Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Измерение расхода жидкости в информационно-измерительных системах водоснабжения 15
1.1 Расходомеры объема и массы жидкости 17
1.2 Ультразвуковые системы определения расхода 23
1.3 Погрешности и цифровая обработка сигналов в ультразвуковых расходомерах 41
Глава 2. Способ измерения профиля скорости потока жидкости на основе спектрального анализа импульсных сигналов 51
2.1 Постановка задачи и моделирование ультразвукового поля в неоднородном потоке жидкости 52
2.2 Восстановление профиля скорости потока жидкости по спектрам ультразвукового сигнала 63
2.3 Ультразвуковое устройство определения профиля скорости потока и расхода жидкости 77
2.4 Погрешности определения расхода с учетом профиля скорости потока 82
2.5 Основные результаты и выводы 84
Глава 3. Способ измерения расхода жидкости при помощи спектрального анализа доплеровских ультразвуковых сигналов 86
3.1 Постановка задачи и численное моделирование доплеровских сигналов и экспериментальных измерений 87
3.2 Анализ спектров ультразвуковых сигналов при рассеянии на фазовых включениях в потоке жидкости 96
3.3 Доплеровский ультразвуковой расходомер открытых трубопроводов 100
3.4 Доплеровский ультразвуковой расходомер напорных трубопроводов: уменьшение случайной погрешности при цифровой обработке сигналов 102
3.5 Оценка составляющих погрешности доплеровских расходомеров 104
3.6 Основные результаты и выводы 108
Глава 4. Информационно-измерительная система водоснабжения на основе ультразвуковой расходометрии 110
4.1 Структура системы 110
4.2 Коммерческие узлы учета энергоресурсов и воды 112
4.3 Комплекс технического контроля трубопровода 114
4.4 Узлы управления и технологического учета 115
4.5 Выводы и результаты 121
Заключение 123
Библиографический список 125
Приложения 139
- Ультразвуковые системы определения расхода
- Восстановление профиля скорости потока жидкости по спектрам ультразвукового сигнала
- Анализ спектров ультразвуковых сигналов при рассеянии на фазовых включениях в потоке жидкости
- Коммерческие узлы учета энергоресурсов и воды
Введение к работе
Актуальность. Энергосбережение, энергоэффективность, оптимальное использование производственных мощностей и природных ресурсов стали ключевыми направлениями развития современного промышленного предприятия. Один из способов повышения энергоэффективности предприятия – создание информационно-измерительных систем (ИИС) водоснабжения. Сегодня такие системы стали особенно актуальны, так как, с одной стороны, быстро нарастает усложнение инженерных систем, что делает необходимым их интеграцию, с другой стороны, удорожание энергоресурсов обостряет потребность в энергосберегающих технологиях. Создание ИИС позволяет экономить энергоресурсы за счет их более эффективного использования на основе достоверной и оперативной информации, быстрого обнаружения и локализации аварийных ситуаций. Основой ИИС водоснабжения являются датчики расхода воды и теплоносителя. Существует несколько методов определения расхода жидкости: электромагнитные, вихревые, ультразвуковые и т.д. (В.М. Ильинский, А.Ш. Киясбели, П.П. Кремлевский).
Для труб среднего и большого диаметра предпочтительно применение ультразвуковых расходомеров, основными достоинствами которых являются отсутствие гидравлического сопротивления, помехозащищенность, быстродействие.
Существуют три основные методики определения расхода жидкости при помощи ультразвука: времяимпульсный метод, доплеровские измерения, метод сноса ультразвукового сигнала (корреляционный). Наибольшее распространение получили времяимпульсный метод и доплеровские измерения.
Возможности уменьшения погрешности измерения временных интервалов (времяимпульсные расходомеры) и частотного сдвига (доплеровские расходомеры) на сегодняшний момент практически исчерпаны. С другой стороны, погрешность измерения расхода жидкости определяется гидродинамическими характеристиками потока (профиль скорости потока, состояние стенок трубопровода, параметры фазовых включений). Эти параметры априорно задаются при вычислении расхода полуэмпирическими формулами, часто – со значительными методическими погрешностями.
