Расчет и выбор регулирующего органа

Необходимым условием надежной работы САР является правильным выбором пропускной характеристики и расчет условного прохода регулирующего органа. Дроссельный регулирующий орган представляет собой переменное гидравлическое сопротивление, которое управляет расходом среды путем изменения проходного сечения. Связи с тем, что для заданного объекта регулирования внешние возмущения является основными, то будет выбран дроссельный регулирующий орган с линейной расходной характеристикой. Такой регулирующий орган во всем диапазоне нагрузок имеет одинаковый коэффициент передачи.

Условный проход регулирующего органа на газ выбирается по условной пропускной способности с учетом режима течения газа (критический или докритический). Под критической скоростью понимается максимальная скорость истечения газа, которая может быть достигнута на выходе регулирующего органа, когда дальнейшее уменьшение перепада давления не влияет на увеличение расхода через регулирующий орган. Исходные данные для расчета регулирующего органа приведены в таблице 2.1.

 

Таблица 2.1 Исходные данные для расчета регулирующего органа

 

Наименование	Обозначение	Ед. измерения	Числовое значение
Среда			метан
Абсолютное давление метана в трубопроводе в начале расчетного участка		МПа	0,4
Абсолютное давление метана в трубопроводе в конце расчетного участка		МПа	0,2
Максимальный объемный расход метана
Минимальный объемный расход метана
Температура метана	t
Длина трубопровода от коллектора до объекта. На линии имеются 4 вентиля, 2 тройника, диафрагма, 2 колена.	l	м

 

 

Рисунок 2.1 Схема установки регулирующего органа на трубопроводе

 

1. Определяетсямаксимальный объемный расход метана в рабочих условиях.

 

, (2.1)

 

где – максимальный объемный расход метана в рабочих условиях, м³/ч;

– – максимальный объемный расход метана при нормальных условиях, м³/ч;

– нормальное абсолютное давление газа, 0,10332 МПа;

Т – абсолютная температура метана перед регулирующим органом, К;

К – коэффициент сжимаемости метана, К=1;

Р – абсолютное давление метана в трубопроводе в начале расчетного участка, МПа;

– температура газа при нормальных условиях, 293 К;

Абсолютная температура метана в рабочих условиях.

 

Т = t+ 273, (2.2)

 

Т = 80+273=293 К

 

тогда

 

 

2. Определяется внутренний диаметр трубопровода, исходя из заданного максимального расхода метана и принимая, согласно справочным данным, среднюю скорость движения газа в трубопроводе ω = 20 м/с.

Д= , (2.3)

 

где Д – внутренний диаметр трубопровода, м;

ω – средняя скорость движения газа, м/с.

 

Д = = 0,1484 м

 

Принимается диаметр трубопровода 150 мм.

Диаметр выбираем из стандартного ряда чисел, приняв ближайшее большее: 15 20 20 25 32 40 50 65 80 90 100 125 135 175 200 225 250 275 300 мм

 

3. Определяется режим движения метана в трубопроводе

 

Rе = , (2.4)

 

где Rе – число Рейнольдса;

ρ – плотность метана в нормальных условиях, 0,6679 кг/м³;

- динамическая вязкость метана в рабочих условиях, 1,12 ;

Д – внутренний диаметр трубопровода, мм.

 

Rеmin=

 

Rеmax =

 

Так как Rеmin>2000, то режим турбулентный.

 

4. Определяется коэффициент трения при максимальном расходе метана при Rе>2000

 

, (2.5)

 

 

 

5. Уточняется скорость протекания метана по трубопроводу.

 

ω_max = , (2.6)

 

ω_max = м/с

 

6. Определяется потери давления в трубопроводе при максимальном расходе:

 

, (2.7)

 

где потери давления в трубопроводе при максимальном расходе, кПа;

потери давления в прямых участках трубопровода, кПа;

- потери давления в местных сопротивлениях трубопровода, кПа.

 

6.1. Потери давления в прямых участках трубопровода:

 

, (2.8)

 

где - длина участка, м;

j – удельный вес метана в рабочих условиях, кГс/м³;

Д – диаметр трубопровода, м.

 

j = j_н , (2.9)

 

гдеj_н – удельный вес метана в нормальных условиях;

j_н = 0,6679 кГс/м³

j =

 

 

6.2.Потери давления в местных сопротивлениях трубопровода:

 

, (2.10)

 

гдеS – коэффициенты сопротивлений

S_вент – 4 S_{входного патрубка}= 0,5

S_колена= 1,1S_{диафрагиы}=51

S_{тройника}=0,1S_выхода=1

 

 

= 29,78 кПа

 

 

7. Определяется перепад давления на регулирующем органе при заданном максимальном расходе метана

 

, (2.11)

 

где - суммарные потери давления на расчетном участке трубопровода, кПа.

 

Суммарные потери давления определяются по формуле:

 

, (2.12)

 

 

 

8. Определяется максимальная пропускная способность, рассчитанная с учетом коэффициента запаса

 

8.1. Определяется абсолютное давление метана при максимальном расходе

 

, (2.13)

 

где Ро – абсолютное давление метана в начале расчетного участка, МПа;

- коэффициент трения при максимальном расходе;

Ду – условный диаметр трубопровода, м;

- длина участка трубопровода до регулирующего органа, м;

S – коэффициенты сопротивлений до регулирующего органа.

 

S = 0.5+51+2

 

Р₁ =

 

8.2. Определяется критический перепад давления.

 

, (2.14)

 

,

 

Если , то режим течения метана по трубопроводу докритический

0,068 МПа<0,1375 МПа

 

8.3. Пропускная способность регулирующего органа определятся по формуле:

 

, (2.15)

 

где - коэффициент запаса, 1,2;

Р₂ – давление метана после регулирующего органа, МПа.

 

Р₂= Р₁ - , (2.16)

 

Р₂ =0.3735 – 0,16925305 = 0.20424695 МПа

 

К_Vmax =

 

Выбирается односедельный регулирующий клапан 25ч940нж (И 68066) с условным проходом Ду=80 мм, Кv=80 /ч, Ру=1,6 МПа, с линейной расходной характеристикой.