Граждане многоуважаемые, не смейтесь сильно, я просто совсем далек от пневматических систем, а на работе зачем-то дали мне следующее поручение:
Не буду перегружать вас лишней информацией, сразу к сути.
Есть обычный баллон с водородом, на 40 литров. Из него нужно гнать водород с давлением немногим больше чем 27 бар.
Давление это должно быть постоянным, вплоть до выхода всего водорода из баллона. НО! При этом необходимо регулировать расход этого самого водорода в пределах 100-500 г/ч.
Городить можно все что угодно, но хотелось бы обойтись покупными вещами.
Я вот вижу это так.. После баллона ставится редуктор, который бы понижал давление до необходимого и поддерживал его постоянным. Потом ставится вентиль, потом расходомер.
Так вот внимание вопрос. (мне сейчас очень стыдно) Ведь, крутя вентиль после редуктора, давление же будет изменяться тоже, вместе с расходом? :) Или будет просто меняться скорость движения газа, соответственно и расход, а давление останется постоянным?
Я столько всякой ерунды начитался уже, что в голове полнейшая каша..
По моему надо делать так: ставь вентиль, а после него редуктор. так сделано в газовых баллонах для сварки. И скорее всего редуктор может работать в каком-то определенном диапазоне расхода газа.
Давление, поддерживаемое редуктором не зависит от расхода. От расхода зависит давление, получаемое после дросселя.
Falcon555! Вы не учитываете кран (вентиль) на горелке! Именно он регулирует расход! А вообще, пример правильный! Заданное давление поддерживает редуктор. У него имеется мембрана, пружина и клапан. При понижении выходного давления ниже заданного мембрана прогибается, клапан открывается (увеличивается проходное сечение) и давление увеличивается. При превышении давления - обратный процесс. Т.е. крутя вентиль после редуктора, давление на выходе должно оставаться постоянным (+-).
Цитата: Resfeder от 01.04.14, 15:39:03
Falcon555! Вы не учитываете кран (вентиль) на горелке! Именно он регулирует расход!
Я имел в виду не газовую сварку, а сварку полуавтоматом , но с подачей азота... :)
То есть, я все верно предположил? И такая вот схема обеспечит заданные параметры?
Стало быть, из баллона выходит ~19,6 МПа, входной манометр редуктора показывает Р1=19,6 МПа, потом это давление редуцируется до заданного мной, скажем Р2=2,7 МПа, следом я начинаю выкручивать вентиль, наблюдая за показаниями расходомера, поймав нужное значение - PROFIT!
И на выходе, после расходомера, у меня будет все тоже Р2=2,7 МПа?
Да.
ЦитироватьРедукторы служат для понижения давления газа, отбираемого из баллона или сети, а также для поддержания рабочего давления постоянным в процессе работы. (http://metallicheckiy-portal.ru/articles/svarka/gazovaa_svarka/reduktori_dla_gazov)
Таки да! Потому что редуктор работает так как указал Ресфедер. И добавить нечего...
Цитата: Николай от 01.04.14, 16:54:12
Таки да! Потому что редуктор работает так как указал Ресфедер. И добавить нечего...
То есть Вы хотите сказать, что вентиль не имеет гидравлического сопротивления? и в нем не будет происходить потерь давления ?
Цитата: Tsiwik от 01.04.14, 16:18:50
Стало быть, из баллона выходит ~19,6 МПа, входной манометр редуктора показывает Р1=19,6 МПа, потом это давление редуцируется до заданного мной, скажем Р2=2,7 МПа, следом я начинаю выкручивать вентиль, наблюдая за показаниями расходомера, поймав нужное значение - PROFIT!
И на выходе, после расходомера, у меня будет все тоже Р2=2,7 МПа?
НЕТ
Ваши первоначальные рассуждения вполне разумны. Вентиль - сопротивление = источник перепада давления. Т.е. pressure governor (regulator) блюдёт давление [только] после себя.
"Полная каша" скорее всего проистекает из Т.З. Вопрос: зачем на расходной стороне нужно давление 2.7 MPa ? Или (всё-таки) подразумевается максимальное давление. Надо понимать, что даже если бы существовал некий хитрый расход-давления-задатчик, который бы обеспечивал на выходе и расход (выставлялся бы крантиком на оном девайсе), и постоянное давление (выставлялось бы подстроечным винтиком), то по физ-логике это невозможно.