Поэтому цифровая спектральная обработка ультразвуковых сигналов с использованием современных быстродействующих микропроцессорных средств, позволяющая оценить эти гидродинамические параметры, дает возможность уменьшить погрешность измерения расхода жидкости. Применение спектрального метода позволяет расширить функциональные возможности ультразвуковых расходомеров и определить расход жидкости в частично заполненных трубопроводах и каналах. Использование комплекса ультразвуковых расходомеров дает возможность создать высокоэффективную автоматизированную информационно-измерительную систему водоснабжения на современном предприятии и, соответственно, повысить энергоэффективность предприятия.
Таким образом, разработка новых способов обработки сигналов в ультразвуковой расходометрии и их применение в комплексах водоснабжения позволяет расширить функциональные возможности и уменьшить погрешность ультразвуковых расходомеров, что определяет актуальность диссертационной работы.
Объектом исследования являются ультразвуковые расходометры в составе информационно-измерительной системы водоснабжения промышленного предприятия.
Предметом исследования являются способы обработки сигналов ультразвуковых расходомеров жидкости напорных и открытых трубопроводов.
Целью работы является расширение функциональных возможностей и уменьшение погрешности ультразвуковых расходомеров.
Научная задача заключается в разработке новых способов обработки сигналов ультразвуковых расходомеров напорных и открытых трубопроводов.
Решение поставленной задачи проводилось по следующим основным направлениям:
-
Теоретический анализ распространения ультразвуковых сигналов в волноводе, образуемого стенками трубопровода, и разработка методики восстановления профиля скорости потока жидкости по модовой структуре волнового поля. Разработка схемы ультразвукового расходомера, позволяющего на основе цифровой обработки ультразвуковых сигналов спектральным методом восстанавливать профиль скорости потока жидкости.
-
Разработка способа ультразвукового контроля открытого потока жидкости при доплеровских ультразвуковых измерениях. Разработка схемы ультразвукового доплеровского расходомера с уменьшенной случайной погрешностью измерения расхода жидкости в трубопроводе.
-
Определение принципов построения эффективной информационно-измерительной системы водоснабжения на базе комплекса ультразвуковых расходомеров.
Методы исследования. При решении поставленных задач использовались методы математической физики, математическое моделирование и цифровая обработка сигналов, теория автоматического управления и теория измерений.
Экспериментальные исследования проводились при помощи современных цифровых средств измерения. При обработке результатов экспериментальных и теоретических исследований широко применялось современное программное обеспечение.
Достоверность полученных результатов определялась параллельными расчетами различными методами и сравнением теоретических результатов с экспериментальными данными.
Научная новизна и теоретическая значимость работы определяется следующими основными результатами, полученными автором лично:
-
Разработан способ контроля профиля скорости потока в трубопроводе по модовой структуре ультразвукового сигнала.
-
Показано, что спектральная обработка сигналов в ультразвуковой расходометрии позволяет учитывать характеристики фазовых включений, профиль скорости потока жидкости, уменьшить случайную погрешность определения расхода жидкости, определить расход жидкости в частично заполненных трубопроводах.
-
Показано, что спектральная обработка сигналов в ультразвуковых расходомерах позволяет существенно расширить функциональные возможности и уменьшить погрешность информационно-измерительной системы водоснабжения.
Практическая ценность
-
Предложена принципиальная схема ультразвукового устройства, позволяющего наряду с интегрированным расходом контролировать профиль скорости потока жидкости в трубопроводе. Это дает возможность увеличить точность измерения расхода и предложить методику технологического контроля стенок трубопровода и параметров жидкости.
-
Предложенная схема доплеровского контроля с использованием спектрального анализа ультразвуковых сигналов позволит уменьшить статистическую погрешность измерения расхода, расширить рабочий диапазон измерения расхода жидкости и определять расход в частично заполненных трубопроводах и каналах.
-
Предложены принципы построения эффективной информационно-измерительной системы водоснабжения на базе комплекса ультразвуковых расходомеров, которые позволяют повысить энергоэффективность предприятия.
Реализация результатов работы. Результаты работы использованы при построении информационно-измерительной системы водотеплоснабжения и учета энергоресурсов ОАО «Чебоксарский агрегатный завод», что подтверждено соответствующим актом.
Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы обсуждались на Российском национальном симпозиуме по энергетике, г. Казань, 2001 г.; IV и V Всероссийских научных конференциях «Динамика нелинейных и дискретных систем», г. Чебоксары, 2001, 2003 г.; IV и V Всероссийских научных конференциях «Информационные технологии в электротехнике и электроэнергетике», г. Чебоксары, 2002, 2004 г.; XII Научной школе «Нелинейные волновые процессы 2004», г. Нижний Новгород, 2004 г.; Всероссийской научной конференции «Информационные технологии в науке, образовании и производстве», г. Казань, 2007 г.
Публикации. По результатам исследований опубликовано 19 научных работ, из них три статьи в изданиях, рекомендованных ВАК РФ. На предложенные технические решения получен патент на полезную модель РФ.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка цитируемой литературы (158 наименований), приложений и изложена на 144 страницах машинописного текста, содержит 3 таблицы и 48 рисунков. Приложения к диссертации представлены на 4 страницах.
Основные положения, выносимые на защиту
-
Способ измерения профиля скорости потока жидкости на основе спектрального анализа импульсных сигналов, схема соответствующего устройства, которое может использоваться как ультразвуковой расходомер, так и для технологического контроля состояния трубопровода и свойств жидкости.
-
Способ ультразвукового контроля открытого потока жидкости на базе спектрального анализа доплеровских ультразвуковых сигналов, позволяющий осуществлять контроль расхода в частично заполненных трубопроводах и уменьшить случайную погрешность доплеровских расходомеров напорных трубопроводов.
-
Принципы построения информационно-измерительных систем водоснабжения на базе комплекса ультразвуковых расходомеров, которые позволяют повысить энергоэффективность предприятия и экономить природные ресурсы.
Ультразвуковые системы определения расхода
Для контроля расхода и учета воды и теплоносителя с 60-х годов прошлого века в промышленности применяются ультразвуковые расходомеры. Неоспоримые достоинства ультразвуковых расходомеров: малое или полное отсутствие гидравлического сопротивления, надежность (так как нет подвижных механических элементов), высокая точность, быстродействие, помехозащищенность — определили их широкое распространение.
Расходомеры для напорных трубопроводов. Существуют три основные методики определения расхода жидкости при помощи ультразвука: времяимпульсный метод, доплеровские измерения, метод сноса ультразвукового сигнала (корреляционный). Времяимпульсный метод — очень распространен, прост по сути, но сложен в реализации, так как требуется измерять с высокой точностью малые промежутки времени. Доплеровские измерения просты в реализации, но обладают меньшей точностью, зависят от характеристик жидкости и наличия фазовых включений для отражения ультразвукового сигнала [1].
Ультразвуковые время-импульсные расходомеры. Времяимпульсный метод основан на разности скоростей распространения ультразвуковых (УЗ) колебаний вдоль направления движения потока жидкости и навстречу ему. УЗ колебания, проходящие сквозь среду в направлении движения потока, достигают приемника быстрее, чем УЗ колебания, проходящие сквозь среду навстречу движению потока [156]. Измеряя разницу скоростей распространения УЗ колебаний вдоль направления движения потока и навстречу потоку жидкости, можно определить скорость движения жидкой среды и вычислить ее расход. Данный метод получил в последние годы наиболее широкое распространение.
Принцип работы времяимпульсных ультразвуковых расходомеров показан на рисунке 1.1. Возбуждение импульсов производится пьезоэлектрическими преобразователями (ПЭП), устанавливаемыми на измерительном участке трубопровода, в котором производится измерение расхода жидкости.
Участок трубопровода с установленными на нем ПЭШ И ПЭП2 образует первичный ультразвуковой преобразователь расхода (УПР). ПЭП 1 и ПЭП 2 работают попеременно в режиме приемник-излучатель и обеспечивают излучение в жидкость и прием из нее ультразвуковых импульсов под углом к оси трубопровода. Движение жидкости вызывает изменение времени полного распространения ультразвуковых сигналов по потоку и против него.
