Введение к работе
Актуальность темы диссертации. Системы измерения расхода находят применение во многих отраслях промышленности медицинской, пищевой, текстильной, машиностроении, металлургии и других. Комплексы определения расхода используются при организации управления и контроля за процессом производства.
Для многих систем определения расхода необходимо применение бесконтактных интегральных методов измерения. Таковыми являются измерительно-вычислительные устройства определения расхода химичетки_активньіх_.жидкостей,, жидкостей с вязкими и. твердыми включениями. Разработка подобных систем осложняется рядом теоретических и практических проблем, связанных с жесткими требованиями, предъявляемыми к измерительному комплексу.
Наиболее распространенным методом решения подобных задач является вариант корреляционного метода, основанный на обработке результатов, полученных без непосредственного контакта датчиков с потоком. При его реализации для получения закона распределения скоростей на поверхности жидкости и интегрального значения поверхностной скорости необходимо сканировать всю поверхность потока. Закон распределения скоростей рассматривается в форме функции модуля продольной составляющей вектора локальной скорости жидкости от расстояния до геометрического центра потока. В этом случае усложняется задача определения дивеации измеренных характеристик поверхности потока, так как поверхностная скорость жидкости изменяется в широких пределах от стен канала к центру потока. На это накладывается фактор изменчивости признаков, характерных для одного и того же участка поверхности жидкости с течением времени.
В настоящее время распространенным является метод измерения параметров жидкости в фиксированной точке потока и дальнейшего пересчета измеренных параметров в интегральный расход по экспериментально полученным таблицам или расчетным соотношениям. Недостатком метода является применение контактирующих с жидкостью датчиков, что снижает надежность измерительной системы. Невысокая точность метода обусловлена множеством трудно учитываемых факторов.
В связи с этим актуальной является разработка
быстродействующей, надежной, отличающейся малым
энергопотреблением и доступной ценой информационной системы определения расхода жидкости в безнапорных сетях, основанной на бесконтактном интегральном способе определения объемного расхода.
Цель работы: разработка ультразвуковой информационной системы
дистанционного определения объемного расхода жидкости в безнапорных сетях, включающая в себя создание структуры и алгоритма функционирования системы, а также методик обработки результатов измерения уровня и поверхностной скорости жидкости для повышения точности определения расхода.
Основные задачи исследований:
1) обоснование бесконтактного метода определения объемного расхода
в безнапорных сетях;
2) разработка способа определения объемного расхода при
..дистанционном измерении уровня и поверхностной скорости
жидкости;
3) разработка методики расчета параметров закона распределения
. скоростей на поверхности жидкости по показаниям бесконтактного
датчика;
-
разработка методики определения объемного расхода , при измерении уровня и поверхностной скорости жидкости;
-
разработка структурного состава системы определения объемного расхода по уровню и скорости жидкости;
6);-разработка опытного образца системы определения объемного
.. расхода жидкости; 7) экспериментальная проверка соответствия предложенных решений поставленным задачам.
Методы исследований. При выполнении работы использовалась методы математической статистики, теории радиолокации, теории звуколокации, теории планирования эксперимента. Для выполнения поставленных задач применялись методы экспериментального исследования с использованием аппаратно-программного комплекса на базе персональной ЭВМ и специально разработанных программных средств, методы синтеза измерительных устройств, методы математического моделирования, численные методы.
Основные результаты работы: :1,разработан критерий оценки параметров определителей расхода, . позволяющий аналитически оценивать параметры измерительных .систем и выбрать бесконтактный метод определения объемного расхода в безнапорных сетях.
-
Разработаны способ и структура системы бесконтактного определения объемного расхода, включающая бесконтактный датчик уровня наполнения лотка, бесконтактный интегральный датчик поверхностной скорости жидкости, вычислитель, производящий обработку результатов измерения с целью получения объемного расхода.
-
Предложена методика расчета параметров закона распределения поверхностной скорости измеряемой жидкости с учетом геометрии
лотка, позволяющая " определять параметры распределения поверхностной скорости по показаниям бесконтактного доплеровского датчика.
