Содержание к диссертации
Введение
1 . Анализ существующих методов измерения расхода топлива 9
1.1. Объёмный метод 11
1.2. Скоростной метод 16
1.3. Дроссельный метод 26
1.4. Индукционный и ультразвуковой методы 34
1.4.1. Ультразвуковой метод 34
1.4.2. Индукционный метод 38
1.5.Сравнительный анализ методов, формулировка цели и задач исследования 40
Выводы по главе 49
2. Теоретико-экспериментальное исследование процесса работы ультразвукового расходомера 50
2.1. Расчетно-теоретические исследования скоростей потока в осевом преобразователе расходомера 50
2.2. Получение поправки на распределения скоростей потока на основании полученных экспериментальных данных 60
Выводы по главе 68
3. Экспериментальная установка и методика проведения испытаний 71
3.1. Объект испытаний, экспериментальная установка и измерительная аппаратура 71
3.2. Методика проведения экспериментальных исследований ~9
3.3. Методика статистической обработки экспериментальных данных 81
Выводы по главе 82
4. Экспериментальные исследования работы ультразвукового расходомера 83
4.1 Испытания на модельной смеси масел g3
4.2. Испытания на мазуте М-100 94
4.3. Испытания на водомазутной эмульсии 98
4.4. Испытания на дизельном топливе Ю2
4.5. Влияние вибрации на показания расходомера-счетчика
Выводы по главе 106
5. Разработка требований к ультразвуковому расходомеру и судовой системе измерения расхода топлива 107
5.1 .Общие требования 107
5.2. Требования к монтажу и работе ультразвукового расходомера топлива на судах 109
5.2.1 .Выбор места установки измерительного участка... 109
5.2.2. Проверка качества монтажа и настройки
расходомера 111
5.3. Рекомендуемые схемы судовых систем измерения расхода топлива 116
5.4. Расходомер топлива в структуре информационно-вычислительной системы управления техническими средствами судна 123
5.5. Оценка экономической эффективности от внедрения расходомера топлива на судах внутреннего плавания 130
Выводы по главе 132
Заключение 134
Список использованных источников
- Индукционный и ультразвуковой методы
- Получение поправки на распределения скоростей потока на основании полученных экспериментальных данных
- Методика проведения экспериментальных исследований
- Влияние вибрации на показания расходомера-счетчика
Введение к работе
В настоящее время на судах используют только жидкие топлива из нефтяного сырья, а основным видом топлива остается дизельное. Поэтому ограниченные запасы нефти и увеличивающийся дефицит получаемых из нее дизельных топлив, а также рост потребления топлива на перевозках обуславливают необходимость всемерного снижения его расхода.
По отчетным данным 2000 года доля топлива и энергии в эксплуатационных расходах по транспортному флоту составила от 25% для сухогрузных и до 52% для буксирных судов.
Сокращение доли затрат на топливно-энергетического ресурсы (ТЭР) в общих затратах судоходных кампаний сегодня является актуальной задачей на пути повышения их конкурентоспособности, а энергосбережение и повышение эффективности использования топлива - одно из основных безальтернативных направлений государственной экономической политики.
Решение этой задачи непосредственно связано с созданием необходимой нормативной и современной приборной базы, что позволит объективно вести как учет расхода топлива, так и принимать эффективные решения по его снижению.
Энергетическая стратегия РФ до 2020 года предполагает значительное увеличение энергетической эффективности при производстве продукции.
Нуждаются в обосновании нормативы по удельному расходу топлива различными типами судовых дизелей, в том числе с учетом увеличивающихся их межремонтных периодов. Это особо актуально в связи с введением Правительством РФ обязательного энергоаудита промышленных предприятий, в том числе судоходных кампаний.
Постановления Правительства РФ, Федеральный Закон РФ «Об энергосбережении» №28-Ф-3 от 03.04.1996 г. и ряд новых стандартов, в том числе ГОСТ Р51541-99 " Энергосбережение. Энергоэффективность, состав показателей. Общие положения" предполагают энергетические обследования и энерге-
тическую паспортизацию. Новый энергетический паспорт промышленного потребителя топливно-энергетических ресурсов (ТЭР) требует установления целого ряда показателей.
Одним из таких показателей энергетической эффективности является экономичность потребления ТЭР, в том числе количество топлива, затрачиваемое на перевозку 1 тонны груза на 1км пути.