Допустим, что всё выставлено и работает. Но вдруг со стороны потребителя происходит падёж давления. Но "супердевайс" не сможет поддержать давление, не увеличив расход.
Возможно, что в Т.З. подразумевается - наоборот - поддержка выходного давления за счёт вариации расхода в пределах 100..500 г/ч. Т.е. расход регулируется девайсом, а оператору остаётся смотреть. Тогда остаётся выяснить желательные действия в случае выхода расхода за пределы диапазона (отсекать, выключать и загорать лампочку "отказ" ?).
Цитата: Tsiwik от 01.04.14, 16:18:50
Стало быть, из баллона выходит ~19,6 МПа, входной манометр редуктора показывает Р1=19,6 МПа, потом это давление редуцируется до заданного мной, скажем Р2=2,7 МПа, следом я начинаю выкручивать вентиль, наблюдая за показаниями расходомера, поймав нужное значение - PROFIT!
И на выходе, после расходомера, у меня будет все тоже Р2=2,7 МПа?
В Вашем случае максимальный расход в принципе будет лимитирован сопротивлением трубопровода после редукционного клапана, в случае если расход окажется больше потребного, Вам нужно будет прикрыть клапан, а следственно увеличить его сопротивлении (т.е. возрастут потери давления) и на выходе Вы получите давление= давление после редукционного клапана-потери давления в трубопроводе-потери давления в вентиле.
Да, потери давления будут, и не только от вентиля V2, расходомера, но и от самого трубопровода. Тем не менее речь идёт совершенно о другом: будет ли меняться давление на выходе при изменении расхода при наличии редуктора? Конечно, стрелка манометра М2 не будет стоять на месте при изменении расхода! Но при стабилизации расхода, т.е. при прекращении вращения вентиля V2 давление должно стабилизироваться.
Вопрос к ТС какой график cоответствует тому, что Вы хотите получить?
Все же, для чего водород используется, что там важно - давление, расход, или скорость потока газа?
Конкретно в полуавтомате, насколько я понимаю, нужна именно скорость потока.
Вообще давление возникает только если в трубопроводе есть подпор - в полуавтомате его считай нет, не выходе просто открытое отверстие (сопло большого размера), и как такогого давления в шланге уже нет! Манометр в редукторе - показывает давление в редунторе, после редуктора его может уже и не быть совсем - просто газ освобождает и с большой скоростью устремляется наружу. Для полуавтомата именно это и надо - на выходе нужен поток углекислоты что бы вытеснить кислород вокруг дуги, причем сила этого потока должна быть такой что бы ветром не сдувало струю и при этом струей не сдувало расплавленный металл. Вот скорость этого потока дросселем и регулируется.
В газовой сварке - впринципе то же самое, толькоразве что там сопло меньшего размера, меньше диаметра канало после винтиля - и в каналах небольшой подпор есть, а значит и давление. Но факел-то после сопла, в атмосфере - а там давление впринципе уже не может быть, опять же только скорость потока газа....
Водород подается в камеру смешивания и там смешивается с перегретым паром. Давление пара - 2,5 МПа.. следовательно, водород туда должен поступить несколько большего давления, чем пар.. ну пускай 2,7 МПа.
НО! при всем этом, расход водорода нужно варьировать, соответственно, в пределах 100-500 г/ч, и смотреть, подбирать, сравнивать..
установка для паро-химической очистки, экспериментальная..
Соответственно, расход водорода должен изменяться при постоянном давлении.. не страшно, если давление будет больше, чем 2,5 МПа.. больше не меньше.. главное эти самые граммы в час..
Мониторинг рынка редукторов, как отечественных, так и зарубежных, показывает, что, при таком выходном давлении, расход будет раз эдак 10 выше..
Соответственно, встает вопрос, мб такое не осуществимо?, тем более моим маленьким мозгом)
Цитата: feniks от 02.04.14, 04:42:23
Вопрос к ТС какой график cоответствует тому, что Вы хотите получить?
график №1 больше похож на правду, однако, если на графике №2 Р1=2,7 МПа, а Р2 - больше, то и так тоже пойдет)
тут как бы вопрос в том, что, при закручивании вентиля, который стоит между редуктором и расходомером, давление будет падать или нет? И что будет с расходом?
