Расчет и изготовление диафрагм для расчета параметров. Диафрагма фотоаппарата, светосила, относительное отверстие. Что есть что? Угол наклона образующей конуса к оси отверстия диафрагмы выбирают в пределах

Приводимые далее расчетные формулы (равно как и методы расчета) справедливы для любых сужающих устройств, и в том числе, для стандартных диафрагм и сопел, но, разумеется, числовые значения коэффициентов расхода  и поправочных множителей  на изменение плотности газа и пара будут различны для разных сужающих устройств.

Учитывая, что площадь круглого отверстия сужающего устройства F 0 =  d 2 /4 и p = p 1 - p 2 , а также производя соответствующую подстановку в формулы расхода (1),(2), получим значения Q м и Q о в виде:

где p измеряются в паскалях.

В большинстве технических расчетов применяют не секундный, а часовой расход. Измерять же диаметр d удобнее в миллиметрах, а не метрах.

С учетом вышеизложенного получим следующие выражения для Q м (кг/ч) и Q о (м 3 /ч):

(3)

1. Погрешности измерения расхода с помощью диафрагм и сопел

Уравнения расхода, например (3), содержат пять множителей , ,  1/2 , p 1/2 , d 2 , от погрешностей которых зависит погрешность измерения расхода Q м или Q о. Имеются в виду случайные погрешности перечисленных величин. Систематические погрешности должны быть устранены или же учтены соответствующими поправками. Если были бы известны средние квадратические случайные погрешности   ,   ,  d ,   ,   p , то на основании закона сложения средних погрешностей можно записать

В общем случае погрешность коэффициента расхода   надо определять по формуле (5):

В формуле (5) через   и обозначена исходная погрешность а, которой оценивается достоверность коэффициента .

где D- диаметр трубы;

d - диаметр диафрагмы;

m - относительная площадь сужающего устройства.

Согласно стандарту ИСО 5167 для диафрагм с угловым и фланцевыми отборами   и = 0,3 % при т < 0,36 и   и = 0,5% при т > 0,36. Для сопел   и = 0,4 % при т < 0,36 и   и = % при т > 0,36. В правилах РД 50-213-80 для сопел   и = 0,3 % при т  0,25 и   и = % при m > 0,25.

Если при определении т допущена погрешность из-за неточного измерения значений d и D , то возникает дополнительная погрешность   m коэффициента , которую можно определить, исходя из формул (6) и (7) и зная погрешности  d и  D .

(6)

(7)

откуда для диафрагм

(8)

и для сопел

(9)

Значения  d и  D зависят от точности измерения d и D. Максимальная погрешность измерения d находится в пределах от 0,02 до 0,1%. Соответственно  d будет изменяться от 0,01 до 0,05%.

Погрешность измерения перепада давления p или, иначе говоря, погрешность дифманометра будет определяться разными формулами, которые зависят от того, отнесен ли класс точности S дифманометра (т. е. основная погрешность показаний прибора в процентах) к верхнему пределу измерения разности давлений S  p или же к верхнему пределу измерения расхода S Q Эти формулы имеют вид:

Согласно ГОСТ 18140-84 дифманометры, предназначенные для работы в комплекте с сужающими устройствами, имеют класс S Q отнесенный к верхнему пределу измерения расхода. Обычно S Q =(0,51,5)%. /1/

1. Недостатки

Недостатком метода являются относительно большие погрешности (1- 2%), обусловленные демпфирующим действием сужающего устройства, нелинейной зависимостью между расходом и перепадом давлений, неравномерным распределением давления, износом сужающего устройства, изменением плотности вещества и др. Последняя причина особенно существенна при измерении расхода газа или пара.

Диафрагма к пожарным кранам представляет собой шайбу, обладающую определенным внутренним диаметром, которую устанавливают на выходе клапана пожарного крана. Назначением диафрагмы служит ограничение давления между самим пожарным краном и соединительной головкой.

Диафрагма пожарного крана (нержавейка) Ду-50 и Ду-65 представляет собой шайбу, обладающую определенным внутренним диаметром, которую устанавливают на выходе клапана пожарного крана.

Внутренний размер диафрагмы изготавливаем по желанию заказчика любой: 12, 15, 20 мм и др

К внутренним пожарным водопроводам предъявляется целый ряд требований, которым они должны соответствовать. Если пожарный кран имеет напор свыше 40м между самим краном и соединительной головкой, необходимо предусматривать установку такого элемента, как диафрагма пожарного крана. Это нужно для того, чтобы обеспечить безопасность работы с пожарным стволом.