Совершенствование топливно-энергетического баланса судна предопределяет снижение себестоимости перевозок и требует прежде всего проведение кампанией технически грамотной политики в области эффективного использования топлив. Использование современных средств замера расхода топлива относится к мероприятиям, обеспечивающим как учет ТЭР, так и существенную его экономию.
Отсутствие возможности непрерывного замера расхода топлива на сравнительно продолжительных отрезках пути не позволяет эффективно использовать и корректно оценить ряд технических и организационных мероприятий, направленных на экономию топлива на флоте. Наличие прибора, обеспечивающего постоянный замер расхода топлива, дает возможность определить косвенным путем мощность, развиваемую дизелем в судовых условиях, с учетом технического состояния как самого дизеля, так и гидродинамического комплекса.
Анализ теплотехнических испытаний и опыт эксплуатации свидетельствует о том, что отклонение фактической характеристики дизеля от паспортной в период между плановыми техническими уходами может быть оценено в 2,5% [11]. Своевременное обнаружение и устранение указанных отклонений в процессе эксплуатации позволит сэкономить в среднем на каждое судно не менее 1,5% топлива [11].
Не менее важно и то, что, большинство расходомеров не позволяют осуществлять контроль израсходованного топлива за определенные (интересующие) эксплуатационные промежутки времени (рейс, навигация и т.д.).
Это не дает возможности оценить фактически израсходованное количество топлива СЭУ и снижает эффективность разработанных норм по его расходу.
Необходимо отметить, что отсутствие возможности непрерывного замера расхода топлива на сравнительно продолжительных отрезках пути также не позволяет эффективно использовать и корректно оценить целый ряд технических и организационных мероприятий, направленных на экономию топлива на флоте.
Дальнейшее совершенствование топливоиспользования на судах невозможно без создания современных систем замера и контроля расхода топлива.
Изложенное обуславливает необходимость решения вопроса о снабжении судов современными приборами замера расхода топлива.
Цель диссертационного исследования состоит в обосновании выбора метода и исследовании специфики работы расходомера на судах. В соответствии с поставленной целью в работе сформулированы, обоснованы и решаются следующие задачи:
-анализ положения в области существующих методов измерения расхода топлива, исследование расходомера для судовых двигателей, имеющего улучшенные метрологические характеристики;
-исследование и анализ метода и факторов, определяющих точность измерений расхода топлива;
-разработка методики экспериментальных исследований и экспериментальной установки;
-анализ результатов экспериментальных исследований и эксплуатационных факторов на работу расходомера;
-анализ работы и обоснование особенностей монтажа расходомера топлива на судах.
-разработка руководства по монтажу и эксплуатации ультразвукового расходомера топлива на судах.
Предметом исследования является ультразвуковой расходомер-счетчик, как элемент судовой энергетической установки.
Объектом исследований являются организационно-технические и технологические разработки, обеспечивающие измерение и учет расхода топлива дизельных установок судов.
Методологической основой и теоретической базой являются отечественные и зарубежные исследования в области создания прибора для измерения расхода топлива, зарубежные и отечественные исследования и разработки в области методов и создания приборов для измерения расхода топлива, повышения точности их измерений и эффективности функционирования; законодательно-нормативные акты и методические документы в области судостроения и измерений.
Достоверность выводов обеспечивается многоэтапным рассмотрением проблемы, применением общепризнанных методов и приемов системного и логического анализа и синтеза, а также использованием удовлетворяющих требованиям действующих нормативных документов приборов и оборудования. Достоверность результатов подтверждается их апробацией на экспериментальной установке.
Научная новизна работы:
1)Получена универсальная формула для учета влияния эпюры скоростей для U-образного измерительного участка разных диаметров, учитывающая работу при различных вязкостях и диапазонах изменения расхода топлива судовыми двигателями.
2)Определены поправочные коэффициенты линеаризации для различных типов судовых дизелей, имеющих разные расходы топлива.
3)Разработаны схемы установки измерительного участка и особенности монтажа узла "измерительный участок - вторичный преобразователь" на судах разных проектов.
4)Установлена возможность использования ультразвукового расходомера, как элемента СЭУ, в составе информационно-вычислительной системы управления техническими средствами судна.