По логике вещей, Q=V*S, где V - скорость потока, а S - площадь поперечного сечения.. даже не беря в расчет все сопротивления, возникающие при трении, всякие там завихрения и числа Рейнольдса, получается, что уменьшая дырочку, уменьшаем расход..
Ну и это как бы логично же..
С другой стороны
Р1-Р2=(р*V^2)/2
где Р1 - давление на входе, Р2 - давление на выходе, р - плотность газа, V - скорость, 2 - два =)
соответственно, если мы уменьшаем дырочку, а расход у нас редуктор старается поддерживать постоянным, то из первой формулы вытекает увеличение скорости потока..
Стало быть, возрастает и эта самая делта Р (Р1-Р2), а так как у нас Р1 - давление в баллоне и оно, так и быть вроде не изменяется, (хотя со временем оно в баллоне падает), получаем, формулы второй, уведличение Р2..
Выходит, что с уменьшением расхода - возрастает давление?
занимательная физика, 7 класс. =)
Хм. Вообще я не гидравлик а механик, но рассуждая логически:
По сути тут давление вообще пофиг, лишь бы оно было и было больше 2,5 МПа, будет 20 МПа - годится. Далее ставим дросель, котрый ограничивает расход - при этом перед дросселем будет адвление которое мы выставим, а вот после дросселя - давление среды будет сначало 2,5 МПа, но по мере перетекания туда водорода оно будет расти, скорость роста давления зависит от скорости перетекания, которую регулируем дросселем. Т.е. открыв дроссель чуть-чуть фактически после дросселя давления у нас особо и не будет. Выходит, что какое давление до дросселя - вообще пофиг.
Теперь с расходом. Соотношение коичества водорода к количеству пара жестко задано или примерно? Насколько точно надо отмерять поступление водорода? Ведь дроселем мы регулируем только поток водорода, и то - примерно, чисто на глазок - больше/меньше. Что бы знать более конкретный цыфры - надо уже считать, какой расход будет при определеном давлении и определенном сецении дроселя. А как мы это сечение узнаем? Либо нужен какой-то оттарированный дроссель, либо ставить жиклер с конкретным диаметром проходного отверстия - как в карбюраторах сделано. В узких пределах подрегулировать расход можно меняя давление, в широких - меняя жиклеры.
Но даже тут количество водорода - величина чисто расчетная. реальное его количество надо замерять отдельно - счетчиком расхода. Это если нужно точно. Ну либо косвенно - по результатам эксперимента, добавлять/убавлять. Причем имейте ввиду - расход зависит от температуры, не сильно - но вам может быть критично.
Ну и для точного соотноения нужно знать не только количество водорода, а и количетсво пара :)
Да вот и я механик, и все эти газы, жидкости и прочие выделения для меня темнота с лохматыми краями)
Ну а регулируемый дроссель - это не то же самое, что и вентиль, например, какой-нить игольчатый..
Да, давление до дросселя мне неважно, главное, чтобы после него дальше по трубам текло больше 2,5 МПа
Соотношение водорода к пару мне не известно, ровно как и количество самого пара, но цифры, прописанные в ТЗ, а конкретнее 100-500 г/ч, взяты не с потолка, а эмпирически выведены умными дядьками из ВТИ, которые в этом, видимо, что-то волокут.. и утверждают, что на какое-то количество пара, необходимо вот столько водорода..
Насколько точно его нужно дозировать, мне пока не известно.. хотя, не спорю, это очень важно..
А узнать расход после дросселя не сложно.. на рынке представлено огромное множество расходомеров, один из которых я и отобразил на своей схеме где-то там выше =)
А, точно! Тогда не парьтесь - так и делайте, редуктор-дроссель-расходомер. Нюансы при испытаниях вылезут, заранее не узнаем)))
Редуктор вроде как давление и поддерживает: если дроссель прикрутить, поток уменьшится, давлени е поппробует возрасти - но у нас же редуктор, он закроется, давление опять уменьшится (газ-то вытекает через дроссель) и потом редуктор опять откроется. Так он и работает - при большем давлении закрывается, при меньшем открывается...