Устройство, содержащее электронные узлы формирования и преобразования ультразвуковых импульсов, вычисления расхода, объема и вывода на основе измеренных времен распространения ультразвуковых импульсов, образует вторичный преобразователь — электронный блок (ЭБ). Вычисление расхода Q в ЭБ осуществляется по формулам с учетом (1.6) и (1.7).
Первичный преобразователь расхода УПР представляет собой отрезок стальной трубы в средней зоне которой, напротив друг друга, под углом приварены два держателя ПЭП. Пределы допускаемых относительных погрешностей расходомеров при измерении расхода и объема, приведены в таблице 1.2 (данные для расходомера-счетчика US800).
В настоящее время расходомеры, построенные на времяимпульсном принципе, составляют основную часть ультразвуковых расходомеров жидкости. Это обусловлено их высокой точностью в широком диапазоне изменения расходов любых звукопроводящих сред с низким содержанием (порядка 1—3%) газообразных и твердых включений, малой инерционностью (0,1-1 с), возможностью измерения расхода пульсирующих и импульсных потоков, высокой чувствительностью к изменению скорости потока (1-2 мм/с). Поскольку излучение УЗ колебаний происходит короткими импульсами, длительность которых на 2-3 порядка меньше периода их повторения, появляется возможность вкладывать в каждый акустический импульс достаточно высокий уровень энергии при относительно небольшой средней мощности, затрачиваемой на излучение УЗ колебаний (энергопотребление у времяимпульсных расходомеров примерно в 2-4 раза ниже, чем у расходомеров с использованием эффекта Доплера). Последнее имеет существенное значение при вводе акустических колебаний в поток жидкости непосредственно через стенку трубопровода, так как большое различие акустических сопротивлений контролируемой среды и материала трубопровода обусловливает низкий КПД передачи энергии УЗ колебаний.
Наиболее известными приборами, реализующими времяимпульсный метод измерений расхода жидкости, являются расходомеры PORTAFLOW MKIIR (MICRONICS, Великобритания), РТ 868 (PANAMETRICS, Ирландия), LT860 (KROHNE, Германия), UFM001, US800 (Россия).
Расходомер содержит два накладных (прикрепляемых к наружной поверхности трубопровода) первичных преобразователя (ПП) с соединительными кабелями, процессорный блок (ПБ) и блок питания (БП) с цифровым отсчетным устройством (дисплеем).
Восстановление профиля скорости потока жидкости по спектрам ультразвукового сигнала
Спектр ультразвукового сигнала в неоднородном волноводе, образуемом потоком жидкости. На границе раздела двух сред (потока жидкости и стенки) должны выполняться кинематическое условие, состоящее в равенстве нормальных смещений частиц, прилегающих к границе со стороны первой и второй среды, и динамическое условие, состоящее в равенстве действующих на границы сил со стороны обеих сред.
Расчеты и экспериментальные измерения проводились при импульсном возбуждении ультразвуковых сигналов. Характерная форма используемого при расчетах ультразвукового импульса и его спектр представлены на рисунке 2.3. Они соответствуют импульсному возбуждению пьезоэлектрического ультразвукового преобразователя с резонансной частотой 1,4 МГц.
На рисунке 2.4 показана форма спектров, прошедших через волновод ультразвуковых сигналов для толщины волновода 1,6 мм (1) и 5 мм (2) в отсутствии потока. Как видно из рисунка, в спектре сигналов проявляются несколько локальных максимумов, каждый из которых соответствует интерференции захваченных в волновод мод.
Для толщины волновода 1,6 мм в спектре на рисунке 2.4 можно выделить локальные максимумы, соответствующие первым двум-трем, распространяющимся в волноводе, модам. С увеличением толщины волновода (спектр 2 на рисунке 2.4) локальные максимумы становятся менее выраженными, поскольку интерференционная картина формируется значительно большим числом мод, распространяющихся в волноводе. Затухание ультразвуковых волн в волноводе может быть обусловлено двумя причинами, а именно - «просачиванием» высших мод через границы волновода и диссипацией за счет вязкости жидкости. Во втором случае волновое число представляет собой комплексную величину (2.35)
Как видно из рисунка, учет вязких потерь приводит к срезанию высокочастотных мод и смещению энергии сигнала в низкочастотную часть спектра.