Проанализирована возможность применения ультразвуковых расходомеров-счетчиков на судах. Исследована и доказана возможность применения ультразвуковых расходомеров-счетчиков, производимых фирмой «Взлёт», для замера расхода топлива в судовых условиях. Разработана информационно-вычислительная судовая система с выполнением расходомером функции прогностического управления техническими средствами судна.
Основные положения, выносимые на защиту. На защиту выносятся:
1)Формула для учета эпюры скоростей для U-образного измерительного участка различного диаметра, учитывающая как изменение вязкости, так и диапазона изменения расхода топлива судовыми двигателями.
2)Схемы установки измерительного участка и особенности монтажа узла "измерительный участок - вторичный преобразователь" на судне.
3)Ультразвуковой расходомер, как часть "информационно-вычислительной системы" управления техническими средствами судна.
Результаты диссертационной работы нашли практическое применение при разработке технических требований к прибору и системам для замера расхода топлива судов внутреннего плавания, а также, составлено руководство по монтажу и эксплуатации ультразвукового расходомера топлива на судах внутреннего плавания.
Основные положения диссертационной работы докладывались автором на студенческих научно-технических конференциях СПГУВК (2002-2003г.), международной научно-практической конференции «Безопасность водною транспорта» (Санкт-Петербург, 2003 г.).
По теме диссертации опубликовано 6 работ (из них 4 научные статьи и 2 - тезисы к докладам на конференциях).
Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы и приложения. Содержит 171 страницу, 63 рисунков, 24 таблиц.
Индукционный и ультразвуковой методы
Ультразвук представляет собой упругие колебания и волны в диапазоне частот104-109Гц[2].
Этот метод основан на зависимости сдвига ультразвуковых колебаний от скорости движения вещества в трубопроводе, однозначно определяющей величину расхода. Сдвиг ультразвуковых колебаний возникает вследствие разной длительности прохождения этих колебаний по направлению потока вещества в трубопроводе и навстречу потоку.
В процессе измерения ультразвуковые импульсы пропускают через жидкость, затем принятые импульсы преобразуются в электрические сигналы [31,10]. В качестве источника и приемника ультразвуковых колебаний используют пьезоэлементы, которые обладают способностью преобразовывать электрические колебания, получаемые от специального генератора, в механические и обратно. Излучатели и приемники в большинстве случаев изготовляют в виде круглых дисков диаметром 10-20мм, иногда менее [75]. Обычно диаметр пьезоэлементов берут в пределах 5-20мм, а их толщину в зависимости от частоты. В частотных и времяимпульсных расходомерах выбирают высокую частоту 5-10МГц, а иногда даже и 20МГц, потому что увеличение частоты способствует повышению точности измерения [37].
Ультразвуковой расходомер состоит из встраиваемого в трубопровод датчика, высокочастотного электрического генератора, электронного усилителя, фазочувствительного блока, блока для компенсации влияния на результат измерения скорости распространения звука в контролируемом веществе, автоматического переключателя и вторичного прибора (показывающего или самопишущего).
Датчик этого расходомера представляет собой отрезок гуммированной металлической трубы, на которой на определенном расстоянии друг от друга установлены пьезоэлементы.
Автоматический переключатель предназначен для попеременного изменения направления излучения ультразвуковых колебаний: то по потоку вещества, то против него. Следовательно, каждый пьезоэлемент становится то излучателем, то приемником.
Ультразвуковые колебания, преобразуемые приемным в данный момент пьезоэлементом в электрические сигналы, поступают на вход электронного усилителя, а затем в фазочувствительный блок, на выходе которого получаются сигналы в виде двух значений напряжения постоянного тока. Эти напряжения подаются попеременно в блок, в котором они преобразуются в соответствующие токи, а затем определяется их разность. Таким образом, на вход вторичного прибора поступает электрический сигнал, пропорциональный скорости потока вещества.
Так например, в одноканальном импульсно-временном расходомере французской фирмы CSF [71] и в двухканальном частотном расходомере, разработанном в США [72], по данным измерений скорости ультразвука вносятся поправки в результаты измерений расхода. Указанные расходомеры имеют высокие метрологические параметры - погрешность соответственно ±0,1% и ±0,25%.