Уже три человека ЗА.. осталось только добиться расположения @Dometer, чтобы окончательно убедиться в правильности выбранного решения :)
Цитата: Tsiwik от 02.04.14, 09:51:13
Водород подается в камеру смешивания и там смешивается с перегретым паром. Давление пара - 2,5 МПа.. следовательно, водород туда должен поступить несколько большего давления, чем пар..
Да, давление до дросселя мне неважно, главное, чтобы после него дальше по трубам текло больше 2,5 МПа
Соотношение водорода к пару мне не известно, ровно как и количество самого пара, но цифры, прописанные в ТЗ, а конкретнее 100-500 г/ч, взяты не с потолка, а эмпирически выведены умными дядьками из ВТИ, которые в этом, видимо, что-то волокут.. и утверждают, что на какое-то количество пара, необходимо вот столько водорода..
Странные "дядьки". Может быть их интересует температура подаваемого в смесительную камеру водорода ? А то потом (когда установку уже соберут и покрасят) вдруг вспомнят...
Но главное, что топикстартер маленько запоздало огласил первопричину этих 2,7 MPa. Если-бы давление требовалось для подачи в какое-то сопло,
после которорого 0,1 MPa (или побольше, но значительно меньше входного), то регулятор давления имел бы существенный смысл (а вентиль-клапан - никакого смысла - расход задавался-бы соплом, и его можно регулировать только изменением давления на входе, т.е. "подкрутками" регулятора).
Но оказывается, давление задаётся давлением в [большой (относительно проходного сечения)] смесительной камере. В таком случае регулятор давления как-бы и не очень нужен. "Чуть побольше 25 MPa" возникнет само - в точном соответствии с заданным [дросселем] расходом.
Регулятор давления нужен только для того, чтобы не подкручивать дроссель каждые 5 минут, компенсируя падёж давления в баллоне (особенно когда H2 на исходе).
Таким образом представленная схема работает (ибо главное у ней - кран). Но не мешало-бы предусмотреть возможность двух проблем:
1.
Цитата: Tsiwik от 02.04.14, 09:51:13
Мониторинг рынка редукторов, как отечественных, так и зарубежных, показывает, что, при таком выходном давлении, расход будет раз эдак 10 выше..
Поскольку редуктор - механическое устройство, то на малых расходах может возникнуть колебательный процесс. Поэтому желательно иметь буферную ёмкость перед дросселем.
[И, рассматривая регуляторы давления, надо не забывать, что не абы какие нужны, но
для водорода].
2.
При дросселировании возможны какие-то температурные явления, связанные с поведением реальных газов. Не пытался заглядывать в справочники (может быть, что водород при упомянутых давлениях не имеет заметных отклонений от идеального газа), но, возможно, что температура выходящего водорода будет зависеть от остаточного давления в баллоне. И, даже если "умным дядькам" пофиг на температуру водорода, подмешиваемого к пару, от неё будет зависеть расход через дроссель. Или просто чего-нибудь замёрзнет, натечёт конденсат, что-то заржавеет, а потом взорвётся... Рекомендую водород после регулятора давления пропустить через змеевик-теплообменник. Либо можно (и с точки зрения эргономики лучше) использовать в качестве теплообменника упомянутую бустерную ёмкость. Надо только предусмотреть, чтобы оная ёмкость не просто тройником к трубе присоединилясь, но засунуть внутрь ёмкости тонкую трубку ближе ко дну (по ней газ подавать, а отдавать через горловину), чтобы газ перемешивался.
Как вариант, можно "сэкономить" на дроссельном кране - земенить его просто жиклёром. А расход регулировать заданием чуть большего или меньшего давления (эксперименты с малыми расходами лучше делать ближе к опустошению баллона).
Каково давление водорода в баллоне в состоянии поставки?
Не окажется ли целесообразным для опустошения баллона использование схемы "баллон-редуктор-накопитель-компрессор с управляемым приводом-датчик расхода"? Ещё один датчик расхода на подаче пара. И контроллер, связывающий датчики расхода с управляемым приводом компрессора.
Ну баллон стандартный, по ГОСТ 949-73.. ну сколько там.. 15 МПа, или 19,6 МПа.. в зависимости от длины.. не суть, пусть будет большой баллон на 40 литров и с давлением 19,6 МПа..
А идея с компрессором, или, как его модно называть, газовым бустером, мне пришла тоже сразу.. этот вариант оставлю пока на потом, а сейчас вот что получилось: :)
Всё конечно красиво...