При наличии потока локальные максимумы в спектрах ультразвуковых сигналов меняют свое положение в соответствии со скоростью и профилем потока. На рисунке 2.6 показаны спектры сигналов в волноводе толщиной 1,6 мм при скорости потока на оси волновода 0,5 м/с.
При этом взаимное положение локальных максимумов зависит от профиля скорости потока. На рисунке 2.7 показаны спектры ультразвуковых сигналов при скорости потока на оси волновода 0,5 м/с (1) и 1м/с (2). При этом профиль потока меняется в соответствии с формулой (2.36).
Таким образом, по положению локальных максимумов в спектре ультразвуковых сигналов могут быть получены значения постоянных распространения для первых 2-3 мод, «захваченных» волноводом.
Возможность выделения локальных максимумов в спектре ультразвуковых сигналов показана нами экспериментально. В соответствии со схемой (рисунок 2.2), возбуждение звука в волноводе, образуемом помещенными в воду стальными образцами, производилось резонансными полуволновыми пьезоэлектрическими преобразователями частотой / «1,4 МГц.
В центральной части волновода исходный и восстановленный профиль скорости потока хорошо согласуются. Расхождения наблюдаются в приграничной области. Если при восстановлении профиля скорости потока использовать аппроксимацию по формуле (2.36) и граничные условия в виде скачка акустического импеданса на границе волновода, то точность восстановления может быть значительно повышена. Погрешность восстановления в основном определяется, по-видимому, точностью определения постоянных распространения.
Если для восстановления профиля использовать собственные значения постоянных распространения для пяти мод, то точность восстановления может быть значительно повышена и появится возможность восстанавливать профиля не параболической формы при больших числах Рейнольдса.
Таким образом, профиль скорости потока жидкости может быть восстановлен по спектральной структуре распространяющегося вдоль потока ультразвукового сигнала. Локальные максимумы ультразвукового сигнала, соответствующие интерференции между модами, позволяют получить значения постоянных распространения. По набору постоянных распространения может быть реконструирован профиль скорости потока жидкости с точностью не ниже единиц процентов.
Прошедший в неоднородном потоке сигнал, как было показано выше, может быть представлен в виде суммы мод, каждая из которых имеет собственную скорость распространения. Если расстояние между ультразвуковыми пьезоэлектрическими преобразователями (УЗП, рисунок 2.11) много больше длины ультразвуковой волны, то давление на приемном преобразователе описывается формулой (2.38).
Как было показано в предыдущем параграфе, для параболического профиля потока V(z) спектр сигнала S(f) на приемном преобразователе существенно отличается от спектра входного сигнала.
Если излучающий преобразователь возбуждается последовательностью прямоугольных импульсов (вид сигнала и линейчатый спектр такого сигнала показаны на рисунке 2.12), то система излучатель-волновод-приемник может рассматриваться как фильтр, амплитудно-частотная характеристика которого соответствует спектру одиночного импульса, прошедшего через такую систему. В этом случае изменение скважности и частоты повторения импульсов существенно меняет коэффициент передачи К (отношение выходной к входной мощности) системы излучатель-волновод-приемник.
Рисунок 2.13 - Зависимости коэффициента передачи от скважности А и частоты /следования импульсов: (а) - скорость потока - 0,25м/с, (б) - 1 м/с
На рисунке 2.13 показаны примеры зависимости коэффициента передачи от скважности А и частоты /следования импульсов. Как видно из рисунка, зависимости имеют явно выраженные максимумы, положение которых определяется соотношениями между собственными значениями мод и, соответственно, профилем потока. Выделение этих максимумов может проводиться по функциональной схеме на рисунке 2.11. Сигналы с генератора прямоугольных сигналов (Г), параметры которых (/ и А) задаются микропроцессорным блоком (МПБ), через усилитель (У1) поступают на ультразвуковой преобразователь (УЗП1). Излучаемые импульсы принимаются приемным преобразователем (УЗП2) и после усилителя (У2) попадают на детектор (Д), где производится выделение амплитуды сигнала, величина которой поступает в МПБ для последующего определения положения локальных максимумов сигнала.