Разработанные в СКБ «ТРАНСНЕФТЬАВТОМАТИКА» [63] ультразвуковой расходомер УЗР-Т4 и РУЗ-700 предназначены для измерений расходов нефти и нефтепродуктов в трубопроводах диаметром соответственно 500 и 700мм. Расходомеры выполнены по одноканальной фазовой схеме, погрешность измерений ±2,5%. Преобразователи расходомеров углового типа с преломлением.
Во ВНИИКе В.А. Решетниковым разработан одноканальный частотно-импульсный расходомер по переменной коммутацией [54] .Исследования проводились на расходомерной установке, работающий на воде, с двумя преобразователями осевого типа диаметром 50 и 12мм для расходов, соответственно 0-20 и 0-0,3 л/сек. и с преобразователем углового типа диаметром 40мм. При исследовании были приняты меры к полному исключению не стабильности расхода в расходомерной установки. По данным исследованиям погрешность расходомера ±0,5%.
Разработанный Филатовым, Сафиным, Борисевичем ультразвуковой расходомер, выполненный по одноканальной импульсно-временной схеме, его погрешность составляет ±0,3%.
Расходомер Ultrameter американской фирмы Saratoga Systems Inc, [94,84] предназначен для измерения расхода в трубопроводах диаметром более 76мм и открытых каналов. Погрешность измерений ±0,5% независимо от параметров контролируемой жидкости. Расходомер выполнен по однока-нальной частотно-импульсной схеме с попеременной коммутацией, преобразователь углового типа без преломления.
Расходомер американской фирмы NUSonics Inc выполнен по однока-нальной частотно-импульсной схеме [89]. Преобразователь углового типа без преломления. Погрешность измерений при больших диаметрах преобразователей и диапазоне 10:1 равна ±0,5-1%.При измерении нефтепродуктов погрешность равна ±0,2%.
Американской фирмой Lockheed разработан двухканальный частотно-импульсный расходомер [84,72]. Максимальный расход 40м3/час, диаметр условного расхода 100мм. Погрешность ±0,25%. Предназначен для измерения нефтепродуктов.
Ультразвуковой расходомер CSF (Франция) предназначен для измерения расхода жидкостей в трубопроводах диаметром от 0,2 до 2м с погрешностью около ±0,1% при максимальной скорости потока 3м/с. Выполнен по од-ноканальной импульсно-временной схеме. В расходомере производится корректировка выходного сигнала на изменения скорости звука в измеряемой среде.
Получение поправки на распределения скоростей потока на основании полученных экспериментальных данных
Для ответа на ряд вопросов, касающихся возможности использования U-образного измерительного участка (ИУ), оценки влияния на погрешность показаний расходомеров температуры среды, вязкости, содержания в нефтепродуктах воды и диапазона измеряемых расходов произведены тарировочные испытания времяимпульсных расходомеров.
Времяимпульсными называются ультразвуковые расходомеры, в которых измеряется разность времен AT перемещение коротких импульсов по направлению потока и против него на длине пути L. Эта разность AT со средней скорости ЦсРЕДНЯЯ В качестве испытуемых жидкостей применялись смесь индустриального масла И-40 и базового масла МС-20, мазут М-100 и модельные смеси мазута с содержанием воды 5, 10, 15%. Изменялись такие параметры, как: температура среды, давления, вязкость, содержание в нефтепродуктах воды, диапазон измеряемых расходов.
Вторичный измерительный преобразователь осуществляет попеременное излучение в движущуюся жидкость и прием УЗК, а также измерения разности времен распространения УЗС по и против потока жидкости.
Средняя скорость потока, определяемая расходомером: иСРЕД.- пт2 [м3/ч], (22) где: QpAcx.-расход жидкости, определяемый расходомером; 7Е=3,14; г- радиус трубы Средняя скорость потока, определяемая весами (эталонная): и. _ QBEC. СРЕД- к-г2 (23) Расход жидкости, измеренный весовым способом, определяется по формуле: ВЕС. д [кг/ч], (24) где: В1-масса мерной емкости перед замером, кг В2- масса мерной емкости с нефтепродуктом по окончании замера, кг AT- время замера, час
Температура нефтепродукта в момент замера определялась в двух точках: перед измерительными участками - термосопротивлением, и в точке слива нефтепродукта в мерную емкость - термометром.