Так что же такое диафрагма к пожарным кранам?

Диафрагма представляет собой шайбу, выполненную из нержавеющей стали толщиной 3мм, с определенным внутренним и внешним диаметром. Диафрагма устанавливается на выходе пожарного крана непосредственно между краном и соединительной головкой. Диафрагма служит для снижения избыточного давления в системах пожарного водопровода. Установив диафрагмы для снижения избыточного напора, регулируется напор воды у пожарных кранов на всех этажах здания. Таким образом, в случае пожара, при одновременном открытии пожарных кранов на разных этажах, напор воды везде будет одинаковым.

При общем благополучии нашей жизни, мы страдаем от пожаров. Никакая страховка не поможет возместить нанесенный огнем ущерб, потому что моральный вред, причиненный страдальцу, не соизмерим. Поэтому, при постройке жилых комплексов и административных зданий, государство, в лице строительной компании, старается возможными средствами самостоятельно предохранить себя от случайного огня.

С этой целью в определенных нормативами местах устанавливаются пожарные краны - запорные клапаны в комплекте с соединительной головкой и рукавом пожарным с ручным стволом.

При приведении пожарного крана в рабочее состояние на выходе клапана устанавливают диафрагму (шайба из латуни или нержавеющей стали, толщиной 3 мм, с отверстием посередине). ДиафрагмА пожарного крана служит для снижения избыточного давления в системах противопожарного водопровода.

Диаметр диафрагмы пожарного крана

По нормативам условный проход пожарных кранов, устанавливаемых в зданиях и сооружениях составляет 50 и 70 мм, поэтому стандартный внешний диаметр диафрагмы соответственно: 50 и 65 мм.

Установка диафрагмы пожарного крана

Для возможности соединения пожарного оборудования вместе используют соединительные головки, изготовленные из алюминия. Экономия времени при пожаре обязательна, поэтому головки сконструированы именно таким образом: быстро смыкаемые, просты в обращении и надежны. Для работы с напорным оборудованием, в зависимости от выхода запорного клапана, имеется два вида головок: муфтовые и цапковые.

Головки муфтовые соединяют запорный клапан с напорным пожарным рукавом. Их название соответствует виду. Они цилиндрической формы с внутренней резьбой. Диафрагма при этом кладется внутрь головки. Головка накручивается на клапан сверху и удерживает диафрагму в перпендикулярном положении.

Головка цапковая выполняет те же функции, но имеет другое устройство. Она также цилиндрической формы, но резьба у нее не внутри, а снаружи. При этом диафрагму кладут внутрь головки и фиксируют стопорным кольцом. Затем головка цапковая вкручивается в клапан.

Принцип действия диафрагмы пожарного крана

Любая постройка различной этажности предполагает установку множества пожарных кранов, каждый из которых может быть снабжен не одним напорным рукавом. Вся система должна работать стабильно и отлажено. То есть при тушении одновременно нескольких очагов возгорания в здании, вода должна быть распределена равномерно в зависимости от высоты.

Давление воды во противопожарном водопроводе на каждом этаже должно быть примерно одинаковым и сравнимым. Стабильный напор воды должен позволять тушить очаги как на первом, так и на этажах выше.

Именно в этих целях используют диафрагмы пожарных кранов. Установленная диафрагма, ограничивая бесконтрольный объем выхода воды из водопровода, предупреждает перепад давления в системе и снижает избыточное. На всех этажах здания напор воды у пожарных кранов регулируется диафрагмами. Водопровод будет работать везде, что позволит ликвидировать все очаги возгорания.

Внутренний диаметр диафрагмы пожарного крана

Установка диафрагм регулируется нормативной документацией. Согласно своду правил в здании устанавливается необходимое количество пожарных кранов. В имеющейся таблице документально указан расход воды. Из этих расчетов и данных допускается установка диафрагм на 3-4 этажа постройки с одним и тем же диаметром отверстия.

Нормы давления воды у клапана в здании рассчитывается в соответствии с площадью помещения, а также длиной, шириной и высотой до самой дальней точки перекрытия. В производственных зданиях - до 50 метров. Руководствуясь этими подсчетами рассчитывают внутренний диаметр диафрагмы, то есть размер отверстия.

Для этого применяется старая поверенная номограмма 1985 года.