Таким образом, предложенная схема измерений и обработки ультразвуковых сигналов может использоваться для создания универсального ультразвукового расходомера, контролирующего профиль потока. Кроме того, измерения хотя бы для двух различных скоростей потока и последующая аппроксимация полученных данных позволяют получить соотношения между вязкостью и плотностью жидкости.
Анализ спектров ультразвуковых сигналов при рассеянии на фазовых включениях в потоке жидкости
Как видно из рисунка 3.11, экспериментальные и теоретические зависимости хорошо согласуются при большем расходе воды и значительно расходятся при малых скоростях потока. По-видимому, расхождение полученных данных на рисунке 3.11 может быть связано с капиллярными эффектами и «прилипанием» воздушных пузырьков к стенкам лотка. Поскольку рассеяние на движущихся фазовых включениях дает основной вклад в доплеровский сигнал, их замедление, из-за взаимодействия со стенками лотка, может объяснить расхождение экспериментальных и теоретических данных.
Зависимости средневзвешенной частоты fcp (кривые 2, 4) и ширины спектра А/ (1, 3) от расхода при двух значениях концентрации включений На рисунке 3.12 показаны расчетные зависимости средневзвешенной частоты fcp (кривые 2, 4) и ширины спектра А/ (1,3) от расхода при двух значениях концентрации включений. Как видно из рисунка, эти зависимости нелинейны. Доплеровский сдвиг и ширина доплеровского спектра меняются в зависимости от расхода непропорционально.
При большой скорости потока, зависимости для К насыщаются, т. е. отношение ширины А/" к среднему доплеровскому сдвигу / не меняется. Это может иметь следующее объяснение. При прохождении отдельных включений через ультразвуковое поле возникает рассеянный сигнал в форме радиоимпульса, частота заполнения которого определяется скоростью движения пузырька, амплитуда — его размерами, а длительность огибающей — временем прохождения сквозь ограниченную область, облучаемую ультразвуком. При большой скорости потока увеличение частоты заполнения оказывается пропорциональным уменьшению длительности соответствующего импульса огибающей. В результате, расширение спектра за счет уменьшения длительности огибающей соответствует смещению спектра в высокочастотную область за счет увеличения доплеровского сдвига. Вследствие этого величина К не меняется с увеличением расхода.
Таким образом, для повышения точности определения расхода необходимо учитывать амплитудную модуляцию сигналов, связанную с концентрацией включений и временем их прохождения в ультразвуковом поле. Определение отношения К позволяет, таким образом, оценить нижний порог измерения расхода жидкости, при котором концентрация фазовых включений имеет принципиальное значение.
Применение в схеме доплеровского расходомера спектрального анализатора позволяет контролировать изменения уровня и профиля скорости потока за счет анализа доплеровского спектра и его расширения.
Основное отличие открытых потоков от напорных трубопроводов -непостоянный уровень заполнения трубопровода, который необходимо учитывать при расчете расхода. Входной усилитель Генератор сигнала Смеситель 1 Контроллер с спектральным анализатором Фильтр
Принцип действия данного прибора основан изменении частоты сигнала, отраженного "от движущегося объекта. Сигнал известной частоты распространяется в жидкой среде, отражается от движущихся в потоке твердых частиц, пузырьков воздуха, локальных различий в плотностях среды. Отраженный сигнал принимается ультразвуковым преобразователем, который после усиления подается на смеситель, на другой вход которого подается исходный сигнал от генератора. Сигнал с выхода смесителя через низкочастотный фильтр и промежуточный усилитель подается на АЦП, где он преобразовывается в цифровую форму и анализируется контроллером. Контроллер по формуле (3.9) определяет спектральную характеристику — средневзвешенную частоту f .
Традиционно в доплеровских ультразвуковых расходомерах частотный сдвиг оценивается по числу перехода сигнала через ноль за время измерения. При этом амплитудная модуляция сигнала и, соответственно, форма доплеровского спектра не учитывается.
Это приводит к систематическим ошибкам, поскольку профиль потока и концентрация включений в практических задачах могут оказывать существенное влияние на результат измерений. Оценка доплеровского сдвига по средневзвешенной частоте спектра позволяет учесть амплитудную модуляцию и уменьшить случайную погрешность.