Для перевода массового расхода в объемный плотность нефтепродукта определялась в контрольных точках набором ареометров с ценой деления 0,001 г/см3. Зависимость плотности от температуры описывалась аналитически: Pt=p20+K(20), (25) где: р2о-плотность нефтепродукта при 20С; t- температура нефтепродукта, С; К - коэффициент Объемный расход нефтепродукта определялся по формуле:
Произведен замер геометрических параметров трубопроводов топливных систем и всех её элементов судов типа Сормовский, Волга, Амур, Волго-Балт. Замер показал, что из таких диаметров ИУ-032 как 10,25,40мм подходит ИУ-032 с диаметром 10мм.
Согласно формулам (2), (4) можно сказать, что режим течения ламинарный до Re=2320 (табл.2.4.-2.6.) и частично в переходной зоне. Но по конструкции измерительного U-образного участка расходомера, условиям его работы (вибрация), фотографиям (рис.2.3.-2.5.), полученным данным и результатам опытов на трубе с D-ЗОмм [73] можно сказать, что режим течения жидкости лежит в переходной зоне.
Определить поправочный коэффициент К при деформируемом потоке с достаточной точностью не так просто 8Кл=20-140%, 8кт=0-12% (Приложение I), поэтому необходима экспериментальная градуировка и получение поправки на распределение скоростей в переходной области, использование формулы, кото Длинный круговой цилиндр (рис.2.5.) колеблется в смеси воды с глицерином по направлению нормали к своей оси под действием громкоговорителя. Взвешенные в жидкости стеклянные шарики подсвечиваются в поперечной плоскости стробоскопом. Амплитуда колебаний составляет 0,17 радиуса, а число Рейнольдса, рассчитанное по частоте и радиусу, равно 70. Установившееся вторичное течение направлено вдоль оси колебаний (обозначенной стрелками) во внутренней области к телу и во внешней - в противоположном направлении
Этим требованиям большей частью отвечает выражение (13) поправочный коэффициент Кт полученный для турбулентного режима. Коэффициент n=ll,269-3,019HgRe+0,432-Ig2Re входящий в выражение (13). Кт=И-1/2п, обеспечит возможность работать ультразвуковому расходомеру с различными типами жидкостей, в частности с дизельным топливом, так как включает в себя число Рейнольдса, которое в свою очередь зависит от вязкости.
Поправочный коэффициент Кт не совсем улучшает показания прибора (Приложение I) погрешность для D=10MM 8кт З-12% данная формула требует преобразования в зависимости от полученных нами экспериментальньгх данных на вязких нефтепродуктах.
Результаты, представленные на рисунке 2.2. показывают, что зависимость имеет сложный характер и форма определяется в зависимости от вязкости, температуры, давления, плотности, содержания воды, диапазона расхода.
Это связано с тем, что при определенных изменениях вышеуказанных факторов изменяется и скорость ультразвука в жидкости. В качестве параметра позволяющего управлять процессом могут быть использованы поправочные коэффициенты.
Повышение точности замеров расхода на наш взгляд может быть достигнуто: корректировкой зависимости описывающей эпюру распределения скоростей в потоке нефтепродукта, установкой термосопротивления; в зоне измерения расхода и учетом температуры и вязкости при вычислении расхода, определением оптимальных диапазонов расходов для различных первичных преобразователей. Иметь устройства, автоматически вводящие коррекцию в показания прибора при изменении плотности, температуры, давления, вязкости.
Так как мы использовали измерительные участки с различными диаметрами 10,25,40 мм, можно обозначить первое слагаемое формулы (13) поправочным коэффициентом Ki отвечающим за диаметр проходного сечения.
Для "выравнивания " данной формы возведем второе слагаемое в степень, в ходе работ по уменьшению погрешности скорости потока был введен поправочный коэффициент Кз, получим:
Методика проведения экспериментальных исследований
Для ответа на ряд вопросов, касающихся возможности использования U-образного измерительного участка (ИУ) на вязких нефтепродуктах был создан стенд на фирме «Энергобаланс».
Целью испытаний была оценка влияния на показания расходомера температуры среды (вязкости), содержания в нефтепродуктах воды и диапазона измеряемых расходов вязких жидкостей.
Задача определения расхода отдельных компонентов многофазного потока является актуальной для промышленности [53].
Для получения более обоснованных результатов по эффективности предлагаемого ИУ, испытания проводились в несколько этапов. При испытаниях измерялись параметры, характеризующие, как работу стенда, так и опытного устройства.