{.Разработана методика обработки результатов определения уровня и поверхностной скорости жидкости с целью получения ее объемного расхода.
5. Получены соотношения между наполнением и гидравлическим радиусом, площадью живого сечения, необходимые при определении объемного расхода в лотках наиболее часто встречающихся форм -круглого, прямоугольного, параболического.
5. Разработаны модели структуры датчиков уровня и скорости системы определения объемного расхода, позволяющие повысить точность определения расхода жидкости, по сравнению с рассмотренными методами, без непосредственного контакта датчиков системы с контролируемым потоком.
-
Разработан и прошел успешные испытания опытный образец бесконтактной системы определения расхода.
-
Предложен алгоритм определения признаков аварий в системе безнапорной транспортировки жидкости, позволяющий находить и классифицировать место аварии.
Научная новизна результатов работы:
-
Впервые разработан и реализован бесконтактный способ интегрального определения объемного расхода по измеренным значениям уровня и поверхностной скорости жидкости, позволяющий решить известную задачу новым способом.
-
Разработана новая структура системы определения объемного расхода, позволяющая определять расход жидкости без непосредственного контакта датчиков с потоком.
-
Впервые разработана и подтверждена моделированием методика пересчета измеренных локационным датчиком показаний в значение поверхностной скорости, что позволяет осуществлять определение расхода в открытых каналах бесконтактным интегральным способом. Разработана методика определения параметров закона распределения скоростей на поверхности жидкости, что позволяет за одно измерение получать значение интегральной поверхностной скорости.
-
Создана модель процесса определения параметров жидкости, позволяющая проверить работоспособность метода в различных условиях эксплуатации и выбрать рациональные значения параметров установки системы.
-
Разработанное аппаратное и программное обеспечение позволяет проводить оперативное дистанционное обнаружение и классификацию аварий в безнапорной сети.
Практическая ценность результатов работы:
-
Разработанный критерий оценки параметров определителей расхо; позволяет рационально выбирать измерительную систему соответствии с заданными условиями эксплуатации.
-
Разработанный бесконтактный способ интегрального определена, объемного расхода по измеренным значениям уровня и поверхностно скорости жидкости позволяет повысить точность и быстродействг системы определения расхода.
-
Разработанная структура системы определения объемного расход позволяет повысить долговечность и надежность системы.
-
Разработанная методика определения объемного расхода пр измерении уровня и поверхностной скорости позволяет измерят параметры химически активных жидкостей с включениями, повысит быстродействие по сравнению с аналогичными системами.
-
Разработанная измерительно-информационная система определени маршрута движения диагностической мобильной станции безнапорных канализационных сетях позволяет повысить точност измерений, надежность аппаратуры в безнапорной сети и сократит расходы в следствие уменьшения времени диагностических работ.
-
Разработанная система определения аварийного состояни безнапорной канализационной сети позволяет достичь экономии пр: содержании сети вследствие выявления аварий на ранних стадия: развития.
-
Система определения объемного расхода стотных_^од_позволяв осуществить рациональное управление работой насосных агрегате станций аэрации.
Результаты внедрения. Результаты диссертационной работі использованы при выполнении ОКР "Разработка ультразвуковой определителя расхода сточных вод в безнапорных сетях" Разработанная система внедрена в ПУЭКС ГУП "Водоканал Санкт Петербурга". Макет системы прошел успешные испытания н; центральной станции аэрации г. Санкт-Петербурга и показа^ эффективность заложенных решений.
Апробация работы. Основные положения проведенные исследований докладывались и обсуждались на 8 научно-технические конференциях: "Экстремальная робототехника", "Системы управления конверсия - проблемы" и других.
Публикации. Результаты теоретических и экспериментальные исследований нашли свое отражение в 9 печатных работах. В том числ< патент России на изобретение "Определитель объемного расход; жидкости".
Объем и структура диссертации. Работа состоит из введения четырех разделов, заключения и списка литературы. Основная часті
работы изложена на 149 страницах машинописного текста. Работа содержит 7 таблиц, 43 рисунка, 5 приложений. Список литературы включает 93 наименования.