Для определения нужного диаметра:

На левой вертикальной оси на номограмме отмечаем в метрах избыточный напор, ставим точку;

На правой вертикальной оси устанавливаем значение напора воды, которое требуется, измеренное в лошадиных силах, ставим точку;

Соединяя эти две крайние точки линией, на пересечении средней линии находим нужное значение;

Средняя шкала оцифрована с обеих сторон, с левой стороны указываются значения для клапана пожарного крана ду50;

Если диафрагма идет для клапана ду70, берем значение с правой стороны центральной оси;

Искомое значение получается в миллиметрах, с погрешностью 0,5 миллиметра.

Преимущества диафрагмы пожарного крана

Преимуществом диафрагмы является универсальность ее назначения, это довольно простой способ регулировки давления в внутреннем пожарном водопроводе.

Недостатки диафрагмы пожарного крана

Нужные размеры внутреннего диаметра диафрагмы подсчитываются довольно неточно, с большой погрешностью.

Говоря простым языком, диафрагма фотоаппарата – это устройство, через которое свет попадает на матрицу фотоаппарата. Диафрагма состоит из так называемых «лепестков», количество которых может варьироваться от трех до двадцати штук. В зависимости от интенсивности освещения лепестки уменьшают или увеличивают диаметр светопропускающего отверстия. Принцип их действия аналогичен зрачку: при тусклом свете он расширяется, при ярком – сужается.

Чтобы лучше понять принципы расчета характеристики объектива (в том числе, и значения диафрагмы), необходимо знать, что такое фокусное расстояние объектива.

Фокусное расстояние объектива

Фокусное расстояние – это расстояние между матрицей фотоаппарата и главной оптической плоскостью объектива при условии его фокусировки в бесконечность. Этим показателем определяется угол обзора, достигаемый тем или иным объективом. Чем фокусное расстояние больше, тем угол обзора меньше. В характеристиках обычно указываются минимальное и максимальное фокусное расстояние, которые обеспечивает объектив. Измерять его принято в миллиметрах.

Отношение фокусного расстояния к размеру отверстия диафрагмы называется f-числом. Именно оно и определяет значение диафрагмы. Чем меньше этот показатель, тем больше отверстие, и тем больше света проникает на матрицу фотоаппарата. Стоит учесть, что значение диафрагмы часто указывается в виде знаменателя дроби, без уточнения фокусного расстояния.

Возможные значения f-чисел описываются специальной шкалой диафрагм, представляющей собой последовательность чисел:

1 – 1,4 – 2 – 2,8 – 4 – 5,6 – 8 – 11 – 16 – 22 и так далее.

Суть шкалы в том, что сужение отверстия объектива в два раза приводит к уменьшению количества света, попадающего на матрицу, в четыре раза. Аналогичное действие оказывает и двойное увеличение фокусного расстояния. Диафрагменная шкала нередко наносится на оправу объектива для удобства фотографа.

Максимальное количество света пропускают объективы с наименьшими f-числами (f/1,2 – f/1,8). Называются такие объективы светосильными.

Светосила объектива

Светосила – это степень ослабления объективом фотоаппарата светового потока, или, другими словами, способность объектива передавать реальную яркость объекта. Чем больше светосила, тем качественнее получаются снимки, сделанные в условиях плохого освещения без использования штатива и вспышки. Кроме того, светосильные объективы позволяют фотографировать с максимально короткой выдержкой.

Значение светосилы определяется значением максимально открытой диафрагмы. Вместе с фокусным расстоянием его обычно указывают на ободе объектива. Так, например, надпись 7-21/2,0-2,8 означает, что при фокусном расстоянии в 7 миллиметров светосила равна 2,0. Соответственно, при фокусном расстоянии в 21 миллиметр – 2,8.

При выборе объектива стоит учитывать, что максимально открытая диафрагма используется очень редко. При этом цена светосильных объективов ощутимо выше. Для большинства покупателей нет никакого смысла переплачивать за показатель 1:1.2, вполне достаточно купить более бюджетный вариант со светосилой 1:1.8.

Относительное отверстие

Величину, обратную диафрагменному числу, называют относительным отверстием . Величина относительного отверстия определяет, во сколько раз фокусное расстояние объектива превышает диаметр его отверстия. На оправе объектива этот показатель обычно имеет вид дроби типа 1:2. Такие цифры означают, что диаметр отверстия вдвое меньше фокусного расстояния.

В разных источниках понятия значения светосилы, величины относительного отверстия и непосредственно диафрагмы часто описаны научным, малопонятным языком. Чтобы не ошибиться при выборе фотоаппарата и не запутаться в характеристиках объектива, стоит запомнить зависимости, существующие между ними.