На основании полученных результатов тарировочных испытаний были проведены исследования, направленные на изучение вопроса о влиянии реальных судовых условий на работу измерительного участка.
Целью испытаний являлась оценка влияния вибрации, возникающей в результате работы судовой энергетической установки, на погрешность измерений расходомера.
Этапу экспериментальных исследований предшествовало теоретическое исследование влияния распределения скоростей потока; по сечению трубопровода на показания прибора.
В соответствии с поставленными задачами программа экспериментальных исследований включала в себя следующие основные этапы: 1. оценивалась погрешность замера расхода модельной смеси масел -индустриального И-40 и базового МС-20 в диапазоне температур 24 - 75 С. 2. оценивалась погрешность замера расхода мазута М-100 в диапазоне температур 75-90 С. 3. оценивалась погрешность замера расхода 5-, 10-и 15 % водомазутной эмульсии при температуре 90 С. 4. оценивалась погрешность замера расхода дизельного топлива. 5. оценивалось влияние судовой вибрации на показания расходомера-счетчика УРСВ «ВЗЛЕТ MP» 6. Обобщение полученных экспериментальных данных и выработка общих технических требований к судовым системам замера расхода топлива.
Схема тарировочного стенда приведена на рисунке 3.1. Основной запас нефтепродукта находится в емкости 1. Объем емкости 300 литров. Емкость оборудована электроподогревом для поддержания требуемой для испытаний температуры и вязкости жидкости. Нефтепродукт перекачивается насосом 3 производительностью 100 литров в минуту через три первичных преобразователя проходными сечениями 40, 25 и 10 мм,; установленные последовательно (поз. 8, 9 и 10). К первичным преобразователям подключены расходомеры. Перед первичными преобразователями предусмотрена байпасная линия с вентилем 7 для регулировки расхода жидкости. За первичными преобразователями предусмотрен вентиль 14 для регулировки давления нефтепродукта. Для контроля давления до и после преобразователей предусмотрены манометры. Для ориентировочной установки расхода предусмотрен расходомер с овальными шестернями ШЖУ-16(поз. 11).
Оценка погрешности показаний расходомеров производится весовым способом с помощью мерной емкости 2 объемом 50 литров. Емкость установлена на рычажных весах 12 с ценой деления 0,01 кг. Перед измерением емкость взвешивается. На момент измерений поток нефтепродукта трехходовым краном 13 переключается из схемы байпаса в емкость хранения в схему подачи в мерную емкость 2. Одновременно включаются в режим измерения накоплением расходомеры. Время замера оценивается секундомером. По окончании замера вентиль 13 снова переключается в байпасную схему.
Для тарировки расходомеров на расходах менее 600 л/час в схеме стенда предусмотрен шестеренный насос 4 производительностью 10 л/мин. Насос оборудован емкостью 6 для дозированной подачи воды и гомогенизатором 5 для приготовления стабильной эмульсии. Для слива нефтепродукта из мерной емкости после замера предусмотрен сливной трубопровод с вентилем 15, подсоединенный к мерной емкости гибким шлангом. Испытания проводились в три этапа. На первом этапе оценивалась погрешность замера расхода модельной смеси масел - индустриального И-40 и базового МС-20 в диапазоне температур 24 - 75 С. На втором этапе оценивалась погрешность замера расхода мазута М-100 в диапазоне температур 75-90 С. На третьем этапе оценивалась погрешность замера расхода 5-, 10-и 15 % водомазутной эмульсии при температуре 90 С.
Влияние вибрации на показания расходомера-счетчика
Одним из основных параметров, который используется при определении скорости потока и вычислении расхода рабочей жидкости, является скорость распространения ультразвуковых колебаний в измеряемой среде (скорость ультразвука), зависящая от химического состава жидкости, ее температуры и давления. В расходомерах осуществляется измерение скорости ультразвука в рабочей жидкости непосредственно в каждом измерительном цикле, поэтому они могут работать на любой акустически прозрачной жидкости. Рабочая частота зондирующего сигнала расходомера равна 1 Мгц. Ультразвуковые колебания (ультразвук) с такой частотой сильно поглощаются при распространении в газовой среде, в связи с чем рабочая жидкость должна удовлетворять следующим требованиям: а) жидкость должна быть однородной и однофазной.