Но, вы хотите получить подробную консультацию для выполнения конкретного изделия, не раскрывая, ни назначения, ни характеристик...
Думается, если вы опишите полный технологический процесс где применяется данное изделие, то ...
Это будет не кот в мешке...
И можно будет говорить предметно без ущербности (ущемления, унижения собеседника) одной из сторон...
Я конечно понимаю, что все здесь очень матерые специалисты, начитанные, технически грамотные, красивые и умные..
Но вопрос изначально был теоретическим, а не практическим.. То, какую мне конкретную задачу нужно решить - это уже дело второе..
Я люблю этот форум, но, как и на всяком форуме, обсуждения тут заканчиваются примерно одинаково :)
ТС: Мне нужно вкрутить лампочку, но она высоко, а я - низкий.. Что делать? Помогите.. боюсь темноты..
юзер1: Логичнее всего было бы встать на что-нить.. имхо
юзер2: Все верно, встань на табурет!
юзер3: Да какой табуер, это уже прошлый век, так давно никто не делает, вставай на стул!
юзер4: тс неполностью описал все сопутствующие условия, как высоко лампочка? какая ему нужна мощность? какого он роста, и ваще.. какого размера комната? скольки этажный дом? географические координаты и высота над уровнем моря?..
юзер5: возьмите и зажгите свечку, это экономически выгоднее, теплее и уютнее
юзер6: а зачем вам ваще вкручивать лампочку?
etc..
да, да, да, мне нечего делать под вечер в пятницу)
Прошу прощения, если что не так... :shu:
Цитата: Dometer от 03.04.14, 04:42:58
...
При дросселировании возможны какие-то температурные явления, связанные с поведением реальных газов. Не пытался заглядывать в справочники (может быть, что водород при упомянутых давлениях не имеет заметных отклонений от идеального газа), но, возможно, что температура выходящего водорода будет зависеть от остаточного давления в баллоне.
...
Нашёл время заглянуть в справочники:
"У большинства газов температура инверсии эффекта Джоуля-Томсона заметно выше комнатной. Поэтому обычно наблюдается охлаждение газа. А вот для водорода это 205°К, или - 68°С, и он при нормальных условиях нагревается. Поэтому крайне опасно возникновение трещин в водородных баллонах и проводящих водород трубах. Просачивание газа через трещины или маленькие дырочки - тот же процесс Джоуля-Томсона, и в результате нагрева водород может воспламениться, а то и взорваться."
Надеюсь, что топикстартер воспримет это за теорию, а не как посягательство на практику.
т.е. водород не как обычный газ, водород при расширении в атмосферу нагреватеся, причем значительно? о как :o
Я бы попробовал такую схему.
1. В начале работы все 3дросселя Д1-3 закрыты.
2. Регулируем редукторами Р1 и Р2 на, например, 50 бар на выходе. Это лучше делать по отдельным образцовым, манометрам М1 и М2 соответствующих условиям эксплуатации исполнениям. Боюсь, что точности штатных манометров на редукторах не хватит.
3. Поочередно открываем дроссели Д1 и Д2 на полную. Смотрим, как в ресивере давление становится также 50 бар (показания манометра М3) и думаем, что смесь пара и водорода в нём уже присутствует. Правда, концентраций этих компонентов мы пока не знаем.
4. Редуктором Р3 выставляем давление на выходе 27 бар (манометр М4).
5. Немного открываем Д3 и смотрим на показания расходомеров Q1-3, теперь на них должны появиться некие значения более - менее стабильные.
6. Если показания Q2 уже в нужном диапазоне (100-500 г/ч), а Q3 достаточен (по словам дядек из НИИ), то видимо, уже можно начинать исследования по существу.
7. Если Q2 не в пределах 100-500 г/ч, а больше, то немного прикрываем Д2 и загоняем показания Q2 в пределы. Значения Q3 при этом, должны несколько упасть. Падение компенсируем дополнительным открытием дросселя Д3.
8. Если же Q2- меньше необходимого диапазона, то прикрываем Д1, и загоняем показания Q2 в пределы. Значения Q3 при этом, также должны несколько упасть.
... и т.д.