Так, светосила – это постоянное свойство оптики, которое невозможно изменить или настроить. Следует помнить, что светосила не имеет отношения к текущему значению диафрагмы. Как уже упоминалось выше, ее значение равно значению диафрагмы в максимально открытом положении.

Относительное отверстие, в отличие от светосилы, величина изменяемая. Отрегулировать ее можно при помощи диафрагмы.

РАСЧЕТА ДИАФРАГМЫ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ РАСХОДА СУХОГО ГАЗА И ПАРА;

РАСЧЕТА ДИАФРАГМЫ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ВЛАЖНОГО ГАЗА;

РАСЧЕТА ДИАФРАГМЫ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ РАСХОДА ЖИДКОСТИ;

РАСЧЕТА РЕГУЛИРУЮЩЕГО ОРГАНА;

ВЫБОРА ИСПОЛНИТЕЛЬНОГО МЕХАНИЗМА.

К КУРСОВОМУ ПРОЕКТУ ПО СПЕЦДИСЦИПЛИНЕ

«МОНТАЖ, НАЛАДКА И ЭКСПЛУАТАЦИЯ САУ»

Для студентов специальности 220301. Автоматизация технологических

Процессов и производств (по отраслям)

Липецк 2010 г.

СБОРНИК МЕТОДИК К КУРСОВОМУ ПРОЕКТУ ПО ДИСЦИПЛИНЕ

«Монтаж, наладка и эксплуатация САУ»

Сборник методик предназначен для студентов 4 курса очной формы обучения по специальности 220301. Автоматизация технологических процессов и производств (по отраслям).

Составитель: Полякова Т. Ф.. – преподаватель спец. дисциплин

Рецензент: _______Курлыкин А. Ф. Зам. начальника цеха КИП и А ОАО «НЛМК»

Одобрено методическим советом Липецкого металлургического колледжа и рекомендовано к применению для студентов в качестве методических указаний по разработке курсового проекта по спец. дисциплине «Монтаж, наладка и эксплуатация САУ».

Введение

Дисциплина «Монтаж, наладка и эксплуатация САУ» является одной из базовых при обучении на специальности 220301 (2101) «Автоматизация технологических процессов и производств»). Изучая ее, студент должен знать основные компоненты САР принцип работы всех компонентов и структуру взаимосвязи между всеми компонентами. Для качественного закрепления изучаемого материала и приобретения практических навыков предусматривается выполнение индивидуального курсового проекта.

Конечной целью курсового проекта является построение САР расхода вещества, реализованную на конкретной элементной базе и направленную на выполнение определенных задач, что определяется заданием на курсовое проектирование и индивидуальным дополнительным заданием. Кроме расчетов, в курсовом проекте обязательным является разработка Схемы автоматизации и Схемы принципиальной электрической (Пневматической), технологическое программирование САР. Курсовой проект выполняется индивидуально на основании лекционного, справочного и другого дополнительного материалов. Курсовой проект рассчитан на 30 часов. Во время выполнения проекта предусматривается 20 часов консультаций. Для оценки успеваемости студентов выполнение работы разбивается на этапы, где каждый этап является логически завершенным заданием:

первый этап – выполнение расчетных задач;

второй этап – разработка Схемы автоматизации;

третий этап – разработка Схемы принципиальной электрической (Пневматической);

четвертый этап – разработка технологического программирования САР расхода вещества.

Методика расчета диафрагмы для измерения расхода сухого газа и пара.

(согласно Правилам РД 50-213-80)

Таблица 1.1 - Необходимые исходные данные

Примечание 1. Сумма молярных концентраций всех компонентов газовой смеси должна равняться 1.

Примечание 2. Абсолютная шероховатость трубопровода зависит от материала и состояния внутренней поверхности трубопровода. При отсутствии данных можно принять значение абсолютной шероховатости согласно (Приложению А п. 1).

Примечание 3. Вместо допустимой потери давления при максимальном расходе (таблица 1.1 «Необходимые исходные данные») может быть задан предельный номинальный перепад давления дифманометра ΔР н. Значения ΔР н выбираются из ряда чисел, установленных стандартом, согласно выражению:

ΔР н = n 1 · 10 х, где х – целое число, n 1 – 1; 1,6; 2,5; 4; 6,3.

Примечание 4. При отсутствии данных о материале диафрагмы следует принять одну из следующих марок нержавеющей стали Х23Н13, Х18Н25С2, 1Х18Н9Т.