Твердые частицы и пузырьки газа поглощают и рассеивают ультразвук. Как показывает практика работы расходомеров «ВЗЛЕТ» на сильно загрязненных средах (например, на очистных сооружениях), наличие твердых частиц в рабочей жидкости слабо влияет на работу расходомеров. Однако, значительное количество газовых пузырьков может сделать невозможным распространение ультразвука в жидкости или создать помеху для корректного измерения параметров потока. б) отсутствие газовыделения в жидкости. В ряде жидкостей (кислоты, щелочи, горячая вода) при понижении давления может происходить газовыделение, что затрудняет процесс, измерения. в) жидкость должна быть акустически прозрачной.
Некоторые жидкости, обладающие большой вязкостью, значительно поглощают энергию ультразвуковых колебаний. Как правило, с увеличением температуры поглощающие свойства вязких жидкостей, уменьшаются, а при температурах более 80С такие жидкости становятся прозрачными для ультразвуковых колебаний.
Расходомер работает с минимальной погрешностью на полностью заполненных трубопроводах, при осесимметричном потоке. Наличие гидравлических сопротивлений (колена, тройники, запорная арматура и т.д.) приводит к искажению эпюры скоростей потока. Восстановление осесимметричного характера потока происходит на определенном расстоянии от гидравлического сопротивления. Исходя из этого, требования к потоку должны быть следующими: а) жидкость должна полностью заполнять трубопровод.
Это требование выполняется в напорных трубопроводах. В противном случае сечение потока жидкости будет отличаться от сечения трубопровода, что приведет к искажению результатов измерения параметров потока, а при по нижении уровня жидкости до места расположения хотя бы одного из ПЭА, процесс измерения прекратится. б) газ не должен попадать в трубопровод.
При закачке жидкости из открытой ёмкости при определенном соотношении уровня жидкости и скорости потока образуется воронка, через которую газ может засасываться в трубопровод. В процессе эксплуатации насосов возникновение в них конструктивных дефектов или нарушение режима их работы также может привести к подсасыванию воздуха из атмосферы в трубопровод или к кавитации на лопастях насоса.
Проведение измерений в перечисленных случаях будет затруднено из-за поглощения ультразвукового сигнала пузырьками воздуха. Однако, по характеру изменения амплитуды и формы принимаемого сигнала можно оценивать условия эксплуатации насосов и предотвращать их поломку, т.к. длительная эксплуатация насоса в описанных выше режимах приведет к выходу его из строя. в) трубопровод должен иметь прямолинейные участки, что необходимо для обеспечения осесимметричной эпюры скоростей в плоскости установки ПЭА. На участках должны отсутствовать любые дополнительные гидравличе ские сопротивления, например: клапаны, задвижки (даже полностью откры тые), конфузоры и диффузоры, гильзы для термометров и термодатчиков, отво ды для манометров и др. Требования к необходимой длине прямолинейного участка трубопровода .до и после измерительного участка не устанавливаются, т.к. требуемые технические и метрологические характеристики расходомера обеспечиваются конструкцией измерительного участка типа U-колено.
После проведения монтажа расходомера до проведения измерений и периодически в процессе измерений необходимо проверять достоверность получаемых результатов. Сумма посторонних сигналов, возникающих в измерительном ультразвуковом тракте, представляет собой помеху измерениям.
Одной из важнейших процедур при правильной постановке измерений является оценка этой помехи, неизбежно присутствующей при измерениях.
Качественное наличие, ориентировочное значение и характер помехи лучше всего оценивать с помощью электронного осциллографа. Только убедившись в том, что измерительный тракт воспринимает именно тот сигнал, который должен быть измерен, и что этот сигнал больше помехи в определенное число раз, можно переходить к количественным измерениям.
Рабочий сигнал (далее, сигнал) - это ультразвуковой сигнал, который распространяется от одного ПЭА к другому через рабочую жидкость. Время прихода сигнала определяется диаметром трубопровода, схемой установки ПЭА и типом жидкости (скоростью ультразвука).
Зондирующий импульс, как правило, меньше рабочего сигнала. При работе с врезными датчиками на экране осциллографа может наблюдаться помеха в виде переотраженного сигнала, ее не следует путать с рабочим сигналом.
Величина помехи зависит от диаметра трубопровода (чем больше диаметр, тем меньше помеха) и от амплитуды зондирующего импульса (чем меньше амплитуда, тем меньше помеха).