Основные трудности в подборе оборудования. Расходомер Q3 должен измерять двухкомпонентный продукт. С паром будут заморочки у исследователей ( но это придется учитывать при конструировании установки), т.к. его свойства будут значительно меняться при прохождении пути от источника до выхода в смеси с водородом.
Часть массовой доли пара на выходе из стенда не появится, т.к. конденсатом выпадет в измерительном тракте. Для учета этих потерь, видимо, потребуется измерение прироста количества сконденсировавшейся воды во время некоторого периода времени с установившимся процессом (добиться некоей монотонности графика). А в дальнейшем учитывать эту поправку, чтобы приблизиться к абсолютным величинам необходимых концентраций.
Можно почитать такой документ для общего и частного развития. Там есть рекомендации по конструированию измерительного тракта для пара, ссылки на необходимую документацию и много чего ещё, что может пригодиться на будущее. Так как установка является исследовательской, то думаю, что без некоторого погружения в метрологические дебри не обойдется.
ГОСТ 8.563.2-97. ГСИ. Измерение расхода и количества жидкостей и газов методом переменного перепада давления. Методика выполнения измерений с помощью сужающих устройств.
Добрый день,
Ваша задача имеет отношение к течению многофазных сред - что автоматически ИСКЛЮЧАЕТ существование каких-то волшебных формул и методик
метод научного тыка и пр. "инструментарий" совершенно точно Вам не помогут!
Если эта задача имеет финансирование - можно подумать как её решить.
С уважением и надеждой на понимание
Цитата: Valery-Moscow от 22.04.14, 14:21:37
Ваша задача имеет отношение...
А
Valery-Moskow, стало быть имеет отношения к решениям задач течения многофазных сред (ну типа электрик конторы, которая имеет суперкомьютер, который порой решает задачи течения многофазных сред).
Цитироватьк течению многофазных сред -
Топик-стартер упомянул перегретый пар, что не подразумевает конденсации и многофазности
Цитироватьчто автоматически ИСКЛЮЧАЕТ существование каких-то волшебных формул и методик
метод научного тыка и пр. "инструментарий" совершенно точно Вам не помогут!
Помница ещё до открытия Америки люди умудрялись плавить чугун, и даже не ведали, что вторгались в задачи многофазных сред, но нагло пользовались волшебными формулами, научным тыком и прочими методиками запрещённого "инструментария".
ЦитироватьЕсли эта задача имеет финансирование - можно подумать как её решить.
Можно подумать, что вы её (и вообще любые практические задачи) решите - без веры в научный тык и без владения пр. "инструментарием".
да, мы решаем широкий класс задач в области гидро-газодинамики, на пример вот такие:
• Теплообменники (газовые, жидкостные, двухфазные): определение
эффективности оребрения и др. форм развитой поверхности теплообмена
(сопряженный теплообмен), тепло-гидродинамический анализ сложных
пространственных конфигураций теплообменных элементов и оборудования;
• Запорная и трубопроводная арматура (краны, задвижки, фитинги): определение
гидравлических потерь и нагрузок (в том числе - нестационарных), нестационарные
тепловые поля, оценка износа стенок и налипания частиц в двухфазных течениях;
• Реакторы (объемные, каталитические, смесители): моделирование
многокомпонентных гомогенных и гетерогенных химических реакций с учетом
тепловыделения и газо-гидродинамических процессов при наличии дисперсных фаз
в сложных трехмерных конфигурациях и в засыпках;
• Сепараторы (газо - жидкостные, пылеотделители, жидкость-жидкость):
моделирование переноса дисперсной фазы (в том числе - при сопоставимых
объемных
концентрациях) с учетом сложного характера взаимодействия частиц со стенками
конструкции, определение эффективности процесса и влияющих на нее критических
мест.
• Насосы и компрессоры (осевые, центробежные, поршневые и др.):
определение коэффициента полезного действия, уровня пульсаций, тепловые
режимы, обнаружение проблемных мест в тракте и межлопаточных каналах;
• Горелки (газовые, жидкостные, угольные): определение формы факела,
эффективности теплопередачи и концентрации продуктов реакции (включая NOx)
для произвольных геометрических форм, анализ перемешивания, распыления и
испарения топлив, выделения и горения летучих компонентов, гетерогенных реакций
и сгорания кокса с учетом лучистого теплообмена;