Расчет ротаметра (шкалы ротаметра)

Вариант №13

Ротаметр является расходомером постоянного перепада давлений. Так же к ним относятся поплавковые и поршневые расходомеры. Наибольшее применение имеют ротаметры и поплавковые расходомеры, шкалы которых практически равномерны. Их можно использовать для измерения малых расходов, так как потери давления в них незначительны и не зависят от расхода. Ротаметры и поплавковые расходомеры имеют большой диапазон измерения (Q_max/Q_min = 10:1).

3.2Исходные данные для расчета:

Рассчитать условную шкалу ротаметра (на 100 делений) для измерения расхода метана.

1. Трубка ротаметра имеет конусность К=0,01 и длину шкалы l=0,25м.

2. Диаметр трубки в месте нулевого деления шкалы Д₀=0,0176м.

3. Объём поплавка V=3,075*10^-6 м3 (материал сталь Х18719Т).

4. Диаметр миделя поплавка d=0,0164м.

5. Шкала имеет 11 шлифованных делений, расстояния от нулевого деления равны: l₀=0; l₁=0,025м; l₂=0,050м; l₃=0,075м. l₄=0,1м. l₅=0,125м. l₆=0,15м. l₇=0,175м. l₈=0,2м. l₉=0,225м. l₁₀=0,25м. l₁₁=0,25м.

6. Вещество- Пропан C₃H₈ .

7. Вес поплавка G₀=0,162Н.

8. Температура среды= 20⁰С.

3.3Определение недостающих данных при автоматизации управления

1. Плотность материала поплавка:

ρ_П=7850кг/м³.                                                                       (1)                                                      

2. Динамическая вязкость вещества, пропан C₃H₈:

µ=  Па*с.                                                                             (2)                                                           

3. Плотность рабочего вещества:

ρ_t=1,872 кг/м³.                      

4. Кинематическая вязкость вещества:

                                (3)

Порядок расчёта.

1. Определить диаметр трубки Д₁₀ в месте деления шкалы для максимального расхода Q по формуле:

Д₁₀=Д₀+Кl₁₀, (диаметр 100% отметки),                                    (4)

где Д₁₀=0,0171+0,01*0,25=0,0196м.

2. Определить высоту поднятия поплавка над сечением трубки, диаметр которого равен диаметру миделя d поплавка

                   ( )

где h₀- расстояние от нулевого сечения диаметром Д₀ до сечения диаметром d (высота нулевой отметки);

h_i=h₀+l_i;                                                                                      (6)

l_i=Δl*I;                                                                                       (7)

h₁=0,07+0,025=0,095м;                                                                

h₂=0,07+0,025*2=0,12м;

h₃=0,07+0,025*3=0,145м;

h₄=0,07+0,025*4=0,17м;

h₅=0,07+0,025*5=0,195м;

h₆=0,07+0,025*6=0,22м;

h₇=0,07+0,025*7=0,245м;

h₈=0,07+0,025*8=0,27м;

h₉=0,07+0,025*9=0,295м;

h₁₀=0,07+0,025*10=0,32м;

2. Вычисляем безразмерные параметры a_i для отметок шкалы

 a_i=h_i/d.                                                                                      (8)

a₀=0,07/0,164=4,3;

a₁=0,095/0,164=5,8;

a₂=0,12/0,164=7,3;

a₃=0,145/0,164=8,5;

a₄=0,17/0,164=10,4;

a₅=0,195/0,164=11,9;

a₆=0,22/0,164=13,4;

a₇=0,24/0,164=14,6;

a₈=0,27/0,164=16,5;

a₉=0,295/0,164=18;

a₁₀=0,32/0,164=19,5.

4. Определяем вес поплавка в измеряемой среде:

G=G₀-Vρg, где ρ =1,872 кг/м³;                                                 (9)

G=0,162-3,075*10^-6*1,872 *9,8=0,162Н.

5. Определить значение безразмерной величины υ²ρ/G и её десятичного логарифма

lg((υ²ρ)/G),

где γ=µ/ρ.= /1,872=                  (10)

lg(( ²* 1,872)/0,162=lg(226.77* )

lg(226.77* )=-8.864                 

6.Определить значение безразмерной величины

lg(Q/υd),                                                                               (11)

где Q- объёмный расход

    Для нахождения промежуточных значений a_i применяют приближенную формулу нелинейной интерполяции:

                                                            ( )

где х- расстояние от искомой точки до нижней кривой;

m=h/d- для нижней кривой от искомой точки;                     

b- расстояние между нижней и верхней кривыми;

n=h/d- для верхней кривой от искомой точки.                 (13)

Рисунок 2.1- Номограмма для определения расхода

Определим значение безразмерной величины Y_i путем обратного преобразования

;                                                                             (14)

                                                                                      ( )

                                                                                         ( )

7. Определить расход в л/ч для всех оцифрованных точек шкалы ротаметра.

8. Все полученные данные свести в таблицу 1.2

Таблица 1.2- Расчетные данные

9.Построить градуировочный график в виде зависимости Q, л/час от высоты поднятия поплавка l, через каждые 10% шкалы (или делений шкалы, %).

Таблица 1.3- Расчёт поплавка ротаметра.

Найдем вес поплавка по формуле

                                                                               (17)                                                                           

Найдем объем, высверловки м³

                                                                                (18)                                                                                   

Найдем диаметр высверловки и длину поплавка, м

                                                                                     (19)  

.

                                                   (22)                                                           

2.2 Чертеж поплавка ротаметра.