Относительная статистическая погрешность измерения средневзвешенной частоты спектра оказывается в два раза ниже погрешности, полученной традиционным методом, и на рабочих режимах не превышает 2% при длине записи 320 мс.
Таким образом, цифровая обработка доплеровских сигналов с учетом формы спектров позволяет оценить влияние профиля потока и амплитудной модуляции сигналов, зависящей от параметров фазовых включений, уменьшить случайную погрешность в задачах в ультразвуковой расходометрии.
Коммерческие узлы учета энергоресурсов и воды
Коммерческие узлы учета тепловой энергии и теплоносителя расположены на центральном тепловом пункте (ЦТП) и основных коллекторах сточных вод. Структурная схема коммерческого узла учета показана на рисунке 4.2.
На коммерческом узле учета установлены приборы, внесенные в госреестр как средства измерения и имеющие соответствующий сертификат. Все приборы опломбированы снабжающей организацией.
Учет водных ресурсов (горячей и холодной воды) осуществляется при помощи ультразвуковых расходомеров. Основные достоинства этих приборов -высокая надежность, высокая точность измерения расхода, небольшие габариты и вес, малое гидравлическое сопротивление на измерительных участках. Измерение температуры осуществляется при помощи комплектов термосопротивлений (КТПТР-01). Комплекты термометров предназначены для измерения температуры и разности температур. Измерение давления осуществляется при помощи датчиков давления (КРТ5-1), они применяются для измерения и непрерывного пропорционального преобразования избыточного давления нейтральных к материалам датчика сред (газа, пара, жидкости) в унифицированный выходной сигнал постоянного тока.
Расчет массы потребленной горячей воды и тепловой энергии для нужд теплоснабжения предприятия осуществляется микропроцессорным контроллером (теплорегистратор «Карат-2001»).
Для учета сточных вод в незаполненных трубопроводах предложено использование доплеровской схемы контроля, описанной в третьей главе данной работы. Узлы учета сточных вод расположены на всех коллекторах канализации, идущих с предприятия.
Отличие данной системы от большинства, внедряемых в настоящее время, в полном охвате всего потребления воды, теплоносителя и учете сточных вод. На сегодняшний момент сточные воды определяются расчетным путем (процент от потребления предприятием воды или по нормативам). Данные методы не отражают реального расхода сточных вод. Так как очистка сточных вод - сложный и дорогостоящий процесс, учет сточных вод экономически оправдан и является важным элементом ИИС водо- и теплоснабжения.
При эксплуатации трубопроводов происходит коррозия металла стенок, деформация трубопровода, отложение солей. Возникает необходимость контролировать состояние стенок трубопровода и внутренний диаметр. Это можно делать при помощи ультразвукового устройства определения профиля скорости потока и расхода жидкости, принцип работы которого описан во второй главе данной работы.
Устройство работает следующим образом. При распространении ультразвука вдоль трубопровода сигнал представляет собой суперпозицию нормальных волн (мод), скорость распространения которых зависит от профиля скорости потока. В зависимости от профиля скорости потока интерференция нормальных волн приводит к изменению частотных характеристик ультразвукового сигнала, прошедшего между источником и приемником ультразвука. По характеристикам спектра ультразвукового сигнала восстанавливается профиль скорости потока жидкости.
Ультразвуковое устройство определения профиля скорости потока и расхода жидкости рекомендуется применять в следующих местах: — магистральные трубопроводы горячей воды; — трубопроводы артезианской воды; — трубопроводы неочищенной технической воды. Определение профиля скорости потока жидкости позволяет: — контролировать диаметр трубопровода, что позволяет уменьшить погрешность измерения расхода жидкости; — определять коэффициент шероховатости стенок, что позволяет оценить уровень и характер отложений на стенках трубопровода; — диагностировать на ранних стадиях засор трубопровода; — диагностировать деформацию трубопровода. Ввод в состав ИИС водоснабжения устройства определения профиля скорости потока и расхода жидкости позволит вести оперативный мониторинг трубопроводов системы.
