.

 

Результатом выполнения курсовой работы была разработана функциональная схема автоматизации выпарной установки с погружной горелкой для выпаривания раствора MgCl₂ и была подобрана спецификация средств автоматизации использованных в функциональной схеме.